СИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР Российский патент 2012 года по МПК H01Q9/34 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для построения фазированных антенных решеток из состава антенно-фидерных устройств систем радиосвязи и радиолокационных устройств.

Известен симметричный вибраторный излучатель, имеющий тонкие цилиндрические плечи с диаметром d, закрепленные на симметрирующем устройстве под углом 90°, при этом d<<λ₀, где λ₀ - длина волны, соответствующая центральной частоте рабочего диапазона частот [1 - Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток. Под ред. Д.И.Воскресенского, М., «Радиотехника», 2003, рис.2.6.1а].

Недостатком этого излучателя является узкая относительная полоса рабочих частот 2Δf/fo, где 2Δf - полоса пропускания, fo - центральная частота рабочего диапазона, которая составляет не более 4…6% и узкая ширина диаграммы направленности (ДН) [1 - стр.222].

Наиболее близким по сущности к изобретению является симметричный вибратор [1 - рис.2.6.1б], взятый за прототип, плечи которого выполнены из плоских пластин и крепятся под углом 90° к внешним проводникам симметрирующего устройства, выполненного в виде трехпроводной плоской воздушной линии передачи высотой λ₀/4 и шириной, равной ширине плеч вибратора, нижние концы внешних проводников симметрирующего устройства закреплены на плоском проводящем экране, верхняя часть центрального плоского проводника симметрирующего устройства соединена с одним из плеч вибратора, а нижняя его часть имеет экспоненциальный переход для соединения с центральным проводником коаксиальной линии передачи, оплетка которого соединена с проводящим экраном, боковые края плеч вибратора загнуты по направлению к экрану, а боковые края внешних проводников симметрирующего устройства загнуты наружу.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- узкая относительная полоса рабочих частот, составляющая не более 4…6% от центральной частоты рабочего диапазона fo;

- недостаточная ширина ДН, что не обеспечивает построение на его основе антенных решеток с широкоугольным сканированием луча ДН. Так, конструкция прототипа обеспечивает по уровню - 3 дБ ширину ДН не более 80° [2 - Лифшиц М.Ю. Антенны. М.: Вузовская книга, 2009, стр.37], поэтому использование прототипа в антенной решетке обеспечит углы сканирования антенной решетки не более ±40°. Однако для современных антенных решеток этого недостаточно, требуются углы сканирования не менее ±45°. Для реализации такой антенной решетки ширина ДН вибратора должна быть не менее 90°;

- прототип выполнен из тонких металлических полос, что не обеспечивает достаточной механической прочности при использовании его в условиях вибрации;

- в прототипе отсутствует возможность оперативной установки вибратора - прототип закреплен на проводящем экране неразъемно, а сигнал подается через соединенный пайкой коаксиальный кабель.

Еще один недостаток прототипа был выявлен в [3 - Мейлукс Р. Дж. Теория и техника фазированных антенных решеток - ТИИЭР, 1982, т.7, №3, с.5…62], когда при моделировании бесконечной фазированной антенной решетки, на основе прямых вибраторов, аналогичных прототипу, установленных параллельно плоскому экрану, был обнаружен эффект ослепления.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение полосы рабочих частот, ширины диаграммы направленности, повышение вибропрочности и оперативности установки вибратора.

Для достижения указанной цели предлагается симметричный вибратор, предназначенный для установки на плоском металлическом экране, в котором плечи выполнены из плоских пластин, прикрепленных к внешним проводникам симметрирующего устройства, выполненного в виде трехпроводной плоской воздушной линии передачи, внешние проводники которой имеют такую же ширину, как плечи вибратора, верхняя часть центрального проводника симметрирующего устройства соединена с одним из плеч вибратора, а нижняя его часть является входом вибратора и имеет сужающийся переход для подключения к внешней линии передачи сигнала.

Согласно изобретению, плечи вибратора выполнены как продолжение внешних проводников трехпроводной линии передачи и имеют наклон 44,5-45,5° в направлении экрана, нижние части внешних проводников симметрирующего устройства с наружной стороны образуют фланец с прямоугольным отверстием между внутренними поверхностями этих проводников и продолговатыми отверстиями для крепления вибратора к плоскому экрану, ширина нижней части внешних проводников симметрирующего устройства уменьшена, при этом высота вибратора равна 0,27-0,28λ₀, длина плеч вибратора равна 0,23-0,24λ₀, ширина плеч вибратора равна 0,09-0,1λ₀, где λ₀ - длина волны в свободном пространстве, соответствующая центральной частоте рабочего диапазона частот.

Проведенный сравнительный анализ заявленного устройства и прототипа показывает, что заявленное устройство отличается тем, что:

- изменен угол наклона плеч вибратора с 90° на 45°;

- прототип имеет неразъемное соединение с экраном, в отличие от этого, в заявляемом устройстве нижние части внешних проводников симметрирующего устройства с наружной стороны образуют фланец с прямоугольным отверстием между внутренними поверхностями этих проводников и четырьмя отверстиями для крепления вибратора к плоскому экрану. Наличие фланца обеспечивает возможность оперативной установки вибратора;

- прототип имеет одинаковую ширину внешних проводников симметрирующего устройства по всей высоте, в отличие от этого в предлагаемом устройстве ширина нижней части внешних проводников симметрирующего устройства уменьшена;

- прототип выполнен из тонких гнутых пластин, в отличие от этого заявляемое устройство выполнено методом фрезерования или литья и является единой конструкцией с одинаковой толщиной всех элементов, что обеспечивает высокую механическую прочность и точность повторения расчетных геометрических размеров при изготовлении.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого симметричного вибратора из литературы не известны, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 приведен внешний вид симметричного вибратора.

На фиг.2 приведен внешний вид симметричного вибратора сбоку.

На фиг.3 приведена расчетная ДН в Е-плоскости.

На фиг.4 приведена расчетная ДН в Н-плоскости.

Симметричный вибратор (фиг.1) состоит из левого 1 и правого 2 плечей симметрирующего устройства, выполненного в виде трехпроводной плоской воздушной линии передачи, содержащей левый 3, правый 4 внешние проводники и центральный проводник 5. Верхняя часть центрального проводника 5 соединена с левым плечом 1. Нижние части левого 3 и правого 4 внешних проводников трехпроводной плоской воздушной линии передачи образуют фланец 6 с продолговатыми отверстиями 7, обеспечивающими крепление симметричного вибратора к плоскому металлическому экрану (на фиг.1 не показан). Фланец 6 имеет также прямоугольное отверстие 8, через которое осуществляется соединение центрального проводника 5 симметрирующего устройства с линией передачи сигнала (на фиг.1 не показана).

Нижняя часть центрального проводника 5 симметрирующего устройства является входом симметричного вибратора и имеет сужающийся переход для удобства крепления подпайки к внешней линии передачи сигнала (на фиг.1 не показана).

Нижние части 9 и 10 внешних проводников 3 и 4 симметрирующего устройства (фиг.2) имеют суженную ширину для облегчения подключения вибратора к экрану с помощью винтов.

Высота симметричного вибратора составляет 0,27-0,28λ₀, плечи 1 и 2, левый 3 и правый 4 внешние проводники симметрирующего устройства имеют ширину 0,09-0,1λ₀, длина плеч 1 и 2 составляет 0,23-0,24λ₀.

Симметричный вибратор выполнен из дюралюминия методом фрезерования или литья и представляет собой единую конструкцию, что обеспечивает его высокую вибропрочность.

Полоса рабочих частот расширена за счет изменения соотношений геометрических размеров вибратора по высоте и длине плечей вибратора. Расчетная относительная полоса рабочих частот составляет не менее 10%. Таким образом, полоса рабочих частот предлагаемого симметричного вибратора превышает полосу частот прототипа.

Расчетная ширина ДН в Е-плоскости составляет 92° (фиг.3), а в Н-плоскости - 100° (фиг.4). Таким образом, предлагаемый симметричный вибратор имеет более широкую ДН, чем у прототипа, поэтому он может быть использован для построения антенных решеток с широкоугольным сканированием луча ДН.

Наличие у предлагаемого симметричного вибратора фланца обеспечивает возможность оперативной установки вибратора в отличие от прототипа, соединение которого с экраном неразъемно.

Проведенное электромагнитное моделирование антенной решетки, использующей излучатели, выполненные на основе предлагаемого симметричного вибратора, показало отсутствие эффекта «ослепления» в секторе углов ±45°.

Для измерения параметров предлагаемого устройства был изготовлен макет, экспериментально измеренные характеристики подтверждают расчетные данные.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для построения фазированных антенных решеток из состава антенно-фидерных устройств систем радиосвязи или радиолокационных устройств. Техническим результатом является увеличение ширины диаграммы направленности, повышение вибропрочности и оперативности установки вибратора. Плечи симметричного вибратора выполнены из плоских пластин, прикрепленных к внешним проводникам симметрирующего устройства, выполненного в виде трехпроводной плоской воздушной линии передачи, внешние проводники которой имеют такую же ширину, как плечи вибратора. Верхняя часть центрального плоского проводника симметрирующего устройства соединена с одним из плеч вибратора. Соединение плеч вибратора к симметрирующему устройству выполнено с наклоном 45° в направлении к экрану, нижние части внешних проводников симметрирующего устройства с наружной стороны образуют фланец с прямоугольным отверстием между внутренними поверхностями этих проводников и продолговатыми отверстиями для крепления вибратора к плоскому экрану. Нижняя часть центрального проводника симметрирующего устройства является входом вибратора и имеет сужающийся переход для удобства подключения к внешней линии передачи сигнала. 4 ил.

Симметричный вибратор, предназначенный для установки на плоском металлическом экране, в котором плечи выполнены из плоских пластин, прикрепленных к внешним проводникам симметрирующего устройства, выполненного в виде трехпроводной плоской воздушной линии передачи, внешние проводники которой имеют такую же ширину, как плечи вибратора, верхняя часть центрального проводника симметрирующего устройства соединена с одним из плеч вибратора, а нижняя его часть является входом вибратора и имеет сужающийся переход для подключения к внешней линии передачи сигнала, отличающийся тем, что плечи вибратора выполнены как продолжение внешних проводников трехпроводной линии передачи и имеют наклон 44,5÷45,5° в направлении экрана, нижние части внешних проводников симметрирующего устройства с наружной стороны образуют фланец с прямоугольным отверстием между внутренними поверхностями этих проводников и продолговатыми отверстиями для крепления вибратора к плоскому экрану, ширина нижней части внешних проводников симметрирующего устройства уменьшена, при этом высота вибратора равна 0,27÷0,28λ₀, длина плеч вибратора равна 0,23÷0,24λ₀, ширина плеч вибратора равна 0,09÷0,1λ₀, где λ₀ - длина волны в свободном пространстве, соответствующая центральной частоте рабочего диапазона частот.