МНОГОМОДОВАЯ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА Российский патент 2004 года по МПК H01Q9/04 

Предлагаемое изобретение относится к сверхвысокочастотной радиотехнике и может быть использовано в качестве облучателя приемной моноимпульсной антенны или самостоятельной пеленгационной антенны, например, для наведения самолета на приводной радиомаяк.

Известно, что для целей радиопеленгации (определение истинного направления на источник радиосигнала, в том числе отраженного) используются направленные свойства приемной антенны. Направление на источник определяют либо по максимуму, либо по минимуму принимаемого сигнала. Второй способ является более точным.

Известно использование для целей радиопеленгации антенны с диаграммой направленности в форме кардиоиды. Такая антенна содержит, например, несимметричный вибратор и рамку, которые включены совместно на общий выход (Г.Т. Марков. Антенны. Госэнергоиздат. М. 1960 г., с.28).

Недостатком известной антенны является отсутствие возможности одновременного приема сигнала в максимуме диаграммы направленности и осуществлении точной пеленгации по минимуму.

Известна полуволновая вибраторная антенна (см. Г.Т.Марков, с.327, прототип и базовый объект), содержащая два несимметричных вибратора и симметрирующее устройство, которое запитывается одним коаксиальным кабелем.

Недостатком известной вибраторной антенны является то, что она не может быть использована для точной пеленгации по минимуму принимаемого сигнала.

Кроме того, в известном устройстве не принято во внимание физическое явление, происходящее с электромагнитной волной, падающей на раскрыв антенны.

Целью предлагаемого изобретения является разработка устройства, обеспечивающего расширение функциональных возможностей вибраторной антенны путем придания ей свойств многомодовости, а также одновременного приема сигналов суммарной и разностной диаграмм направленности.

Поставленная цель достигается тем, что вибраторная антенна, содержащая два несимметричных вибратора, двумя выходами подключена к двум входам кольцевого моста, который одновременно выполняет функции суммирования и вычитания поступающих сигналов, при этом кольцевой мост формирует два взаимонезависимых канала: информационный и пеленгационный.

Что касается доказательств существенности отличий, то в рамках доступных авторам материалов не обнаружены признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого объекта.

Суть физического явления представлена на фиг.1, где показана последовательность (1, 2, 3) разложения вектора падающей на полуволновый вибратор 4 под углом θ плоской электомагнитной волны . В положении 2 волна представлена в виде составляющей E_Σ, параллельной вибратору, и составляющей E_Δ, перпендикулярной вибратору. В результате возбуждения вибратора падающей электромагнитной волной на выходах 5 и 6 несимметричных вибраторов возникают напряжения U1 и U2 (положение 3, фиг.1).

Теоретически и экспериментально установлено, что плоская электромагнитная волна при наклонном падении на раскрыв приемной антенны разлагается на две взаимно ортогональные составляющие (эффект многомодовости), которые образуют суммарную и разностную диаграммы направленности.

Положив амплитуду падающей волны равной единице, получим формулу, описывающую диаграмму направленности полуволнового вибратора:

где Ев - напряженность поля на вибраторе,
θ - угол отклонения пеленгатора от направления на источник сигнала,
j - мнимая единица.

На выходах несимметричных вибраторов формируется напряжение, которое удобно записать в следующем виде:

где U_Σ - составляющая напряжения информационного канала,
U_Δ - составляющая напряжения пеленгационного канала.

В общепринятой практике для питания полуволнового вибратора коаксиальным кабелем используют симметрирущее устройство, которое конвертирует фазу напряжения одного из несимметричных вибраторов на 180 град. (как это делают для антенны-прототипа). При этом на выходе получают напряжение U=U1-U2.

Используя формулу (2), получим:

В результате на выход симметрирующего устройства поступает лишь сигнал, образованный суммарной диаграммой направленности. При этом сигнал, образованный разностной диаграммой направленности, отражается от входа антенны и не может быть использован для точного определения направления на источник сигнала.

Сущность технического решения предлагаемого изобретения представлена на рисунках, где на фиг. 2 показана многомодовая вибраторная антенна, сопряженная с кольцевым мостом.

Многомодовая вибраторная антенна содержит в статическом состоянии несимметричные вибраторы 1, 2; коаксиальный кольцевой мост 3; симметричные линии передачи 4.

Кольцевой мост снабжен двумя входами 5, 6 и двумя выходами 7, 8, при этом на выходе 7 суммируются синфазные элементы сигнала от двух несимметричных вибраторов 1 и 2, а на выходе 8 суммируются их противофазные элементы сигнала.

Предлагаемое устройство (фиг.2) работает следующим образом. Под действием падающей на вибраторную антенну плоской электомагнитной волны на несимметричных вибраторах 1 и 2 антенны возбуждается напряженность поля, пропорциональная двум составляющим: суммарной E_Σ и разностной E_Δ диаграммам направленности, а на выходе вибраторов - соответствующие напряжения: U1 и U2.

При этом напряжения, пропорциональные E_Σ - противофазны, а напряжения E_Δ - синфазны.

Два выхода несимметричных вибраторов 1 и 2, подключенные к входам 5 и 6 кольцевого моста 3, возбуждают в нем синфазные и противофазные волны. В свою очередь синфазные волны выделяются на выходе 7 кольцевого моста, а противофазные выделяются на выходе 8.

В результате совместного действия несимметричных вибраторов и кольцевого моста на выход 8 моста поступает напряжение сигнала U_Σ, соответствующее суммарной диаграмме направленности: E_Σ = cos²θ, а на выходе 7 моста 3 выделяется напряжение сигнала U_Δ, соответствующее разностной диаграмме направленности: E_Δ = ±j(sin2θ)/2. При этом в зависимости от направления отклонения сигнал имеет положительную или отрицательную полярность. Выходы 7 и 8 кольцевого моста могут быть (при необходимости) подключены к входам приемников пеленгационного и информационного каналов.

В отличие от прототипа конструкция предлагаемого устройства расширяет функциональные возможности вибраторной антенны путем придания ей свойств многомодовости и обеспечивает одновременный прием суммарной и разностной диаграмм направленности.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной радиотехнике и может быть использовано при разработке облучателя приемной моноимпульсной или самостоятельной пеленгационной антенны. Техническим результатом является рациональное использование сигнала, принятого антенной пеленгатора, за счет придания антенне свойств многомодовости и разностной диаграммы направленности. Антенна содержит два несимметричных вибратора, выходы которых через отрезки линии передачи подключены к двум входам кольцевого коаксиального моста. 2 ил.

Многомодовая вибраторная антенна, содержащая два несимметричных вибратора и симметрирующее устройство, отличающаяся тем, что симметрирующее устройство выполнено в виде кольцевого, например_{коаксиального моста, к двум входам которого через отрезки линии передачи подключают два выхода несимметричных вибраторов непосредственно, а на двух выходах кольцевого моста получают два взаимонезависимых канала информационный и пеленгационный, соответствующих суммарной и разностной диаграммам направленности антенны.}