ВОЛНОВОДНАЯ АНТЕННА Российский патент 2015 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области волноводных антенн с эллиптической поляризацией, и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например, на подвижных объектах.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков изобретению является волноводная антенна (Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. - М.: Советское радио, 1974, с.331, рис. XV.27), выполненная в виде открытого конца волновода и содержащая круглый волновод с поляризатором в виде диэлектрической пластины, которая обеспечивает эллиптическую поляризацию излучения.

Для стандартного круглого волновода диаметром d=0,75λ, где λ - длина волны, экспериментально установлено, что ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности составляет не более 75° (Антенны сантиметровых волн. /Под ред. Я.Н. Фельда. - М.: Советское радио, 1950, с. 9, рис. Х.3).

Недостатком указанного устройства является недостаточно широкая диаграмма направленности по уровню половинной мощности.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в расширении диаграммы направленности по уровню половинной мощности, не изменяя поляризационных характеристик излучения.

Данный технический результат достигается тем, что в волноводной антенне, содержащей круглый волновод, в полости которого установлен поляризатор, выполненный в виде диэлектрической пластины, новым является то, что на открытый конец волновода в плоскости его раскрыва установлен круглый металлический экран в виде кольца, внешний диаметр D которого выбирают из соотношения:

D<2·λ,

где λ - длина волны,

а кромка волновода продолжена за плоскость раскрыва в виде четырех пилообразных выступов, при этом высота зуба h каждого пилообразного выступа равна:

h=d/4,

где d - диаметр волновода.

При возбуждении в круглом волноводе с поляризатором в виде диэлектрической пластины электромагнитной волны типа Н₁₁ излучается поле с эллиптической поляризацией.

Ширина диаграммы направленности в большей степени зависит от размеров металлического экрана. Заметное расширение диаграммы направленности проявляется при внешнем диаметре металлического экрана не более 2·λ (Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. - М.: Советское радио, 1974, с. 239, рис. XI.6), но при этом поляризация излучения изменяется от эллиптической до практически линейной.

Продолжение кромки волновода за плоскость раскрыва в виде четырех пилообразных выступов позволяет сохранить поляризационные характеристики излучения, то есть сохранить эллиптическую поляризацию поля при установке металлического экрана.

Установка в плоскости раскрыва волновода круглого металлического экрана и продолжение кромки волновода за плоскость раскрыва в виде четырех пилообразных выступов на собственное излучение раскрыва волновода накладывается добавочное излучение, появляющееся за счет возбуждения краев экрана и кромок пилообразных выступов, позволяет расширить ширину диаграммы направленности по уровню половинной мощности по сравнению с шириной диаграммы направленности антенны в виде открытого конца волновода, обеспечивая при этом возможность формирования осевой диаграммы направленности с эллиптической поляризацией поля.

На фиг. 1 представлен вариант выполнения волноводной антенны.

На фиг. 2 и 3 показаны экспериментальные диаграммы направленности наиболее близкого аналога и заявленной волноводной антенны в Е и Н плоскостях соответственно, где:

сплошная линия - результат измерения диаграммы направленности антенны в виде открытого конца волновода (наиболее близкого аналога);

пунктирная линия - результат измерения диаграммы направленности заявленной волноводной антенны.

Волноводная антенна (фиг. 1) содержит круглый волновод 1, поляризатор 2, металлический экран 3.

Поляризатор 2 выполнен в виде диэлектрической пластины 2. Диэлектрическая пластина 2 установлена в полости круглого волновода 1 под углом 45° по отношению к вектору Е электромагнитной волны типа Н₁₁.

Металлический экран 3 выполнен в виде кольца и установлен на открытый конец волновода 1 в плоскости его раскрыва.

Кромка волновода 1 продолжена за плоскость раскрыва в виде четырех пилообразных выступов 4.

Высота пилообразных выступов выбирается равной одной четверти внешнего диаметра круглого волновода 1.

Волноводная антенна работает следующим образом.

При возбуждении электромагнитной волны типа Н₁₁ в круглом волноводе с поляризатором в виде диэлектрической пластины, установленной под углом 45° по отношению к вектору Е электромагнитной волны типа Н₁₁, излучается поле с эллиптической поляризацией.

Пилообразные выступы 4 выступают в качестве рассеивателя излучаемого электромагнитного поля. Металлический экран 3 за счет кромочного эффекта увеличивает рассеяние излучаемого электромагнитного поля, тем самым увеличивая ширину диаграммы направленности.

На фиг. 2 и 3 представлены результаты измерения диаграммы направленности по уровню половинной мощности наиболее близкого аналога и заявленной волноводной антенны. Из анализа фиг. 2 и 3 следует, что ширина диаграммы направленности предлагаемой волноводной антенны шире диаграммы направленности наиболее близкого аналога. Сравнение результатов измерения показывает, что использование заявленной волноводной антенны позволяет расширить диаграмму направленности по уровню половинной мощности примерно на 40°.

В целях подтверждения работоспособности заявляемой волноводной антенны изготовлен макет антенны со следующими данными:

- рабочая частота f₀=10 ГГц;

- диаметр волновода d=22 мм;

- внешний диаметр металлического экрана D=56 мм;

- высота зуба каждого пилообразного выступа h=5,5 мм.

Испытания макета волноводной антенны подтвердили достижение заявленного технического результата.

Использование: изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области волноводных антенн с эллиптической поляризацией, и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например, на подвижных объектах. Сущность: волноводная антенна содержит круглый волновод, в полости которого установлен поляризатор, выполненный в виде диэлектрической пластины, на открытый конец волновода в плоскости его раскрыва установлен круглый металлический экран в виде кольца с внешним диаметром D<2·λ, где λ - длина волны, а кромка волновода продолжена за плоскость раскрыва в виде четырех пилообразных выступов с высотой зуба h=d/4, где d - диаметр волновода. Технический результат: расширение диаграммы направленности по уровню половинной мощности, не изменяя поляризационных характеристик излучения. 3 ил.

Волноводная антенна, содержащая круглый волновод, в полости которого установлен поляризатор, выполненный в виде диэлектрической пластины, отличающаяся тем, что на открытый конец волновода в плоскости его раскрыва установлен металлический экран в виде кольца, внешний диаметр D которого выбирают из соотношения:
D<2λ,
где λ - длина волны,
а кромка волновода продолжена за плоскость раскрыва в виде четырех пилообразных выступов, при этом высота зуба h каждого пилообразного выступа равна:
h=d/4,
где d - диаметр волновода.