УЛЬТРАКОРОТКОВОЛНОВЫЙ ВИБРАТОР ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2010 года по МПК H01Q9/00 H01Q9/28 

Изобретение относится к электрорадиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано в качестве приемной и/или передающей бортовой антенны, в частности, на борту летательного аппарата (ЛА) для работы с широкодиапазонными ультракоротковолновыми (УКВ) радиостанциями.

Известны УКВ вибраторы для ЛА, описанные, например, в книге: Болбот А.А. и др. «Связные и навигационные антенны самолетов». - М.: «Транспорт», 1978, с.100-105.

Известная антенна широкополосная самолетная (АШС) представляет собой антенну верхнего питания и описана в указанной книге на с.100-101, рис.3.6, АШС состоит из изолированной части, изолятора и основания (нижней части). Коаксиальный кабель расположен в полости основания и подключен центральным проводником к изолированной части, экранной оболочкой к верхней кромке основания.

Общая высота антенны составляет 0,25λ_ср, где λ_ср - средняя длина волны рабочего диапазона волн.

Недостатком известного аналога является его относительно большая высота, что нарушает аэродинамические свойства ЛА.

Известна также антенна широкополосная самолетная - изогнутая (АШС-И), конструкция которой описана в указанной книге на с.101-102. Конструкция АШС-И отличается от описанной выше АШС тем, что для улучшения аэродинамических качеств верхняя (изолированная) часть антенны изогнута.

Недостатком АШС-И является относительно небольшой диапазон рабочих частот и подверженность воздействию импульсных электромагнитных воздействий из-за наличия изолированной верхней части антенны.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному вибратору является широкополосный УКВ самолетный вибратор, описанный в книге: Гвоздев И.Н. и др. «Характеристики антенн радиосистем связи». - Л.: ВАС, 1976, с.212.

Вибратор-прототип выполнен в виде металлической пластины (МП) высотой Н, установленной вертикально над проводящей поверхностью (ПП). МП снабжена шунтом, подключенным одним концом к ее верхней кромке, другим - к ПП, и верхней емкостной нагрузкой в виде проводников, подключенных к верхней кромке МП. Коаксиальный фидер подключен центральным проводником к нижней кромке МП, а экранной оболочкой - к ПП.

При таком исполнении вибратора исключаются изолированные от корпуса ЛА по постоянному току части вибратора, что повышает его устойчивость к импульсным электромагнитным воздействиям. Применение емкостной нагрузки снижает вертикальные размеры вибратора.

Недостатком ближайшего аналога являются неудовлетворительные аэродинамические качества за счет увеличения его поперечных габаритов из-за необходимости применения проводов верхней емкостной нагрузки.

Целью изобретения является разработка УКВ вибратора для ЛА, обеспечивающего снижение аэродинамического сопротивления его конструкции при сохранении остальных электрических параметров в заданном диапазоне частот.

Поставленная цель достигается тем, что в известном УКВ вибраторе для ЛА, содержащем МП высотой Н, которая установлена вертикально над ПП и снабжена шунтами и проводниками верхней емкостной нагрузки, МП подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, экранная оболочка которого подключена к ПП. МП выполнена в виде ромба с углом α при острых вершинах. К вершинам тупых углов МП подключены проводники емкостной нагрузки (ПЕН). ПЕН выполнены изогнутыми и расположены в плоскости МП. Внешние концы ПЕН примыкают к острой вершине МП. Вторая острая вершина МП подключена к центральному проводнику коаксиального фидера. Шунты подключены одним концом к ПЕН, а другим - к ПП.

Высота вибратора Н выбрана из условия Н≥0,16λ_max, где λ_mах - максимальная длина волны рабочего диапазона волн, а угол при острых вершинах ромбической МП α=60-80°.

Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков в заявленном УКВ вибраторе достигается его «удлинение» за счет применения ПЕН без увеличения его физических габаритов, как по высоте, так и по ширине, что указывает на снижение аэродинамического сопротивления конструкции, т.е. на возможность достижения сформулированного технического результата.

Заявленный УКВ вибратор для ЛА поясняется чертежами, на которых показано:

на фиг.1 - конструкция вибратора (первый вариант);

на фиг.2 - конструкция вибратора (второй вариант);

на фиг.3 - эквивалентная схема вибратора;

на фиг.4 - результаты измерения электрических параметров вибратора.

Заявленный вибратор, показанный на фиг.1, состоит из МП 1 в форме ромба, установленного вертикально над ПП 2 и обращенного к ней одной из острых вершин. Высота МП 1 (длина большой диагонали ромба) равна Н, а угол при острых вершинах α. К тупым углам ромбической МП 1 подключены (точки «с») ПЕН 3. Первый отрезок длиной ℓ₁ каждого из ПЕН 3 ориентирован как продолжение нижнего ребра МП 1 до высоты Н. Далее каждый ПЕН 3 изогнут в плоскости МП 1 с интервалом d. При этом верхние изгибы выполнены на уровне высоты Н МП 1, а нижние изгибы на уровне t от соответствующей верхней кромки МП 1. Внешние концы ПЕН 3 примыкают к верхней острой вершине МП 1 и на расстоянии друг от друга Δ. Проводник каждого шунта 4 шириной «к» подключен к верхним концом к верхнему концу отрезка проводника длиной ℓ₁ а нижним концом - к ПП 2. Проводники шунтов 4 установлены под углом β относительно плоскости ПП 2. Коаксиальный фидер 5 подключен центральным проводником к острой вершине МП 1 (точка «а»), а экранной оболочкой - к ПП 2 (точки «б»),

УКВ вибратор, показанный на фиг.2, отличается от УКВ вибратора на фиг.1 тем, что в нем использован один проводник шунта 4. Таким образом, вибратор на фиг.1 по своей структуре эквивалентен М-образному шунтовому вибратору, а вибратор на фиг.2 - N-образному шунтовому вибратору.

Для обеспечения механической прочности вибратор может заключаться в диэлектрическую оболочку (на фиг.1 и 2 не показано).

Заявленный УКВ вибратор работает следующим образом.

При возбуждении вибратора в сечении «а»-«б» возбуждаются два типа волн тока: синфазный и противофазный. Синфазный ток обусловлен протеканием тока проводимости I_пр от точки «а» вдоль кромок МП 1, по проводам нагрузки 3 и далее через ток смещения I_см, ток проводимости I_пр ПП 2 замыкается в точках «б». Одновременно противофазный ток (ток шунта I_ш) замыкается от точки «а» по цепи: кромки МП 1, отрезок проводника емкостной нагрузки 3 длиной ℓ₁, проводник шунта 4 и далее через ПП 2 к точкам «б».

Известно (см., например, Гавеля и др. Антенны. 4.1, - Л.: ВКАС, 1963, с.263-268), что эквивалентная схема такой антенны может быть представлена, как показано на фиг.3.

Схема включает эквивалентный вибратор высотой H_э и короткозамкнутую (к.з.) линию длиной ℓ_ш. Высота H_э эквивалентного вибратора есть сумма его физической высоты Н и дополнительной высоты H_д, определяемой эквивалентным удлинением вибратора за счет ПЕН 3, т.е. H_э=H+H_д. Причем общее входное сопротивление антенны Z_a определяется параллельно включенными реактивным сопротивлением шунта Z_ш и сопротивлением Z_в вибратора высотой Н_э, подключенного к входу антенны с коэффициентом трансформации . Коэффициент зависит от выбранной формы МП 1, ширины проводника шунта 4 и выбранного угла наклона β. Порядок его расчета известен и описан в указанной выше книге «Антенны».

В ходе отработки опытного образца заявленного вибратора были установлены следующие оптимальные размеры, при которых достигается указанный технический результат:

H≥0,16λ_max; К=(00,6-0,08)H; d=(0,06÷0,08)H; Δ=(0,1÷0,12)H; t=(0,04÷0,06)H; p=(2-3)мм; α=60-80°; β=90°-α/2.

Для сравнительной оценки электрических параметров заявленного вибратора и прототипа проведено измерение качества согласования (коэффициента бегущей волны - КБВ) для следующих условий:

λ_max=1,5 м; H=240 мм; К=16 м; d=16 мм; Δ=24 мм; р=3 мм; t=12 мм; d=60°; β=60°. Волновое сопротивление фидера ρ=50 Ом.

Из результатов измерений КБВ, показанных на фиг.4, следует, что заявленный вибратор с уровнем КБВ=0,4 начинает работать начиная с соотношения Н/λ=0,16; прототип - с Н/λ=0,175.

Следовательно, при практически равных электрических размерах и качестве согласования у заявленного вибратора отсутствуют выступающие за профиль треугольника какие-либо элементы конструкции, т.е. в сравнении с прототипом он будет обладать лучшими аэродинамическими характеристиками, тем самым обеспечивая достижение указного технического результата.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано в качестве приемной и/или передающей бортовой антенны, в частности, на борту летательного аппарата (ЛА). Техническим результатом от использования вибратора является снижение его аэродинамического сопротивления при сохранении остальных электрических параметров. Ультракоротковолновый вибратор состоит из металлической пластины (МП) 1 в форме ромба, установленной вертикально над проводящей поверхностью (ПП) 2. Одна острая вершина ромбической МП 1 подключена к центральному проводнику коаксиального фидера 5, экранная оболочка которого подключена к ПП 2. К тупым углам ромбической МП 2 подключены проводники емкостной нагрузки (ПЕН) 3, которые изогнуты в плоскости МП 2. К ПЕН3 подключены шунты 4, нижние концы которых подключены к ПП 2. Определены оптимальные соотношения размеров элементов вибратора, при которых достигается технический результат. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ультракоротковолновый вибратор для летательных аппаратов, содержащий металлическую пластину высотой Н, установленную вертикально над проводящей поверхностью, металлическая пластина снабжена шунтами и проводниками верхней емкостной нагрузки, металлическая пластина подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, экранная оболочка которого подключена к проводящей поверхности, отличающийся тем, что металлическая пластина выполнена в виде ромба с углом α при острых вершинах, к вершинам тупых углов металлической пластины подключены проводники емкостной нагрузки, которые выполнены изогнутыми и расположены в плоскости металлической пластины, причем внешние концы проводников емкостной нагрузки примыкают к острой вершине металлической пластины, вторая острая вершина которой подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, а шунты подключены одним концом к проводникам емкостной нагрузки, а другим к проводящей поверхности.

2. Ультракоротковолновый вибратор по п.1, отличающийся тем, что высота Н металлической пластины выбрана из условия Н≥0,16λ_max, где λ_max - максимальная длина волны рабочего диапазона волн.

3. Ультракоротковолновый вибратор по п.1, отличающийся тем, что угол α при острых вершинах металлической пластины выбран в интервале α=60-80°.