ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА Российский патент 2015 года по МПК H01Q9/00 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области антенн летательных аппаратов. Может быть использовано в дециметровом диапазоне длин волн в качестве передающей или приемной антенны летательного аппарата (ЛА) при интенсивных тепловых нагрузках и близком расположении металлических деталей конструкции ЛА.

Известны вибраторные антенны (Техника сверхвысоких частот. Пер. под ред. Я.Н. Фельда, ч. 1. М.: Советское радио, 1952, с. 115-118, рис. IV.1, IV.2, IV.5-IV.8), выполненные в виде трубчатой антенны. Одна из известных вибраторных антенн содержит центральный проводящий стержень, расположенный над экраном и соединенный с центральным проводником коаксиального фидера, и трубчатый проводник, расположенный вокруг центрального проводящего стержня и соединенный своим нижним концом с экраном. Недостатком данной вибраторной антенны является сложность конструктивного выполнения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является вибраторная антенна (А.с. №1079133, приоритет от 03.02.1981 «Ультракоротковолновая вибраторная антенна» авторов Янно И.Α., Сосунова Б.В., Чернолеса В.П., Куша М.И. МПК5: H01Q 9/18, опубл. 27.01.1999, Бюл. №3), содержащая центральный проводящий стержень, размещенный над экраном и соединенный с центральным проводником коаксиального фидера, внешний проводник которого соединен с экраном, и несколько проводящих стержней, установленных параллельно центральному проводящему стержню вокруг него и замкнутых своими нижними концами на экран. Дополнительно введены наклонные проводящие стержни, каждый из которых соединен своим верхним концом с верхним концом соответствующего проводящего стержня, а своим нижним концом - с экраном, причем угол наклона наклонных проводящих стержней составляет 40-60° относительно плоскости экрана, а соотношение высот центрального проводящего стержня и каждого из проводящих стержней составляет 1,82-1,67. Недостатком данной вибраторной антенны является сложность конструктивного выполнения и невозможность использования на ЛА при интенсивных тепловых нагрузках и близком расположении металлических деталей конструкции ЛА.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении конструкции, повышении технологичности изготовления, уменьшении габаритов, улучшении эксплуатационных характеристик, повышении надежности.

Данный технический результат достигается тем, что в вибраторной антенне, содержащей излучатель, размещенный над экраном, коаксиальный соединитель, размещенный под экраном и включающий центральный проводник, новым является то, что вдоль продольной оси антенны дополнительно установлен корпус антенны, в котором между излучателем и коаксиальным соединителем установлено согласующее устройство, включающее центральный проводник и изолятор, расположенный между корпусом антенны и центральным проводником, при этом излучатель и центральные проводники согласующего устройства и коаксиального соединителя выполнены за одно целое, излучатель и часть корпуса антенны, расположенная над экраном, опрессованы радиопрозрачным теплозащитным материалом, а корпус антенны выполнен с возможностью фиксирования в экране, часть корпуса антенны, расположенная под экраном, выполнена в виде внешнего контакта коаксиального соединителя.

За счет установки вдоль продольной оси антенны корпуса антенны, который является также корпусом для согласующего устройства и внешним контактом коаксиального соединителя, а также выполнения излучателя и центральных проводников согласующего устройства и коаксиального соединителя за одно целое упрощается конструкция и повышается технологичность изготовления. Применение согласующего устройства обеспечивает работоспособность антенны при близком расположении металлических деталей конструкции ЛА, что улучшает эксплуатационные характеристики. За счет применения корпуса антенны, выполненного с возможностью фиксирования в экране, а также опрессовки излучателя, что уменьшает его габариты, и части корпуса антенны, расположенной над экраном, радиопрозрачным теплозащитным материалом повышается стойкость к СВЧ-пробою и интенсивным тепловым нагрузкам, вследствие чего повышается надежность антенны.

На фиг. 1 приведен эскиз варианта конструкции вибраторной антенны (в продольном разрезе). На фиг. 2 приведена экспериментальная характеристика согласования антенны (зависимость коэффициента стоячей волны по напряжению от частоты), где КСВн - коэффициент стоячей волны по напряжению, F₀ - рабочая частота антенны. На фиг. 3 приведен пример установки вибраторной антенны на торцевой поверхности корпуса ЛА, а также показано направление отсчета углов при измерении диаграмм направленности антенны в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: плоскость угла ϕ и плоскость угла θ. На фиг. 4 приведены экспериментальные диаграммы направленности антенны в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Сплошной линией показана диаграмма направленности в плоскости угла θ, пунктирной линией - плоскости угла ϕ.

Вибраторная антенна (фиг 1) содержит излучатель 1, корпус 2 антенны, согласующее устройство, включающее центральный проводник 3 и изолятор 4, коаксиальный соединитель, включающий центральный проводник 5, экран 6. Излучатель 1 размещен над экраном 6. Корпус 2 антенны установлен вдоль продольной оси антенны. Коаксиальный соединитель размещен под экраном 6 в части корпуса 2, которая выполнена в виде внешнего контакта коаксиального соединителя. Согласующее устройство установлено в корпусе 2 антенны между излучателем 1 и коаксиальным соединителем. Изолятор 4 расположен между корпусом 2 антенны и центральным проводником 3. Согласующее устройство служит для согласования антенны с питающим фидерным трактом, имеющим волновое сопротивление 50 Ом, и компенсации емкостного реактивного сопротивления верхней части антенны - излучателя 1.

Излучатель 1 и центральные проводники 3 и 5 согласующего устройства и коаксиального соединителя выполнены за одно целое. Излучатель 1 и часть корпуса 2 антенны, расположенная над экраном 6, опрессованы радиопрозрачным теплозащитным материалом 7 (РТМ-6). Корпус 2 антенны фиксируется в экране 6 с помощью гайки 8. В антенне предусмотрено уплотнительное кольцо 9 для герметизации установочного отверстия в экране 6. Излучатель 1 и корпус 2 антенны выполнены из стали 14X17H2. Изолятор 4 изготовлен из РТМ-6. Коаксиальный соединитель представляет собой ответную часть (вилку) для подключения ВЧ кабеля 10 посредством розетки кабельной 11. Для подтверждения характеристик, приведенных на фиг. 2 и 4, антенна устанавливалась на торцевую поверхность макета корпуса ЛА. Коэффициент усиления антенны в максимуме диаграммы направленности составил около 2 дБ.

Вибраторная антенна работает следующим образом.

Высокочастотный (ВЧ) сигнал от передатчика (на фиг. 1 не показан) через коаксиальный соединитель 5 поступает в согласующее устройство. Согласующее устройство 3, 4 компенсирует емкостное реактивное сопротивление верхней части антенны - излучателя, возникающее из-за наличия рядом с антенной металлических деталей корпуса ЛА, и согласовывает его с питающим фидерным трактом, имеющим волновое сопротивление 50 Ом. На фиг. 2 видно, что ширина полосы согласования по уровню КСВн равному 2,0 составляет более ±75 МГц относительно рабочей частоты антенны F₀. После согласующего устройства ВЧ сигнал поступает на излучатель. Ток, протекающий по излучателю 1, возбуждает электромагнитное поле линейной поляризации. На фиг. 4 видно, что в плоскости угла ϕ диаграмма направленности антенны всенаправленная, а в плоскости угла θ имеет выраженный максимум, направленный под углом около 20° от оси макета корпуса ЛА.

Использование: для передающей или приемной антенны летательного аппарата в дециметровом диапазоне длин волн. Сущность изобретения заключается в том, что вибраторная антенна содержит излучатель, размещенный над экраном, коаксиальный соединитель, размещенный под экраном и включающий центральный проводник, при этом вдоль продольной оси антенны дополнительно установлен корпус антенны, в котором между излучателем и коаксиальным соединителем установлено согласующее устройство, включающее центральный проводник и изолятор, расположенный между корпусом антенны и центральным проводником, при этом излучатель и центральные проводники согласующего устройства и коаксиального соединителя выполнены за одно целое, излучатель и часть корпуса антенны, расположенная над экраном, опрессованы радиопрозрачным теплозащитным материалом, а корпус антенны выполнен с возможностью фиксирования в экране, часть корпуса антенны, расположенная под экраном, выполнена в виде внешнего контакта коаксиального соединителя. Технический результат: упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, уменьшение габаритов, улучшение эксплуатационных характеристик, повышение надежности. 4 ил.

Вибраторная антенна, содержащая излучатель, размещенный над экраном, коаксиальный соединитель, размещенный под экраном и включающий центральный проводник, отличающаяся тем, что вдоль продольной оси антенны дополнительно установлен корпус антенны, в котором между излучателем и коаксиальным соединителем установлено согласующее устройство, включающее центральный проводник и изолятор, расположенный между корпусом антенны и центральным проводником, при этом излучатель и центральные проводники согласующего устройства и коаксиального соединителя выполнены за одно целое, излучатель и часть корпуса антенны, расположенная над экраном, опрессованы радиопрозрачным теплозащитным материалом, а корпус антенны выполнен с возможностью фиксирования в экране, часть корпуса антенны, расположенная под экраном, выполнена в виде внешнего контакта коаксиального соединителя.