РУПОРНАЯ АНТЕННА Российский патент 2005 года по МПК H01Q13/02 

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться как самостоятельно, так и в качестве облучателя зеркальных антенн СВЧ-диапазона.

Известны рупорные антенны (Казакова Т.А., Спивак Н.Н., Тимофеева А.А. - Труды НИИР, №3, 1982 г., с. 16-20), содержащие излучатель с плоским раскрывом, выполненным в виде рупора с изломом образующей, снабженный поглощающим фланцем, установленным по периметру раскрыва под углом к его плоскости β_E=λ/a_E, β_H=2λ/(3a_H) где β_H, β_E - углы раствора фланца, a_E, a_H - размеры апертуры рупора, λ - длина падающей электромагнитной волны.

Недостатком данной антенны является невозможность снижения уровня излучения из внутренней области антенны для широкого сектора углов наблюдения - снижение возможно лишь в области боковых лепестков диаграммы обратного рассеяния. Это обусловлено тем, что поглощающий фланец незначительно влияет на уровень отраженного электромагнитного поля для углов падения электромагнитной волны близких к нормали к апертуре антенны, так как рассеянная волна в области основного лепестка диаграммы обратного рассеяния не испытывает прямых переотражений от поглощающего фланца.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой антенне является рупорная антенна [Михайловский Л.К., Мартынов Н.А., Золототрубов Ю.М., Застрожнов И.И. Снижение эффективной поверхности рассеяния рупорных антенн радиоэлектронных средств с помощью волноводного фильтра. - Оборонная техника, №12, 1995, с.16-17.], содержащая последовательно расположенные рупор, отрезок прямоугольного волновода и короткозамыкающую прямоугольный волновод пластину, на боковых стенках прямоугольного волновода расположен волноводный фильтр.

Недостатком такой антенны является то, что эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) снижается лишь в области основного лепестка диаграммы обратного рассеяния. Волноводный фильтр характеризуется малыми потерями на частоте основных колебаний и глубоким подавлением внерабочих частот. Таким образом, существенное снижение ЭПР антенны будет лишь в области основного лепестка диаграммы обратного рассеяния.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является снижение ЭПР антенны в большем секторе углов наблюдения.

Поставленная задача решается за счет того, что в известную антенну, содержащую последовательно расположенные рупор, отрезок прямоугольного волновода, на боковых стенках которого расположен волноводный фильтр, и короткозамыкающую пластину, введен поглощающий фланец по периметру апертуры антенны, состоящий из подложки и радиопоглощающего покрытия, выполненного в виде клиньев с углом раствора α=0,6λ/а между ними и с биссектрисой этого угла раствора, направленной в сторону максимума главного лепестка диаграммы обратного рассеяния, а углы раствора в горизонтальной (Е) и вертикальной (Н) плоскостях равны соответственно

β_E=λ/a_E;

β_H=2λ/(3a_H),

где β_H, β_E - углы раствора фланца, a_E, a_H - размеры апертуры рупора, λ - длина падающей электромагнитной волны, а=min(а_E, а_Н).

Дополнительное введение в известную рупорную антенну, поглощающего фланца по периметру апертуры антенны позволяет уменьшить уровень вторичного электромагнитного излучения в области боковых лепестков диаграммы обратного рассеяния. Подложка фланца предназначена для жесткого крепления на ней радиопоглощающего покрытия фланца. Углы раствора поглощающего фланца β_E=λ/a_E, β_H=2λ/(3a_H), где β_H, β_E - углы раствора фланца, a_E, а_Н - размеры апертуры рупора, λ - длина падающей электромагнитной волны, определяют по формулам, предназначенным для расчета ширины главного лепестка диаграммы направленности антенны по нулям. Угол раствора α=0,61 λ/а, где λ - длина падающей электромагнитной волны, a=min(a_E, а_Н), клиньев радиопоглощающего покрытия определяется из максимального значения ширины основного лепестка диаграммы обратного рассеяния (в Е- или Н-плоскости), что дает максимальное снижение отраженного от фланца электромагнитного поля в области основного лепестка диаграммы обратного рассеяния. Биссектриса угла α раствора между клиньями направлена в сторону максимума главного лепестка диаграммы обратного рассеяния, то есть симметрично относительно нормали к апертуре рупора, поэтому симметричное снижение ЭПР антенны происходит относительно этой нормали.

На чертеже изображен общий вид предлагаемой рупорной антенны.

Рупорная антенна состоит из последовательно установленных рупора 1, отрезка прямоугольного волновода 2, короткозамыкающей пластины 3, волноводного фильтра 4, установленного на боковых стенках прямоугольного волновода 2; установленного по периметру апертуры рупора 1 поглощающего фланца 5, состоящего из радиопоглощающего покрытия 6, выполненного в виде клиньев, и подложки 7.

Рупорная антенна работает следующим образом.

Электромагнитная волна при падении на рупорную антенну отражается от поглощающего фланца 5 и проходит через апертуру рупора 1 антенны внутрь прямоугольного волновода 2. При падении на поглощающий фланец 5 за счет указанного выбора углов раствора между клиньями радиопоглощающего покрытия 6 достигается минимальный уровень отраженного электромагнитного поля от радиопоглощающего покрытия 6 поглощающего фланца 5 и подложки 7 фланца в области основного лепестка диаграммы обратного рассеяния антенны. При этом так как биссектриса угла раствора между клиньями направлена в сторону максимума главного лепестка диаграммы обратного рассеяния, то есть симметрично относительно нормали к апертуре рупора 1, то снижение ЭПР антенны происходит симметрично относительно этой нормали. При распространении волны внутри прямоугольного волновода 2 она проходит сквозь волноводный фильтр 4, достигает короткозамыкающей пластины 3, отражается от нее, снова проходит сквозь волноводный фильтр 4. При этом достигается снижение уровня отраженного электромагнитного поля от антенны в области основного лепестка диаграммы обратного рассеяния антенны, обусловленного отражением от внутренней области антенны. Так как волноводный фильтр 4 полностью рассогласован с антенной за счет использования короткозамыкающей пластины 3, то при распространении волны внутри прямоугольного волновода 2 происходит сложение ее с отраженной волной в противофазе, что дает максимальное снижение ЭПР в области основного лепестка диаграммы обратного рассеяния. Далее, после прохождения волноводного фильтра 4 электромагнитная волна распространяется по прямоугольному волноводу 2 и выходит из апертуры рупора 1 антенны. При этом за счет указанного выбора углов раствора поглощающего фланца 5, определяемых в зависимости от ширины главного лепестка диаграммы направленности антенны по нулям, достигается снижение ЭПР антенны в области боковых лепестков диаграммы обратного рассеяния.

На возможность решения поставленной задачи и осуществления изобретения указывает возможность снижения уровня вторичного электромагнитного излучения в области боковых лепестков с использованием формул для расчета ширины главного лепестка диаграммы направленности антенны по нулям [Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. - М.: Связьиздат, 1957]. Угол раствора клиньев α определялся для углов падения электромагнитной волны в области основного лепестка диаграммы обратного рассеяния. Причем этот угол будет максимален для той плоскости (Е) или (Н), для которой будет минимальное значение размера апертуры (a_E или а_H) [Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. - М.: Сов.радио, 1975]. Радиопоглощающее покрытие в виде клиньев обеспечивает хорошее поглощение для углов падения электромагнитной волны, отсчитываемых относительно нормали к апертуре полости меньших либо равных α/2 [Майзельс Е.Н., Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. - М.: Сов.радио, 1972].

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться как самостоятельно, так и в качестве облучателя зеркальных антенн СВЧ диапазона. Техническим результатом является создание рупорной антенны со сниженными значениями уровней эффективной поверхности рассеяния в широком секторе углов наблюдения. Рупорная антенна состоит из последовательно установленных рупора, отрезка прямоугольного волновода, на боковых стенках которого расположен волноводный фильтр, и короткозамыкающей пластины. Новым в антенне является введение поглощающего фланца, расположенного по периметру апертуры рупора антенны, состоящего из подложки и радиопоглощающего покрытия, выполненного в виде клиньев с углом раствора α=0,61 λ/а между ними и с биссектрисой этого угла раствора, направленной в сторону максимума главного лепестка диаграммы обратного рассеяния. Даны соотношения для определения углов раствора поглощающего фланца в горизонтальной (Е) и вертикальной (Н) плоскостях. 1 ил.

Рупорная антенна, содержащая последовательно установленные рупор, отрезок прямоугольного волновода, на боковых стенках которого расположен волноводный фильтр, и короткозамыкающую пластину, отличающаяся тем, что по периметру рупора антенны расположен поглощающий фланец, состоящий из подложки и радиопоглощающего покрытия, выполненного в виде клиньев с углом раствора α=0,61 λ/а между ними и с биссектрисой этого угла раствора, направленной в сторону максимума главного лепестка диаграммы обратного рассеяния, а углы раствора фланца в горизонтальной (Е) и вертикальной (Н) плоскостях равны соответственно

β_E=λ/a_E;

β_H=2λ/(3a_H),

где a_E, а_H - размеры апертуры рупора, λ - длина падающей электромагнитной волны, a=min(a_E, а_H).