ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА Российский патент 2015 года по МПК H01Q13/00 

Изобретение относится к антенной СВЧ-технике, в частности к волноводно-щелевым антеннам, и может быть использовано как отдельно, так и в составе фазированной антенной решетки.

Известна волноводно-щелевая антенна, в которой в узкой стенке отрезка прямоугольного волновода выполнены наклонные щели, концы которых охватывают волновод (Расчет и конструирование антенно-фидерных устройств: Учебное пособие для радиотехнических факультетов вузов / А.П.Дорохов. - 2-е изд. - Харьков: Изд-во Харьковского Государственного Университета, 1960, стр.233).

Недостатком приводимого технического решения является невозможность реализации подобных щелей в антенне, содержащей примыкающие друг к другу отрезки прямоугольных волноводов.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является волноводно-щелевая антенна, выполненная с использованием щелей Н-образной формы, у которой прорезь, перпендикулярная ребру отрезка прямоугольного волновода, дополнена на концах прорезями, параллельными ребрам. (Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки. Второе издание. - Москва: Техносфера, 2012, стр. 166-167).

Недостатком прототипа является:

- сложность изготовления щели Н-образной формы;

- низкая механическая прочность щели волноводно-щелевой антенны, выполненной из тонкостенных волноводов.

Перед авторами стояла задача создания волноводно-щелевой антенны, лишенной перечисленных недостатков.

Задача решена за счет того, что в волноводно-щелевой антенне, содержащей отрезок прямоугольного волновода, в одной из узких стенок выполнены наклонные щели и дополнительные щели, причем каждой из наклонных щелей соответствуют две дополнительные щели, которые расположены к ней под прямым углом и по разные стороны, при этом каждый из концов наклонной щели совпадает с концом дополнительной щели.

На внешней поверхности узкой стенки отрезка прямоугольного волновода между наклонными щелями расположены прямоугольные призмы, основания которых совпадают с внешними широкими стенками отрезка прямоугольного волновода, а одна из их граней совпадает с внешней поверхностью узкой стенки отрезка прямоугольного волновода, на которой выполнены наклонные щели.

В волноводно-щелевую антенну дополнительно введены отрезки прямоугольных волноводов, в одной из узких стенок выполнены наклонные щели, при этом внешние боковые стенки всех отрезков прямоугольных волноводов попарно сопряжены, а внешние поверхности узких стенок с выполненными наклонными щелями находятся в одной плоскости.

Волноводно-щелевая антенна выполнена в виде набора плит с углублениями и отверстиями, образующих при объединении между собой систему волноводных элементов.

Техническим результатом заявляемой волноводно-щелевой антенны является ее конструктивное упрощение при одновременном сохранении ее технических характеристик.

Заявляемая волноводно-щелевая антенна обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Заявляемая волноводно-щелевая антенна, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 представлен вид на волноводно-щелевую антенну со стороны щелей;

- на фиг. 2 - общий вид волноводно-щелевой антенны, выполненной в виде примыкающих друг к другу отрезков прямоугольных волноводов.

- на фиг. 3 - график КСВН волноводно-щелевой антенны в диапазоне частот.

- на фиг. 4 - расчетная диаграмма направленности, по осям абсцисс - угловое положение в градусах, по осям ординат отложены уровни сигналов в дБ.

Волноводно-щелевая антенна состоит из отрезка 1 прямоугольного волновода, в одной из узких стенок которого выполнены наклонные щели 2 и дополнительные щели 3, причем каждой из наклонных щелей 2 соответствуют две дополнительные 3 щели, которые расположены к ней под прямым углом и по разные стороны, при этом каждый из концов наклонной щели 2 совпадает с концом дополнительной щели 3. На внешней поверхности узкой стенки отрезка 1 прямоугольного волновода между наклонными щелями 2 расположены прямоугольные призмы 4, основания которых совпадают с внешними широкими стенками отрезка 1 прямоугольного волновода, а одна из граней совпадает с внешней поверхностью узкой стенки отрезка 1 прямоугольного волновода, на которой выполнены наклонные щели 2.

Устройство работает следующим образом.

СВЧ-сигнал, поступающий на вход отрезка 1 прямоугольного волновода, распространяется по нему, возбуждая наклонные щели 2 и дополнительные щели 3. Каждая из наклонных щелей 2 и соответствующих им дополнительных щелей 3 излучают СВЧ-сигнал в открытое пространство. Амплитуда и фаза излученного сигнала зависят от положения наклонной щели 2 в волноводно-щелевой антенне, а также от ее размера и наклона. Длина дополнительных щелей 3 выбирается из условия получения требуемой резонансной длины.

Излученные щелями СВЧ-сигналы складываются в пространстве, формируют общую диаграмму направленности волноводно-щелевой антенны.

Для уменьшения взаимного влияния наклонных щелей 2 волноводно-щелевой антенны и связанных с ним искажений диаграммы направленности (паразитные дифракционные максимумы, боковые лепестки) в конструкцию волноводно-щелевой антенны введены прямоугольные призмы 4, размеры которых выбираются из представленных выше соображений.

При необходимости формирования диаграммы направленности в двух плоскостях заявляемая волноводно-щелевая антенна может дополняться аналогичными по конструкции волноводно-щелевыми антеннами, попарно сопряженными по внешним сторонам широких стенок отрезка прямоугольного волновода 1. В этом случае волноводно-щелевую антенну можно реализовать в виде набора плит с углублениями и отверстиями, образующих при объединении между собой (например, винтами) систему волноводных элементов, что особенно актуально в миллиметровом диапазоне длин волн.

Для подтверждения правильности выбранного технического решения на предприятии были изготовлены опытные образцы волноводно-щелевой антенны Ка диапазона, у которой КСВН не более 1,4 в полосе согласования не менее 8%, диаграмма направленности соответствует расчетной.

На основании произведенных испытаний можно сделать вывод, что волноводно-щелевая антенна по своим электрическим характеристикам не уступает аналогам, но при этом имеет преимущество в конструктивно-технологическом исполнении, что подтверждает соответствие заявляемого решения критерию «промышленная применимость» для изобретения.

Использование: для изготовления волноводно-щелевых антенн. Сущность изобретения заключается в том, что волноводно-щелевая антенна состоит из отрезка прямоугольного волновода, в одной из узких стенок которого выполнены наклонные щели и дополнительные щели, причем каждой из наклонных щелей соответствуют две дополнительные щели, которые расположены к ней под прямым углом и по разные стороны, при этом каждый из концов наклонной щели совпадает с концом дополнительной щели. Технический результат: обеспечение возможности упрощения конструкции при одновременном сохранении ее технических характеристик. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Волноводно-щелевая антенна, содержащая отрезок прямоугольного волновода, в одной из узких стенок которого выполнены наклонные щели, отличающаяся тем, что в узкой стенке отрезка прямоугольного волновода, содержащей наклонные щели, выполнены дополнительные щели, причем каждой из наклонных щелей соответствуют две дополнительные щели, которые расположены к ней под прямым углом и по разные стороны, при этом каждый из концов наклонной щели совпадает с концом дополнительной щели.

2. Волноводно-щелевая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что на внешней поверхности узкой стенки отрезка прямоугольного волновода между наклонными щелями расположены прямоугольные призмы, основания которых совпадают с внешними широкими стенками отрезка прямоугольного волновода, а одна из их граней совпадает с внешней поверхностью узкой стенки отрезка прямоугольного волновода, на которой выполнены наклонные щели.

3. Волноводно-щелевая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены отрезки прямоугольных волноводов, в одной из узких стенок которых выполнены наклонные щели, при этом внешние боковые стенки всех отрезков прямоугольных волноводов попарно сопряжены, а внешние поверхности узких стенок с выполненными наклонными щелями находятся в одной плоскости.

4. Волноводно-щелевая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена в виде набора плит с углублениями и отверстиями, образующих при объединении между собой систему волноводных элементов.