МНОГОЛУЧЕВАЯ ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА Российский патент 2008 года по МПК H01Q15/00 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенным устройствам.

Известна многочастотная зеркальная антенна (СССР, а.с. №1097150, Н01Q 15/14, приоритет от 10.08.1981), содержащая отражатель, образованный набором волноводов с одинаковой апертурой, и облучатели, количество которых равно числу рабочих частот.

Эта антенна не может обеспечить формирование многолучевого пучка диаграмм направленности в широком диапазоне частот, так как может формировать или один луч, работающий в широкой полосе частот, или несколько лучей, каждый из которых работает в своем поддиапазоне частот.

Известна многочастотная антенна (СССР, а.с. №1603463, Н01Q 15/14, приоритет от 19.12.1988), содержащая параболический отражатель, выполненный в виде установленных вплотную друг к другу отрезков волноводов, поперечные размеры которых увеличиваются от вершины к краям параболического отражателя, и многочастотный облучатель, установленный в фокусе параболического отражателя.

Эта антенна позволяет сформировать один луч со стабилизированной шириной диаграммы направленности, но не обеспечивает формирование многолучевого пучка диаграмм направленности. Кроме того, экспериментальные исследования макетов аналогичной антенны показали, что стабилизация ширины диаграммы направленности недостаточна.

Известна многолучевая зеркальная антенна (РФ, патент №2234774, Н01Q 15/14, приоритет от 08.01.2002), содержащая параболический отражатель, выполненный в виде параллельных проводящих пластин, кромки которых образуют отражающую поверхность, и вынесенные из фокуса облучатели, при этом расстояние между пластинами меняется по линейному закону от величины меньше или равной λ_к/2 до величины, равной λ_дл/2, где λ_к и λ_дл - соответственно минимальная и максимальная длина волны рабочего диапазона частот.

Эта антенна, наиболее близкая к предлагаемой, позволяет сформировать многолучевой пучок диаграмм направленности в широкой полосе частот, однако экспериментальные исследования макетов такой антенны показали, что стабилизация ширины диаграммы направленности и соответственно уровней пересечения соседних диаграмм направленности в пучке недостаточна. Это обусловлено существенным вкладом в формирование диаграмм направленности зеркальной антенны сигналов, отраженных от кромок и плоскостей пластин, расстояние между которыми превышает λ/2, т.е. того участка отражателя, который на данных частотах теоретически не должен участвовать в формировании диаграмм направленности.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения стабилизации ширины диаграмм направленности и соответственно уровня пересечения соседних диаграмм направленности в многолучевом пучке в широкой полосе частот.

Поставленная задача решена следующим образом.

Многолучевая зеркальная антенна содержит отражатель, выполненный в виде параллельных проводящих пластин, кромки которых образуют параболическую поверхность, при этом расстояние между пластинами меняется по линейному закону от величины меньше или равной λ_к/2 до величины, равной λ_дл/2, где λ_к и λ_дл соответственно минимальная и максимальная длина волны рабочего диапазона частот, и вынесенные из фокуса облучатели. Облучатели выполнены с линейной зависимостью ширины диаграммы направленности от длины волны, и при этом ширина диаграммы направленности облучателей на нижней частоте рабочего диапазона соответствует размеру их раскрыва не менее λ_дл.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемой многолучевой зеркальной антенны.

На фиг.2 изображены экспериментальные диаграммы направленности пятилучевого пучка на частотах f_н, 4f_н, 9f_н, где f_н - нижняя частота рабочего диапазона частот.

Многолучевая зеркальная антенна содержит отражатель 1 и вынесенные из фокуса облучатели 2. Параболическая поверхность 3 отражателя 1 образована кромками параллельных проводящих пластин 4. Расстояние между пластинами 4 меняется по линейному закону от величины меньше или равной λ_к/2 до величины, равной λ_дл/2. Облучатели 2 имеют линейную зависимость ширины диаграммы направленности от длины волны. Они могут быть выполнены, например, в виде антенных решеток логопериодических излучателей или в виде широкополосных рупоров.

Многолучевая зеркальная антенна работает следующим образом.

На нижних частотах рабочего диапазона, где расстояние между пластинами меньше или равно λ/2 и представляет собой закритический волновод, электромагнитная волна отражается от раскрывов между пластинами, как от параболической поверхности, и фокусируется на облучателях, т.е. на нижних частотах работает весь раскрыв отражателя.

С повышением частоты часть расстояний между пластинами больше λ/2 и электромагнитная волна проходит в соответствующий промежуток между пластинами и, распространяясь по нему как по волноводу, уходит за отражатель или поглощается поглотителем, т.е. с повышением частоты только часть отражателя участвует в фокусировании электромагнитной волны. Одновременно с уменьшением длины волны происходит обужение диаграмм направленности облучателей, т.е. уменьшается уровень принимаемых электромагнитных волн, переизлученных кромками и плоскостями пластин, расстояние между которыми больше λ/2, а также конструктивными элементами каркаса отражателя, что уменьшает вклад этого паразитного излучения в формируемые зеркальной антенной диаграммы направленности.

Таким образом, чем выше частота, тем меньше фокусирующий раскрыв отражателя и меньше уровень излучения, принимаемого облучателями от периферийных участков отражателя, что ведет к улучшению стабильности ширины диаграмм направленности и соответственно стабильности уровня пересечения соседних диаграмм направленности в многолучевом пучке.

Экспериментальные исследования макета зеркальной антенны показали, что в рабочем диапазоне частот с коэффициентом перекрытия 9 ширина диаграмм направленности изменяется примерно в два раза, что позволяет сформировать многолучевой пучок диаграмм направленности с приемлемыми уровнями пересечения.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенным устройствам, обеспечивающим формирование многолучевого пучка диаграмм направленности. Техническим результатом изобретения является повышение стабилизации ширины диаграмм направленности и уровня пересечения соседних диаграмм направленности в многолучевом пучке в широкой полосе частот. Многолучевая зеркальная антенна содержит параболический отражатель, выполненный в виде параллельных проводящих пластин, и вынесенные из фокуса облучатели. Кромки пластин образуют отражающую поверхность. Расстояние между пластинами меняется по линейному закону от величины меньше или равной λ_к/2 до величины, равной λ_дл/2, где λ_к и λ_дл соответственно минимальная и максимальная длина волны рабочего диапазона частот. Облучатели выполнены с линейной зависимостью ширины диаграммы направленности от длины волны и с шириной диаграммы направленности на нижней частоте рабочего диапазона, соответствующей размеру их раскрыва не менее λ_дл. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Многолучевая зеркальная антенна, содержащая параболический отражатель, выполненный в виде параллельных проводящих пластин, кромки которых образуют отражающую поверхность, при этом расстояние между пластинами меняется по линейному закону от величины меньше или равной λ_к/2 до величины равной λ_дл/2, где λ_к и λ_дл - соответственно минимальная и максимальная длина волны рабочего диапазона частот, и вынесенные из фокуса облучатели, отличающаяся тем, что облучатели выполнены с линейной зависимостью ширины диаграммы направленности от длины волны и при этом ширина диаграммы направленности облучателей на нижней частоте рабочего диапазона соответствует размеру их раскрыва не менее λ_дл.2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что облучатели выполнены в виде антенных решеток логопериодических излучателей.3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что облучатели выполнены в виде широкополосных рупоров.