АНТЕННА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2016 года по МПК H01Q1/28 

Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области антенн летательных аппаратов. Может быть использовано в дециметровом диапазоне длин волн в качестве передающей или приемной антенны летательного аппарата (ЛА), имеющего участок траектории с пониженным атмосферным давлением, на котором необходимо передавать радиосигналы.

Известна антенна ЛА (патент RU №2136090, приоритет от 27.10.1997, «Антенна летательного аппарата», авторов Ионовой С.П., Помазкова А.П., МПК 6 H01Q 1/28, 13/10, опубл. 27.08.1999, БИ №24), содержащая открытый с одного конца цилиндрический резонатор (ЦР), частично заполненный диэлектриком, коаксиальный соединитель (КС), укрепленный на нижней крышке ЦР, с втулкой и центральным проводником внутри этой втулки, являющимся продолжением центрального проводника КС, возбудитель (излучатель) и согласующее устройство, расположенные в полости этого же ЦР. Излучатель, выполненный в виде двух половин внешнего трубчатого проводника, соединенных между собой и втулкой над КС и имеющих зазор диаметрально противоположно КС, внутренний проводник, размещенный внутри одной из половин внешнего трубчатого проводника и соединенный одним концом с внутренним проводником втулки, и согласующее устройство, состоящее из последовательно соединенных согласующего четвертьволнового трансформатора, размещенного внутри внешнего трубчатого проводника вблизи зазора и соединенного со вторым концом внутреннего проводника, и резистора, расположенного в зазоре между двумя половинами внешнего трубчатого проводника и соединенного вторым выводом с противоположным концом второй половины внешнего трубчатого проводника в зазоре, и шлейфа П-образной формы, подключенного параллельно резистору к его выводам.

Указанная антенна является наиболее близкой по технической сущности к заявляемой антенне и поэтому выбрана в качестве наиболее близкого аналога.

Недостатками устройства являются сложность формы излучателя и его расчет, следствием этого является низкая технологичность изготовления антенны. Также данная антенна имеет большие габаритные размеры и линейную поляризацию.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание антенны ЛА с эллиптической поляризацией и широкой полосой пропускания.

Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в упрощении конструкции излучателя, повышении технологичности изготовления, расширении функциональных возможностей, повышении надежности.

Данные технические результаты достигаются тем, что в антенне летательного аппарата, содержащей открытый с одного конца цилиндрический резонатор, заполненный диэлектриком, на котором жестко закреплен излучатель, на нижней крышке цилиндрического резонатора закреплен коаксиальный соединитель, центральный проводник которого удлинен внутрь цилиндрического резонатора и расположен во втулке, установленной на нижней крышке цилиндрического резонатора в диэлектрике, причем центральный проводник коаксиального соединителя и втулка соединены с излучателем, новым является то, что излучатель выполнен в виде двух проводников на подложке печатной платы, расположенных в одной плоскости и изогнутых под углом 90°, причем короткие и длинные отрезки проводников от точек изгиба расположены соосно и попарно равны, а длина и ширина отрезков каждого проводника выбраны таким образом, чтобы разность фаз токов между коротким и длинным отрезками составляла 90°, при этом один проводник соединен с центральным проводником коаксиального соединителя, а другой проводник с втулкой, вдоль которой по направлению к нижней крышке центрального резонатора выполнен срез для осуществления симметрирования токов, а коаксиальный соединитель установлен таким образом, что его продольная ось перпендикулярна оси антенны.

Повышение технологичности изготовления и надежности антенны достигается за счет упрощения конструкции излучателя.

Для получения эллиптической поляризации излучатель выполняют в виде двух проводников на подложке печатной платы, расположенных в одной плоскости и изогнутых под углом 90°, причем короткие и длинные отрезки проводников от точек изгиба расположены соосно и попарно равны, а длина и ширина отрезков каждого проводника выбраны таким образом, чтобы разность фаз токов между ними составляла 90°. Это позволит получить электромагнитное излучение с эллиптической поляризацией. Также это приводит к взаимной компенсации реактивных составляющих входных сопротивлений проводников и расширению полосы пропускания антенны, что расширяет функциональные возможности (использование одной и той же модификации антенны в различных частотных каналах).

На фиг. 1 приведен эскиз варианта заявляемой антенны ЛА, на фиг. 2 - излучатель (вид сверху). На фиг. 3, 4 и 5 приведены характеристики антенны ЛА на частоте 1,055 ГГц: настройка по КСВ и нормированные диаграммы направленности в плоскости малых и больших вибраторов соответственно.

Антенна ЛА (фиг. 1) содержит открытый с одного конца цилиндрический резонатор 1, заполненный диэлектриком 2, накладку 3, излучатель 4, втулку 5, коаксиальный соединитель 6 с центральным проводником 7.

Центральный проводник 7 коаксиального соединителя 6 удлинен внутрь цилиндрического резонатора 1 и расположен во втулке 5. Центральный проводник 7 коаксиального соединителя 6 соединен с излучателем 4.

Открытый с одного конца цилиндрический резонатор 1 является корпусом 1 антенны ЛА, выполненным с возможностью для крепления антенны на поверхность ЛА (не показана). Накладка 3 установлена сверху излучателя 4 и закреплена на корпусе 1 с помощью кольца 8.

Излучатель 4 жестко закреплен на диэлектрике 2 посредством крепления излучателя 4 на корпусе 1 с помощью винтов 9.

Коаксиальный соединитель 6 закреплен на нижней крышке 10 корпуса 1 таким образом, что его продольная ось перпендикулярна оси антенны.

На нижней крышке 10 корпуса 1 в диэлектрике 2 крепится втулка 5. Вдоль втулки 5 по направлению к нижней крышке 10 выполнен плавный срез для осуществления симметрирования токов, текущих по центральному проводнику 7 коаксиального соединителя 6 и втулке 5.

Диэлектрик 2 и накладку 3 выполняют из радиотехнического материала. Втулка 5 выполнена из латуни.

Излучатель (фиг. 2) выполнен в виде двух проводников 11 и 12 на подложке печатной платы 13.

Проводники 11 и 12 расположены в одной плоскости и изогнуты под углом 90°, причем короткие и длинные отрезки проводников от точек изгиба расположены соосно и попарно равны соответственно. Длина и ширина отрезков каждого проводника выбраны таким образом, чтобы разность фаз токов между коротким и длинным отрезками составляла 90°.

Центральный проводник 7 коаксиального соединителя 6 припаивается к проводнику 11, а втулка 5 - к проводнику 12.

Излучатель выполнен из радиотехнического материала с большой диэлектрической проницаемостью.

Антенна летательного аппарата работает следующим образом.

Высокочастотный (ВЧ) сигнал от передатчика (не показан) через коаксиальный соединитель 6 поступает к излучателю 4. Токи, протекающие в малых и больших отрезках проводников 11 и 12, отличаются по фазе на 90 градусов (сдвиг по фазе определяется размерами отрезков проводников). Данные токи возбуждают электромагнитное поле с эллиптической поляризацией в раскрыве антенны ЛА.

Кроме того, данная топология излучателя позволяет получить широкую полосу пропускания из-за взаимной компенсации реактивных входных сопротивлений проводников. Антенна имеет полосу пропускания 220 МГц по уровню КСВн=2 (фиг. 3), что позволяет ее использовать в высокоскоростных каналах передачи информации.

На фиг. 4 и 5 приведены нормированные диаграммы направленности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на частоте 1,055 ГТц. Значения КУ в максимумах равны 4,8 и 4,0 дБ соответственно. Ширина диаграмм направленности по уровню минус 10 дБ составляет порядка 180°, что соответствует требованиям, предъявляемым к антеннам ЛА.

Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области антенн летательных аппаратов. Может быть использовано в дециметровом диапазоне длин волн в качестве передающей или приемной антенны летательного аппарата (ЛА), имеющего участок траектории с пониженным атмосферным давлением, на котором необходимо передавать радиосигналы. Технические результаты заключаются в упрощении конструкции излучателя, повышении технологичности изготовления, расширении функциональных возможностей, повышении надежности. Антенна ЛА содержит открытый с одного конца цилиндрический резонатор, заполненный диэлектриком, накладку, излучатель, втулку, коаксиальный соединитель с центральным проводником. Центральный проводник коаксиального соединителя удлинен внутрь цилиндрического резонатора и расположен во втулке. Открытый с одного конца цилиндрический резонатор является корпусом антенны ЛА. Излучатель закреплен на корпусе с помощью винтов. Коаксиальный соединитель закреплен на нижней крышке корпуса таким образом, что его продольная ось перпендикулярна оси антенны. На нижней крышке корпуса в диэлектрике крепится втулка. Вдоль втулки по направлению к нижней крышке выполнен плавный срез для осуществления симметрирования токов, текущих по центральному проводнику коаксиального соединителя и втулке. Излучатель выполнен в виде двух проводников на подложке печатной платы. Проводники расположены в одной плоскости и изогнуты под углом 90°, причем короткие и длинные отрезки проводников от точек изгиба расположены соосно и попарно равны. Длина и ширина отрезков каждого проводника выбраны таким образом, чтобы разность фаз токов между коротким и длинным отрезками составляла 90°. Один проводник соединен с центральным проводником коаксиального соединителя, а другой проводник с втулкой. 5 ил.

Антенна летательного аппарата, содержащая открытый с одного конца цилиндрический резонатор, заполненный диэлектриком, на котором жестко закреплен излучатель, на нижней крышке цилиндрического резонатора закреплен коаксиальный соединитель, центральный проводник которого удлинен внутрь цилиндрического резонатора и расположен во втулке, установленной на нижней крышке цилиндрического резонатора в диэлектрике, причем центральный проводник коаксиального соединителя и втулка соединены с излучателем, отличающаяся тем, что излучатель выполнен в виде двух проводников на подложке печатной платы, расположенных в одной плоскости и изогнутых под углом 90°, причем короткие и длинные отрезки проводников от точек изгиба расположены соосно и попарно равны, а длина и ширина отрезков каждого проводника выбраны таким образом, чтобы разность фаз токов между коротким и длинным отрезками составляла 90°, при этом один проводник соединен с центральным проводником коаксиального соединителя, а другой проводник с втулкой, вдоль которой по направлению к нижней крышке центрального резонатора выполнен срез для осуществления симметрирования токов, а коаксиальный соединитель установлен таким образом, что его продольная ось перпендикулярна оси антенны.