МНОГОРЕЗОНАНСНАЯ ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА Российский патент 2014 года по МПК H01Q11/10 

Настоящее изобретение относится к радиотехнике, более конкретно к антенной технике.

В ряде направлений радиотехники - в радиосвязи, радиолокации, радионавигации - требуются широкополосные и сверхширокополосные антенны, обладающие однонаправленной диаграммой направленности (ДН). Диаграмма направленности такой формы необходима, например, для облучателей зеркальных антенн. Из уровня техники известно, что широкополосные и широкодиапазонные антенны необходимы, например, для радиосвязи с использованием широкополосных сигналов, для радиолокации с использованием волн Хармута (Л.4). Выполнить антенну, обладающую указанными выше свойствами, можно, используя биконическую V-образную антенну, являющуюся прототипом (Л. 1-3) заявленного изобретения. Однако диаграмма направленности, коэффициент стоячей волны (КСВ) и фазовый центр такой антенны будут существенно зависеть от частоты.

Технический результат состоит в снижении коэффициента стоячей волны антенны по входу, снижении уровня обратного излучения и достижения постоянства формы диаграммы в широком диапазоне частот и обеспечении постоянства фазового центра антенной системы.

Для этого V-образная многорезонансная однонаправленная вибраторная антенна содержит пару полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, подключенную к вершинам конусов, конусы образованы 2N металлическими полосками, являющимися плечами вибраторов и расположенными попарно друг против друга на боковых поверхностях конусов, ограниченных основанием в виде круга (вид А-А), оси симметрии конусов расположены в одной плоскости, а перпендикулярно этой плоскости размещен плоский металлический рефлектор. Внутренний объем этих конусов разделен круговыми пластинками, параллельными основанию конуса, на ряд полостей, заполненных диэлектриком с заданным значением относительной диэлектрической проницаемости и образующих последовательную цепочку полупрозрачных полых резонаторов, резонансные частоты которых образуют логопериодическую последовательность или последовательность, близкую к логопериодической.

Дополнительно может быть введена вторая пара полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, оси симметрии плеч вибраторов второй пары полых конусов расположены в другой плоскости, причем обе плоскости взаимно перпендикулярны друг другу, вершины полых конусов приподняты над плоским рефлектором для создания постоянного фазового центра, причем цепи питания обоих пар полых конусов соединены параллельно для снижения входного сопротивления и сглаживания формы главного лепестка диаграммы направленности вибраторной антенны.

На Фиг.1 показана заявленная К-образная антенна.

На Фиг.2 приведен эскиз одного плеча антенны.

На Фиг.3 показан второй вариант заявленной F-образной антенны. Антенна содержит:

а) пару полых конусов, образованных металлическими полосками 1, расположенными по образующей конусов;

б) питающую линию 3, подключенную к вершине конусов;

в) металлический рефлектор 2, расположенный в плоскости, перпендикулярной плоскости, в которой лежат оси симметрии конусов;

г) металлические круговые пластины 4, разделяющие внутренний объем конусов на ряд резонансных полостей.

Необходимый технический результат достигается выполнением плеч биконической V-образной антенны из ряда полупрозрачных резонаторов, резонансные частоты которых следуют в логопериодическом или квазилогопериодическом порядке.

Эскиз одного плеча V-образного вибратора изображен на Фиг.2. Металлические разделительные пластины отстоят от вершин конусов на расстояния соответственно L₀, L₁, L₂, L_n…, связанные между собой соотношением (для логопериодической структуры).

L₁=L₀·τⁿ,

где

L₀ - расстояние (по образующей конуса) от крышки конуса до его вершины,

n - номер резонатора (n=0, 1, 2...),

L_n - расстояние n-ой пластины (по образующей конуса) до вершины конуса,

τ - некоторая константа, меньше единицы.

Внутренние объемы резонаторов заполняются диэлектрическим порошком, относительная диэлектрическая проницаемость которого ε₁ выбирается таким образом, чтобы резонансная частота самого большого по размеру резонатора ω₀ и резонансная частота самого малого резонатора ω_n/n=W соответствовали рабочему диапазону частот рассматриваемой антенной системы.

Приведенная система образует длинную линию с плавающей точкой отсечки тока, возбуждаемого на поверхности плеч V-образного биконического вибратора. При правильном выборе L₀, ω₀ к τ и W входное сопротивление антенны и ее диаграмма направленности будут почти постоянными в широком диапазоне частот, причем при увеличении числа резонаторов W увеличивается диапазонность работы антенны, а при τ→1 ее входное сопротивление стремится к постоянной величине. Особенностью предлагаемой системы является постоянство фазового центра системы, что необходимо для радиолокаторов, работающих на волнах Хармута (Л. 4).

Кроме того, дополнительно введена вторая пара полых конусов, обращенных вершинами друг к другу (см. Фиг.3), оси симметрии плеч вибраторов второй пары полых конусов расположены в другой плоскости, причем обе плоскости взаимно перпендикулярны друг другу, вершины полых конусов приподняты над плоским рефлектором для создания постоянного фазового центра, причем цепи питания обоих пар полых конусов соединены параллельно для снижения входного сопротивления и сглаживания формы главного лепестка диаграммы направленности вибраторной антенны.

Литература

1. Туркин В.А. Разработка излучателей сверхкоротких электромагнитных импульсов для испытаний радиотехнической аппаратуры. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 2006.

2. Туркин В.А., Михеев О.В., Сахаров К.Ю., Соколов А.А. Antennas for beaming and receiving shot ultra wide band electromagnetic impulses / Information and Telecommunication Technologies in Intelligent System. Proc. of Internat. Conf. in Blanes / Barcelona, Spain, May 22-29, 2004, p.37-39.

3. Туркин В.А. Излучатели сверхширокополосных электромагнитных импульсов для испытаний телекоммуникационной и радиотехнической аппаратуры. Сборник научных трудов «Проектирование телекоммуникационных и информационных средств и систем» / Под ред. П.Н. Кечиева. - М.: МИЭМ, 2006. - С.51-60.

4. Хармут Х.Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи. - М.: изд. «Радио и связь», 1985.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к антенной технике, находящей широкое применение в радиотехнике, в радиосвязи, в радиолокации, в радионавигации, где требуются широкополосные или сверхширокополосные антенны, обладающие однонаправленной диаграммой направленности. Технический результат - снижение коэффициента стоячей волны антенны по входу, снижение уровня обратного излучения и достижения постоянства формы диаграммы в широком диапазоне частот и обеспечение постоянства фазового центра антенной системы. Для этого V-образная многорезонансная однонаправленная вибраторная антенна содержит пару полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, конусы образованы 2N металлическими полосками, являющимися плечами вибраторов и расположенными попарно друг против друга на боковых поверхностях конусов, металлический рефлектор, внутренний объем этих конусов разделен круговыми пластинками, параллельными основанию конуса, на ряд полостей, заполненных диэлектриком с заданным значением относительной диэлектрической проницаемости и образующих последовательную цепочку полупрозрачных полых резонаторов, резонансные частоты которых образуют логопериодическую последовательность или последовательность, близкую к логопериодической. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. V-образная многорезонансная однонаправленная вибраторная антенна, содержащая пару полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, подключенную к вершинам конусов, отличающаяся тем, что конусы образованы 2N металлическими полосками, являющимися плечами вибраторов и расположенными попарно друг против друга на боковых поверхностях конусов, ограниченных основанием в виде круга, оси симметрии плеч вибраторов полых конусов расположены в одной плоскости, перпендикулярно плоскости, в которой размещен плоский металлический рефлектор, а внутренний объем конусов разделен круговыми пластинками, параллельными основанию конуса, на ряд полостей, заполненных диэлектриком с заданным значением относительной диэлектрической проницаемости и образующих последовательную цепочку полупрозрачных полых резонаторов, резонансные частоты которых образуют логопериодическую последовательность или последовательность, близкую к логопериодической.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно введена вторая пара полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, оси симметрии плеч вибраторов второй пары полых конусов расположены в другой плоскости, причем обе плоскости взаимно перпендикулярны друг другу, вершины полых конусов приподняты над плоским рефлектором для создания постоянного фазового центра, причем цепи питания обоих пар полых конусов соединены параллельно для снижения входного сопротивления и сглаживания формы главного лепестка диаграммы направленности вибраторной антенны.