АНТЕННА Российский патент 2006 года по МПК H01Q21/24 

Изобретение относится к антенной технике и может быть применено в составе радиотехнических систем, использующих сигналы с круговой поляризацией.

Известна турникетная антенна, содержащая два взаимно перпендикулярных электрических вибратора с совмещенными центрами и фазовращатель, обеспечивающий фазовый сдвиг при возбуждении вибраторов на угол 90 градусов [1, с.251, рис.10.8а]. Недостатком данной антенны является то, что при отклонении направления прихода полезного сигнала круговой поляризации от нормали к поверхности раскрыва антенны ухудшается согласование приемной антенны по поляризации.

Известно устройство, осуществляющее независимый прием компонент электромагнитной волны ортогональной парой вибраторов, образующих турникетную антенну, и формирующее единичный коэффициент эллиптичности при низких и средних углах места [2]. Недостатком данной антенны является то, что при отклонении направления прихода полезного сигнала круговой поляризации от нормали к поверхности раскрыва антенны ухудшаются энергетические характеристики приемной антенны.

Наиболее близкой по техническому исполнению к предложенной антенне является антенна, состоящая из трех взаимно ортогональных вибраторов с совмещенными центрами, входы электрических вибраторов которой подключены к выходам делителя мощности, а электрические размеры плеч вибраторов выбраны таким образом, чтобы в заданном направлении обеспечивалось формирование «нуля» векторной ДН антенны [3]. Недостатком данной антенны является то, что синфазное возбуждение вибраторов не позволяет применить ее в каналах связи с круговой поляризацией.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи формирования единичного коэффициента эллиптичности полезного сигнала в заданном направлении при сохранении энергетических характеристик антенны.

Сущность изобретения состоит в том, что в антенную систему, состоящую из трех взаимно перпендикулярных электрических вибраторов с электрическими размерами плеч l_x, l_y, l_z и совмещенными центрами, и делителя мощности, имеющего один вход и три выхода, между выходами делителя мощности и входами электрических вибраторов включены фазовращатели, причем для заданных распределения тока и направления θ, ϕ электрические размеры плеч l_x, l_y, l_z электрических вибраторов и фазы возбуждения вибраторов ψ_x, ψ_y, ψ_z должны удовлетворять системе неравенств, полученных на основе соотношений, приведенных в [4]:

где

F_θ(θ,ϕ)=(F_x(θ,ϕ)cosϕ+F_y(θ,ϕ)sinϕ)·cosθ-F_z(θ,ϕ)sinθ;

F_ϕ(θ,ϕ)=F_y(θ,ϕ)cosϕ-F_x(θ,ϕ)sinϕ;

J_x(x), J_у(у), J_z(z) - распределения поверхностных токов вдоль электрических вибраторов;

K_e0 - минимально допустимая величина коэффициента эллиптичности.

На фиг.1 изображена предложенная антенна. Фиг.2 иллюстрирует подключение питания к антенне. На фиг.3 изображено сечение зависимости коэффициента эллиптичности в пределах верхней полусферы видимых углов предложенной антенны для первого заданного в таблице направления.

В таблице приведены электрические размеры плеч электрических вибраторов и значения фаз возбуждения вибраторов, позволяющие сформировать коэффициент эллиптичности K_e>K_e0 для ряда заданных направлений (θ, ϕ).

Антенна состоит из трех взаимно перпендикулярных электрических вибраторов с совмещенными центрами, электрические размеры которых соответственно равны l_x, l_y, и l_z (фиг.1). Входы электрических вибраторов 1, 2 и 3 подключены через фазовращатели 4, 5 и 6 к выходам делителя мощности 7, который имеет один вход (фиг.2). Для заданных распределения тока и направления θ, ϕ электрические размеры плеч l_x, l_y, l_z электрических вибраторов и фазовые сдвиги ψ_x, ψ_y, ψ_z должны удовлетворять системе неравенств (1)-(3) и могут выбираться в ходе решения задачи максимизации величины K_e при дополнительных ограничениях вида (2), (3) любым из известных методов.

Работа устройства организована следующим образом.

Декартова система координат выбрана таким образом, чтобы электрический вибратор 1 был ориентирован вдоль оси ОХ, электрический вибратор 2 - вдоль оси OY, а электрический вибратор 3 - вдоль оси OZ (фиг.1). На вход делителя мощности 7 поступает модулированный высокочастотный сигнал с генератора. На выходах делителя мощности 7 образуются три идентичных по амплитуде и фазе сигнала. Каждый из сигналов сдвигается по фазе с помощью фазовращателей 4-6 на величину ψ_x, ψ_y, ψ_z соответственно. Сформированные сигналы возбуждают электрические вибраторы 1, 2 и 3. В заданном направлении θ, ϕ величина K_e>K_e0 может быть сформирована, если выполняются неравенства (1)-(3). Значения компонент векторной ДН F_θ(θ, ϕ) и F_ϕ(θ, ϕ) определяются суперпозицией векторных потенциалов F_x(θ, ϕ), F_y(θ, ϕ) и F_z(θ, ϕ). При этом выбор электрических размеров плеч вибраторов обуславливает амплитудные значения векторных потенциалов, а фазовых сдвигов, вносимых фазовращателями, - фазовые значения векторных потенциалов. Это означает, что вектор из данных шести параметров будет полностью определять величину коэффициента эллиптичности. При этом условия (2), (3) вытекают из физического смысла искомых параметров, а условие (1) является критерием выбора приемлемого решения.

В таблице приведены значения электрических размеров плеч l_x, l_y, l_z электрических вибраторов 1, 2 и 3 и фазовые сдвиги ψ_x, ψ_y, ψ_z, позволяющие сформировать K_e>K_e0 для случая синусоидального распределения токов в заданных направлениях в верхней полуплоскости. В нижней полуплоскости векторная ДН антенны с K_e>К_e0 может быть сформирована при тех же l_x, l_y, l_z, но θ и ϕ увеличатся на π.

Таблица№ п/пНаправления нуля ДН, ГрадусыЭлектрические размеры излучателей, XФазовые сдвиги, Градусыθϕl_xl_yl_zψ_xψ_yψ_z135350,8250,3130,345-4,13369,090-77,662245350,71900,32815,54365,517-118,066325351,1040,3620,337-3,85473,208-77,589435151,1410,3250,3270,75270,452-96,0815351150,6830,1820,265-0,76382,641-99,670

На фиг.3 изображено сечение зависимости коэффициента эллиптичности в пределах верхней полусферы видимых углов предложенной антенны для первого заданного в таблице направления.

Таким образом, получаемый технический результат, достигаемый в результате введения в антенну, состоящую из трех взаимно перпендикулярных электрических вибраторов с электрическими размерами плеч l_x, l_y, l_z и совмещенными центрами и делителя мощности, между выходами делителя мощности и входами электрических вибраторов фазовращателей, обеспечивающих сдвиг фаз сигналов одинаковой мощности, заключается в формировании в заданном направлении коэффициента эллиптичности, близкого к единице без снижения энергетики антенны.

Источники информации

1. Проблемы антенной техники / Под ред. Л.Д.Бахраха, Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1988. - с.277.

2. Авт. свид. 1376146 (СССР). Фазированная антенная решетка с круговой поляризацией поля / Э.П.Абракин, Л.Л.Базеян и А.И.Браженко // 1988, Бюл. изобр. №7.

3. Патент №2080713 (РФ). Антенна / Д.Д.Габриэльян, С.Е.Мищенко, В.В.Шацкий // 1997, Бюл. изобр. №15, 6 H 01 Q 21/24.

4. Гостюхин В.Л., Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования активных ФАР с использованием ЭВМ / Под ред. В.Л.Гостюхина. - М.: Радио и связь, 1983. - с.248.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах с сигналами с круговой поляризацией. Технический результат заключается в формировании в заданном направлении коэффициента эллиптичности, близкого к единице без снижения энергетики антенны. Сущностью изобретения является то, что антенна состоит из трех взаимно перпендикулярных электрических вибраторов с электрическими размерами плеч l_х, l_у, l_z и совмещенными центрами и делителя мощности. Между выходами делителя мощности и входами электрических вибраторов включены фазовращатели. Для заданных распределения тока и направления θ, ϕ электрические размеры плеч l_х, l_у, l_z электрических вибраторов и фазы возбуждения вибраторов ψ_х, ψ_у, ψ_z должны удовлетворять приведенной системе неравенств. 3 ил., 1 табл.

Антенна, состоящая из трех взаимно перпендикулярных электрических вибраторов с электрическими размерами плеч l_x, l_y, l_z и совмещенными центрами, делителя мощности, имеющего один вход и три выхода, отличающаяся тем, что между выходами делителя мощности и входами электрических вибраторов включены фазовращатели, причем для заданных распределения тока и направления θ, ϕ электрические размеры плеч l_x, l_y, l_z, электрических вибраторов и фазы возбуждения вибраторов ψ_x, ψ_y, ψ_z, должны удовлетворять системе неравенств:

l_x>0; l_y>0; l_z>0;

0°≤ψ_x<360°; 0°≤ψ_y<360°; 0°≤ψ_z<360°,

где

F_θ(θ,ϕ)=(F_x(θ,ϕ)cosϕ+F_y(θ,ϕ)sinϕ)·cosθ-F_z(θ,ϕ)sinθ;

F_ϕ(θ,ϕ)=F_y(θ,ϕ)cosϕ-F_x(θ,ϕ)sinϕ;

J_x(x), J_y(y), J_z(z) - распределения поверхностных токов вдоль электрических вибраторов;

К_е0 - минимально допустимая величина коэффициента эллиптичности.