СИСТЕМА ДЛЯ НАПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ АНТЕННЫ Российский патент 2019 года по МПК H01Q19/10 H01Q1/42 H01Q3/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к обтекателям и, в частности, к подвижным обтекателям, имеющим окно, которое является прозрачным для радиоволн предварительно определенного диапазона частот.

[0002] Транспортные средства, такие как воздушные летательные аппараты, морские транспортные средства, наземные транспортные средства и космические летательные аппараты, для дальней связи обычно используют всенаправленные антенны при больших длинах волн. Поскольку эти всенаправленные антенны имеют низкий коэффициент усиления, радиоволны (например, радиосигнал), передаваемые этими антеннами, могут быть легко обнаружены и/или перехвачены вследствие неразборчивой диаграммы направленности радиоволн. В связи с этим, для дальней связи может быть необходим высокий коэффициент усиления направленных антенн.

[0003] Направленность антенны с высоким коэффициентом усиления может быть реализована с использованием различных способов, таких как использование антенн в виде фазированной решетки, применение антенны в виде тарелки или антенны в виде рупора или использование направленной антенны с большой апертурой. Однако направленная антенна при больших длинах волн сложна для реализации с использованием традиционных способов на основе решеток, тарелок или апертуры.

[0004] Направление луча антенны, как правило, осуществляется с использованием электронного взвешивания антенных элементов в фазированной решетке или путем механического направления антенны, например, с использованием универсального шарнира, для обеспечения луча радиоволны с необходимыми азимутом и углом места. Однако использование таких антенн с большой апертурой и связанной электроникой и/или механических универсальных шарниров может исключать их использование на аэрокосмических транспортных средствах (например, воздушных летательных аппаратах) вследствие размера и или веса.

[0005] Кроме того, поскольку антенны включают в себя хрупкие компоненты, которые могут быть повреждены при воздействии внешних условий, антенны часто размещают в обтекателях, которые не допускают прямого физического контакта с физическими веществами, такими как мусор, осадки, движущийся воздух и т.п., с компонентами антенны. Таким образом, обтекатель функционирует как физический барьер для потенциально опасных веществ, в то же время позволяя распространение электромагнитного излучения, в частности радиоволн, к защищенной антенне и от нее. Обтекатели особенно важны для воздушных летательных аппаратов вследствие аэродинамического сопротивления и чувствительности антенн и электронных компонентов к условиям окружающей среды.

[0006] Соответственно, специалисты в данной области техники продолжают выполнять исследования и разработки в отношении направленных антенн с высоким коэффициентом усиления и обтекателей.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] В одном варианте реализации изобретения раскрытая система для направления электромагнитного излучения антенны может включать в себя антенну для испускания электромагнитного излучения и обтекатель, расположенный возле антенны и по меньшей мере частично окружающий антенну, причем обтекатель включает в себя окно для пропуска электромагнитного излучения от антенны наружу обтекателя, причем электромагнитное излучение направлено на основе положения окна относительно антенны.

[0008] Еще в одном варианте реализации изобретения раскрытый обтекатель для по меньшей мере частичного размещения внутри него антенны, испускающей электромагнитное излучение, может включать в себя окно для пропуска электромагнитного излучения от антенны наружу обтекателя и приводной механизм обтекателя для поворота обтекателя вокруг по меньшей мере одной оси поворота.

[0009] Еще в одном варианте реализации изобретения раскрытый способ управления направлением электромагнитного излучения, испускаемого от всенаправленной антенны, может включать в себя этапы:

(1) размещения антенны внутри обтекателя, включающего в себя окно для пропуска электромагнитного излучения от антенны наружу обтекателя, при этом окно включает в себя по меньшей мере одно из следующего: отверстие, сформированное в обтекателе, проницаемый для электромагнитного излучения материал, сформированный в обтекателе, и структура из проницаемых для электромагнитного излучения признаков, сформированных в обтекателе,

(2) отражения электромагнитного излучения, направленного от окна, назад к окну для увеличения коэффициента усиления электромагнитного излучения, проходящего через окно, и

(3) поворота обтекателя вокруг по меньшей мере одной оси поворота, чтобы расположить окно относительно антенны для направления электромагнитного излучения.

[0010] Другие варианты реализации раскрытых систем и способа станут очевидными из нижеследующего подробного описания, сопроводительных чертежей и прилагаемой формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] На ФИГ. 1 схематически показана блок-схема одного варианта реализации раскрытой системы для направления электромагнитного излучения антенны;

[0012] на ФИГ. 2 схематически показано сечение одного варианта реализации раскрытой системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0013] на ФИГ. 3 схематически показан вид в плане системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 2 в первом положении;

[0014] на ФИГ. 4 схематически показан вид в плане системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 2 во втором положении;

[0015] на ФИГ. 5 схематически показан еще один вид в плане системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 2;

[0016] на ФИГ. 6 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0017] на ФИГ. 7 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0018] на ФИГ. 8 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0019] на ФИГ. 9 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0020] на ФИГ. 10 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0021] на ФИГ. 11 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0022] на ФИГ. 12 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0023] на ФИГ. 13 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0024] на ФИГ. 14 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0025] на ФИГ. 15 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0026] на ФИГ. 16 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0027] на ФИГ. 17 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0028] на ФИГ. 18 схематически показан вертикальный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0029] на ФИГ. 19А-19K показаны схематические изображения двумерных форм проницаемых для электромагнитного излучения признаков по ФИГ. 1;

[0030] на ФИГ. 20 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0031] на ФИГ. 21 показано графическое представление обратных потерь относительно частоты системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 20;

[0032] на ФИГ. 22 показано графическое представление азимутальной диаграммы направленности в полярном представлении согласно одному осуществлению системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 20;

[0033] на ФИГ. 23 показано графическое представление диаграммы направленности по углу места в полярном представлении согласно одному осуществлению системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 20;

[0034] на ФИГ. 24 показано графическое представление азимутальной диаграммы направленности в полярном представлении согласно еще одному осуществлению системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 20;

[0035] на ФИГ. 25 показано графическое представление диаграммы направленности по углу места в полярном представлении согласно еще одному осуществлению системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 20;

[0036] на ФИГ. 26 показано графическое представление азимутальной диаграммы направленности в полярном представлении согласно еще одному осуществлению системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 20;

[0037] на ФИГ. 27 показано графическое представление диаграммы направленности по углу места в полярном представлении согласно еще одному осуществлению системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 20;

[0038] на ФИГ. 28 схематически показан перспективный вид еще одного варианта реализации системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 1;

[0039] на ФИГ. 29 показано графическое представление обратных потерь относительно частоты системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 28;

[0040] на ФИГ. 30 показано графическое представление азимутальной диаграммы направленности в полярном представлении согласно одному осуществлению системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 28;

[0041] на ФИГ. 31 показано графическое представление диаграммы направленности по углу места в полярном представлении согласно одному осуществлению системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 28;

[0042] на ФИГ. 32 показано графическое представление азимутальной диаграммы направленности в полярном представлении согласно еще одному осуществлению системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 28;

[0043] на ФИГ. 33 показано графическое представление диаграммы направленности по углу места в полярном представлении согласно еще одному осуществлению системы для направления электромагнитного излучения антенны по ФИГ. 28; и

[0044] на ФИГ. 34 показана структурная схема одного варианта реализации раскрытого способа управления направлением электромагнитного излучения, испускаемого от всенаправленной антенны.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0045] Последующий раздел "Осуществление изобретения" с подробным описанием вариантов осуществления представлен со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые иллюстрируют конкретные варианты осуществления настоящего изобретения. Другие варианты реализации, имеющие различные конструкции и операции, не выходят за пределы объема настоящего изобретения. Одинаковые ссылочные позиции могут относиться к одному и тому же элементу или компоненту на разных чертежах.

[0046] Со ссылкой на ФИГ. 1 и 2, один вариант реализации раскрытой системы для направления электромагнитного излучения антенны, в целом обозначенной 100, может включать в себя антенну 102 и обтекатель 106. Антенна 102 может испускать электромагнитное излучение 104 (также упоминающееся в настоящем документе в целом как радиоволна, радиоволны или луч радиоволны). В качестве одного примера, электромагнитное излучение 104 может включать в себя любую часть электромагнитного спектра. В качестве еще одного примера, электромагнитное излучение 104 может включать в себя электромагнитное излучение в пределах части диапазона электромагнитного спектра от приблизительно 3 Гц до приблизительно 3000 ГГц (или 3 ТГц). В качестве еще одного примера, электромагнитное излучение 104 может включать в себя электромагнитное излучение в пределах части диапазона электромагнитного спектра от приблизительно 3 Гц до приблизительно 300 ГГц. В качестве еще одного примера, электромагнитное излучение 104 может включать в себя электромагнитное излучение в пределах части диапазона электромагнитного спектра от приблизительно 3 Гц до приблизительно 300 МГц. В качестве еще одного примера, электромагнитное излучение 104 может включать в себя электромагнитное излучение в пределах части диапазона электромагнитного спектра от приблизительно 3 Гц до приблизительно 300 кГц.

[0047] Как использовано в настоящем документе, специалисту с обычной квалификацией будет понятно, что раскрытые частоты могут варьироваться около раскрытых пределов приблизительно на десять-пятнадцать процентов. Например, приблизительно 3000 ГГц может быть между приблизительно 2550 ГГц и 2700 ГГц.

[0048] Антенна 102 может быть любым устройством или системой, которая передает (стрелка А), принимает (стрелка В) или передает и принимает (стрелки А и В) электромагнитное излучение 104, как лучше всего показано на ФИГ. 2. В качестве одного общего, не ограничивающего примера, антенна 102 может быть радиоантенной. В качестве еще одного общего, не ограничивающего примера, антенна 102 может быть антенной СВЧ-диапазона. В качестве еще одного общего, не ограничивающего примера, антенна 102 может быть антенной радара. В качестве одного конкретного, не ограничивающего примера, антенна 102 может быть всенаправленной антенной. В качестве еще одного конкретного, не ограничивающего примера, антенна 102 может быть дипольной антенной. В качестве еще одного конкретного, не ограничивающего примера, антенна 102 может быть полуволновой дипольной антенной (например, коаксиальной антенной). В качестве еще одного конкретного, не ограничивающего примера, антенна 102 может быть решеткой дипольных антенн (например, решеткой коллинеарных антенн). В качестве еще одного конкретного, не ограничивающего примера, антенна 102 может быть однополюсной антенной. Другие типы антенн также предполагаются, без ограничения.

[0049] Обтекатель 106 может быть расположен возле антенны и по меньшей мере частично окружать антенну 102. Например, и как лучше всего показано на ФИГ. 2, обтекатель 106 может определять закрытый внутренний объем 110, и антенна 102 может быть размещена внутри этого закрытого внутреннего объема 110 обтекателя 106. В качестве не ограничивающих примеров, форма внутреннего объема 110 может быть цилиндром, сферой, полусферой, конусом или пирамидой. Обтекатель 106 может защищать антенну 102 от условий окружающей среды, таких как дождь, мокрый снег, снег, пыль, ветер, молния и т.п. Обтекатель 106 может быть выполнен с возможностью увеличения коэффициента усиления антенны (например, с формированием ширины сфокусированного узкого луча радиоволны), недопущения испускания электромагнитного излучения 104 в ненужных направления и направления испускаемого электромагнитного излучения 104 в выбранном направлении (например, фокусирования направления сформованного луча радиоволны).

[0050] В одном примере конструкции, обтекатель 106 может быть выполнен из металлического материала. В качестве одного примера, обтекатель 106 может быть цельнометаллическим обтекателем. В качестве еще одного примера, обтекатель 106 может включать в себя по меньшей мере девяносто процентов металла. Еще в одном примере конструкции, обтекатель 106 может быть выполнен из диэлектрического материала (например, диэлектрический обтекатель). Еще в одном примере конструкции, обтекатель 106 может быть выполнен из металлического материала и диэлектрического материала (например, металлодиэлектрический обтекатель). Обтекатель 106 может быть выполнен из других типов материалов или комбинаций материалов, включая, но не ограничиваясь этим, керамические материалы (например, керамический обтекатель).

[0051] В настоящем изобретении принимается в внимание тот факт, что металлический обтекатель может оказаться особенно полезным благодаря преодолению механических и электрических ограничений традиционных диэлектрических или керамических обтекателей при использовании для решения задач, требующих высокой скорости, применения при любой погоде (например, для решения задач с применением воздушных летательных аппаратов). Например, металлический обтекатель может обеспечивать предпосылки для большей общей механической прочности, повышенной устойчивости к воздействию окружающей среды (например, вызванному дождем, градом, пылью, молнией и т.п.) и улучшенными характеристиками в отношении статического разряда.

[0052] Обтекатель 106 может быть подвижным относительно антенны 102. В одном примере осуществления обтекатель 106 может быть перемещен относительно антенны 102 ровным поворотом. Еще в одном примере осуществления обтекатель 106 может быть перемещен относительно антенны 102 неровным поворотом. Еще в одном примере осуществления обтекатель 106 может быть перемещен относительно антенны 102 регулярными колебаниями. Еще в одном примере осуществления обтекатель 106 может быть перемещен относительно антенны 102 нерегулярными колебаниями.

[0053] В качестве одного примера, антенна 102 может быть неподвижной, а обтекатель 106 может быть выполнен с возможностью поворота вокруг поворотной оси X относительно антенны 102. В качестве одного конкретного, не ограничивающего примера, обтекатель 106 может совершать поворот по меньшей мере на 45 градусов вокруг поворотной оси X относительно антенны 102. В качестве еще одного конкретного, не ограничивающего примера, обтекатель 106 может совершать поворот по меньшей мере на 90 градусов вокруг поворотной оси X относительно антенны 102. В качестве еще одного конкретного, не ограничивающего примера, обтекатель 106 может совершать поворот по меньшей мере на 180 градусов вокруг поворотной оси X относительно антенны 102. В качестве еще одного конкретного, не ограничивающего примера, обтекатель 106 может совершать поворот по меньшей мере на 270 градусов вокруг поворотной оси X относительно антенны 102. В качестве еще одного конкретного, не ограничивающего примера, обтекатель 106 может совершать поворот по меньшей мере на 360 градусов вокруг поворотной оси X относительно антенны 102.

[0054] Хотя поворотная ось X на ФИГ. 2 показана по существу вертикальной осью, поворотная ось X также может быть по существу горизонтальной осью или другой осью, расположенной под любым углом безотносительно горизонтальной оси или вертикальной оси. Например, поворотная ось X может проходить через (например, быть выполнена по существу соосной с антенной) антенну 102, как лучше всего показано на ФИГ. 2.

[0055] В одном примере реализации изобретения, приводной механизм 116 обтекателя может быть функционально соединен с обтекателем 106 для перемещения (например, поворота вокруг поворотной оси X) обтекателя 106 относительно неподвижной антенны 102. В качестве одного примера, приводной механизм 116 обтекателя может включать в себя шаговый двигатель, который делит частичный поворот или полный поворот обтекателя 106 на некоторое количество равных шагов для управления азимутом электромагнитного излучения 104, исходящего от обтекателя 106. В качестве еще одного примера, приводной механизм 116 обтекателя может включать в себя универсальный шарнир для управления углом места (например, пространственным положением) электромагнитного излучения 104, исходящего от обтекателя 106. В качестве еще одного примера, приводной механизм 116 обтекателя может включать в себя двигатель и универсальный шарнир для управления азимутом и углом места электромагнитного излучения 104, исходящего от обтекателя 106.

[0056] В одном примере реализации изобретения, обтекатель 106 может включать в себя окно 108. Окно 108 может быть проницаемым для электромагнитного излучения. Окно 108 обеспечивает возможность пропуска электромагнитного излучения 104, испускаемого антенной 102 от антенны 102 наружу обтекателя 106 (например, через окно 108). Электромагнитное излучение 104 может быть направлено на основе положения окна 108 относительно антенны 102. Например, и как лучше всего показано на ФИГ. 2, электромагнитное излучение 104, исходящее от обтекателя 106, может быть направлено в направлении, и ограничено им, (стрелка 112), которое проходит через окно 108. Положение окна 108 относительно антенны 102 может быть основано на положении поворота обтекателя 106 относительно антенны 102.

[0057] Окно 108 может быть сформировано (например, изготовлено) в стенке 118 обтекателя 106. В одном примере реализации изобретения, окно 108 может быть отверстием 120 (например, отсутствием материала), сформированным в стенке 118 обтекателя 106. Еще в одном примере реализации изобретения, окно 108 может быть сформировано из проницаемого для электромагнитного излучения материала 122 (например, диэлектрического материала или проницаемого для электромагнитного излучения экрана), сформированного в стенке 118 обтекателя 106.

[0058] В одном примере осуществления окно 108 может быть проницаемым для электромагнитного излучения 104, имеющего любую рабочую длину волны. Например, сквозное окно 108 (например, отверстие 120) обеспечивает возможность пропуска электромагнитного излучения 104, имеющего любую длину волны через окно 108. Еще в одном примере осуществления окно 108 может быть проницаемым для электромагнитного излучения 104, имеющего предварительно определенную длину волны. Например, проницаемый для электромагнитного излучения материал 122, образующий окно 108, может быть выбран для обеспечения возможности пропуска только электромагнитного излучения 104, имеющего предварительно определенную длину волны (например, необходимый рабочий диапазон) через окно 108 и недопущения прохода через окно 108 электромагнитного излучения 104, не имеющего предварительно определенной длины волны (например, нерабочий диапазон).

[0059] Стенка 118 обтекателя 106 может быть отражающей для электромагнитного излучения. Например, по меньшей мере внутренняя поверхность 124 стенки 118 обтекателя 106 может быть отражающей для электромагнитного излучения. В качестве одного примера, стенка 118 обтекателя 106 может быть сформирована из отражающего электромагнитное излучение материала 126. В качестве еще одного примера, внутренняя поверхность 124 стенки 118 обтекателя 106 может быть сформирована из отражающего электромагнитное излучение материала или покрыта отражающим электромагнитное излучение материалом 126.

[0060] В одном примере осуществления стенка 118 (или по меньшей мере внутренняя поверхность 124 стенки 118) может быть отражающей для электромагнитного излучения 104, имеющего любую рабочую длину волны. Например, внутренняя поверхность 124 стенки может отражать электромагнитное излучение 104, имеющее любую длину волны. Еще в одном примере осуществления стенка 118 (или по меньшей мере внутренняя поверхность 124 стенки 118) может быть отражающей для электромагнитного излучения 104, имеющего предварительно определенную длину волны. Например, отражающий электромагнитное излучение материал 126 может быть выбран, чтобы отражать только электромагнитное излучение 104, имеющее предварительно определенную длину волны (например, в необходимом рабочем диапазоне), предназначенное для пропуска через окно 108, и поглощать электромагнитное излучение 104, не имеющее предварительно определенной длины волны (например, в нерабочем диапазоне).

[0061] Со ссылкой на ФИГ, 2-4, создание окна 108 в обтекателе 106 (например, металлическом обтекателе) может влиять на направленность электромагнитного излучения 104, испускаемого антенной 102, помещенной внутрь обтекателя 106, путем ограничения электромагнитного излучения 104, исходящего от обтекателя 106, до той его части, которая проходит через окно 108. Таким образом, движение обтекателя 106 (например, поворот обтекателя 106) может изменять положение окна 108 относительно антенны 102 (например, переместить окно 108 относительно антенны 102), что может привести к направлению электромагнитного излучения 104, испускаемого антенной 102, в предварительно определенном направлении на основании положения окна 108 (например, способности направления луча радиоволны), как лучше всего показано на ФИГ. 3 и 4.

[0062] Со ссылкой на ФИГ. 2 и 5, отражающая для электромагнитного излучения внутренняя поверхность 124 обтекателя 106 (например, стенки 118 обтекателя 106) может отражать части всенаправленного электромагнитного излучения 104, которое испускалось бы в направлении стенки 118 назад в направлении окна 108. Например, часть электромагнитного излучения 104а может исходить от антенны 102 в направлении, по существу выровненном с положением окна 108 и проходящим через положение окна 108. Части электромагнитного излучения 104b, 104с, 104d, 104е, и т.д. могут исходить от антенны 102 в других направлениях и отражаться обтекателем 106 назад в направлении положения окна 108 и проходить через положение окна 108. Таким образом, такое электромагнитное отражение может увеличивать электромагнитное излучение 104, проходящее через окно 108, и/или фокусировать электромагнитное излучение 104, проходящее через окно 108 (например, уплотнять электромагнитное излучение 104 в одном направлении), что может привести к увеличению коэффициента усиления (например, более высокий коэффициент усиления антенны может быть достигнут путем концентрирования радиоволны).

[0063] Поворот обтекателя 106 вокруг оси поворота X относительно антенны 102 может приводить к повороту окна 108 вокруг оси поворота X относительно антенны 102, таким образом по существу повороту направления электромагнитного излучения 104 вокруг оси поворота X.

[0064] Как лучше всего показано на ФИГ. 2, обтекатель 106 и соответствующая антенна 102 могут быть установлены на опорной конструкции 114 или прикреплены к ней. В качестве одного примера, опорной конструкцией 114 может быть транспортное средство, которым может быть земное транспортное средство (например, воздушный летательный аппарат, лодка/судно или наземное транспортное средство) или космическое транспортное средство (например, космический летательный аппарат или спутник). В качестве еще одного примера, опорной конструкцией 114 может быть грунт, здание или другое строение, или тому подобное.

[0065] Как лучше всего показано на ФИГ. 2-5, в одном общем, неограничивающем примере реализации изобретения, антенна 102 может быть всенаправленной вертикально ориентированной дипольной антенной (например, электромагнитное излучение 104 исходит от антенны 102 во всех направлениях в плоскости, перпендикулярной антенне 102). Электромагнитное излучение 104

[0066] Со ссылкой на ФИГ. 6-13, обтекатель 106 может включать в себя различные размеры или геометрические формы. Размер и/или форма обтекателя 106 могут быть обусловлены размером, формой, и/или типом антенны 102. В общем случае, размер и/или форма обтекателя 106 могут быть достаточными, чтобы полностью окружать антенну 102.

[0067] В одном неограничивающем примере, и как показано на ФИГ. 6 и 7, обтекатель 106 может иметь цилиндрическую форму. Ось поворота X может проходить по центру через обтекатель 106 цилиндрической формы и быть соосной с антенной 102 таким образом, что обтекатель 106 и, таким образом, окно 108, могут совершать поворот вокруг оси поворота X относительно антенны 102. В качестве одного примера, и как показано на ФИГ. 6, ось поворота X может быть по существу вертикальной осью таким образом, что поворот обтекателя 106 может приводить к размещению окна 108 для направленного управления (например, направления) азимутом электромагнитного излучения 104, имеющего увеличенный коэффициент усиления. В качестве еще одного примера, и как показано на ФИГ. 7, ось поворота X может быть по существу горизонтальной осью таким образом, что поворот обтекателя 106 может приводить к размещению окна 108 для направленного управления (например, направления) углом места (например, пространственным положением) электромагнитного излучения 104, имеющего увеличенный коэффициент усиления.

[0068] Еще в одном неограничивающем примере, и как показано на ФИГ. 8 и 9, обтекатель 106 может иметь сферическую форму. Ось поворота X может проходить по центру через обтекатель 106 сферической формы и быть соосной с антенной 102 таким образом, что обтекатель 106 и, таким образом, окно 108, могут совершать поворот вокруг оси поворота X относительно антенны 102. В качестве одного примера, и как показано на ФИГ. 8, ось поворота X может быть по существу вертикальной осью таким образом, что поворот обтекателя 106 может приводить к размещению окна 108 для направленного управления (например, направления) азимутом электромагнитного излучения 104, имеющего увеличенный коэффициент усиления. В качестве еще одного примера, и как показано на ФИГ. 9, ось поворота X может быть по существу горизонтальной осью таким образом, что поворот обтекателя 106 может приводить к размещению окна 108 для направленного управления (например, направления) углом места (например, пространственным положением) электромагнитного излучения 104, имеющего увеличенный коэффициент усиления.

[0069] Еще в одном неограничивающем примере, и как показано на ФИГ. 10, обтекатель 106 может иметь кубоидную форму (например, квадратного кубоида или прямоугольного кубоида). Ось поворота X может проходить по центру через обтекатель 106, имеющий кубоидную форму, и быть соосной с антенной 102 (не видно на ФИГ. 10) таким образом, что обтекатель 106 и, таким образом, окно 108, могут совершать поворот вокруг оси поворота X относительно антенны 102. В качестве одного примера, и как показано на ФИГ. 10, ось поворота X может быть по существу вертикальной осью таким образом, что поворот обтекателя 106 может приводить к размещению окна 108 для направленного управления (например, направления) азимутом электромагнитного излучения 104, имеющего увеличенный коэффициент усиления. В качестве еще одного примера (не показано) ось поворота X может быть по существу горизонтальной осью таким образом, что поворот обтекателя 106 может приводить к размещению окна 108 для направленного управления (например, направления) углом места (например, пространственным положением) электромагнитного излучения 104, имеющего увеличенный коэффициент усиления.

[0070] Еще в одном неограничивающем примере, и как показано на ФИГ. 11, обтекатель 106 может иметь полусферическую (semi-spherical) форму (например, полусферическую (hemispherical)). Ось поворота X может проходить по центру через полусферический обтекатель 106 и быть соосной с антенной 102 таким образом, что обтекатель 106 и, таким образом, окно 108, могут совершать поворот вокруг оси поворота X относительно антенны 102. В качестве одного примера, ось поворота X может быть по существу вертикальной осью таким образом, что поворот обтекателя 106 может приводить к размещению окна 108 для направленного управления (например, направления) азимутом электромагнитного излучения 104, имеющего увеличенный коэффициент усиления.

[0071] Еще в одном неограничивающем примере, и как показано на ФИГ. 12, обтекатель 106 может иметь коническую форму. Ось поворота X может проходить по центру через обтекатель 106 конической формы и быть соосной с антенной 102 таким образом, что обтекатель 106 и, таким образом, окно 108, могут совершать поворот вокруг оси поворота X относительно антенны 102. В качестве одного примера, ось поворота X может быть по существу вертикальной осью таким образом, что поворот обтекателя 106 может приводить к размещению окна 108 для направленного управления (например, направления) азимутом электромагнитного излучения 104, имеющего увеличенный коэффициент усиления.

[0072] Еще в одном неограничивающем примере, и как показано на ФИГ. 13, обтекатель 106 может иметь пирамидальную форму. Ось поворота X может проходить по центру через обтекатель 106 пирамидальной формы и быть соосной с антенной 102 (не видно на ФИГ. 12) таким образом, что обтекатель 106 и, таким образом, окно 108, могут совершать поворот вокруг оси поворота X относительно антенны 102. В качестве одного примера, ось поворота X может быть по существу вертикальной осью таким образом, что поворот обтекателя 106 может приводить к размещению окна 108 для направленного управления (например, направления) азимутом электромагнитного излучения 104, имеющего увеличенный коэффициент усиления.

[0073] Со ссылкой в целом на ФИГ. 6-13, и в частности на ФИГ. 6, окно 108 может быть выполнено имеющим размер согласно предварительно определенной (например, необходимой) рабочей частоте электромагнитного излучения 104, испускаемого антенной 102, помещенной внутрь обтекателя 106. Окно 108 может иметь ширину W и длину L1.

[0074] В одном примере осуществления окно 108 может проходить от места возле (например, на или около) первого конца 132 обтекателя 106 до места возле второго конца 134 обтекателя 106 (например, от низа до верха или от стороны до стороны). В одном примере конструкции, и как лучше всего показано на ФИГ. 6, длина L1 окна 108 может быть по существу равна длине L2 обтекателя 106.

[0075] Ширина W окна 108 может быть обусловлена (например, пропорциональна) длиной волны электромагнитного излучения 104, испускаемого антенной 102 на предварительно определенной рабочей частоте. В качестве одного примера, отношение ширины W окна 108 к длине волны (или частоте) электромагнитного излучения 104 (например, рабочей длине волны или частоте электромагнитного излучения 104) может быть основано на предварительно определенном отношении. В одном примере осуществления ширина W окна 108 может составлять от приблизительно 1/8 длины волны электромагнитного излучения 104 до 1/2 длины волны электромагнитного излучения 104 на предварительно определенной рабочей частоте. Еще в одном примере осуществления ширина W окна 108 может составлять приблизительно 1/8 длины волны электромагнитного излучения 104 на предварительно определенной рабочей частоте. Еще в одном примере осуществления ширина W окна 108 может составлять приблизительно 1/6 длины волны электромагнитного излучения 104 на предварительно определенной рабочей частоте. Еще в одном примере осуществления ширина W окна 108 может составлять приблизительно 1/4 длины волны электромагнитного излучения 104 на предварительно определенной рабочей частоте. Еще в одном примере осуществления ширина W окна 108 может составлять приблизительно 1/2 длины волны электромагнитного излучения 104 на предварительно определенной рабочей частоте.

[0076] Для специалистов в данной области техники будет очевидным, что формы обтекателя, описанные выше и показанные на ФИГ. 6-13 и размеры окна, описанного выше, являются только примерами различных геометрических форм обтекателя 106 и ширин W окна 108. Другие формы и размеры также предполагаются. Конкретный размер и/или форма обтекателя 106 и/или размер окна 108 могут быть обусловлены размером и/или типом используемой антенны 102 и/или рабочей частотой, необходимой для электромагнитного излучения 104.

[0077] Для специалистов в данной области техники также будет очевидным, что форма обтекателя 106, размер окна 108 и/или тип антенны 102, используемой внутри обтекателя 106, могут быть важными факторами для достижения оптимальной фокусировки электромагнитного излучения 104 (например, оптимальной фокусировки луча радиоволны) через окно 108. В качестве одного примера, слишком малое окно 108 (например, окно 108, имеющее неэффективно малую ширину W), может приводить к уменьшению почти до нуля сопротивления электромагнитного излучения 104, испускаемого антенной 102. В качестве еще одного примера, слишком большое окно 108 (например, окно 108, имеющее неэффективно большую ширину W), может уменьшить коэффициент усиления электромагнитного излучения 104 (например, увеличить ширину луча радиоволны).

[0078] В качестве одного примера, размер и/или форма обтекателя 106 и/или размер окна 108 могут быть определены с использованием вычислительных моделей и/или параметрического анализа на основе рабочих длин волн и/или частот электромагнитного излучения 104. Полностью конструкция раскрытой системы для направления электромагнитного излучения антенны 100 (например, обтекателя 106, окна 108 и антенны 102) может быть рассмотрена в увеличенном или уменьшенном масштабе с использованием любого коэффициента, чтобы сместить рабочую частоту электромагнитного излучения 104.

[0079] В любом из примеров, проиллюстрированных на ФИГ. 6-13, обтекатель 106 может включать в себя множество уголковых отражателей (не показано), расположенных во внутреннем объеме 110 обтекателя 106 и расположенных возле антенны 102, чтобы дополнительно направлять и/или фокусировать (например, придавать форму) электромагнитное излучение 104 (например, лучу радиоволны) в направлении, проходящем через окно 108.

[0080] Со ссылкой на ФИГ. 14-17, в одном примере реализации изобретения, обтекатель 106 может включать в себя независимо подвижные секции 128 (например, две или более независимо подвижных секций, определяемых индивидуально как секция 128а и 128b на ФИГ. 14-17) и окна 130 (например, два или более окон, определяемых индивидуально как окно 130а и 130b на ФИГ. 14-17). В качестве одного примера, окно 130а, 130b может быть сформировано в каждой соответствующей секции 128а, 128b обтекателя 106 (например, может быть сформировано в стенке 118 обтекателя 106, определяющего секцию 128а, 128b).

[0081] Внутренняя поверхность 124 стенки 118, определяющей секции 128 обтекателя 106 может быть отражающей для электромагнитного излучения, как описано выше и показано на ФИГ. 2-5. Например, внутренняя поверхность 124 секций 128 может быть сформирована из отражающего электромагнитное излучение материала или покрыта отражающим электромагнитное излучение материалом 126. Окна 130 могут быть по существу такими же, как окно 108, описанное выше и показанное на ФИГ. 2-5. Например, окна 130 могут быть проницаемыми для электромагнитного излучения. В качестве одного примера, каждое окно 130а, 130b может быть отверстием 120 (например, отсутствием материала, сформированного в стенке 118 обтекателя 106). В качестве еще одного примера, каждое окно 130а, 130b может быть проницаемым для электромагнитного излучения материалом 122, сформированным в стенке 118 обтекателя 106. В качестве еще одного примера, окно 120 может быть отверстием 120, и окно 130b может быть проницаемым для электромагнитного излучения материал 122.

[0082] Каждая из секций 128 (например, секция 128а, 128b) может быть выполнена с возможностью независимого поворота вокруг поворотной оси X относительно антенны 102, помещенной внутрь обтекателя 106. В качестве одного примера, и как показано на ФИГ. 15 и 17, секция 128а и секция 128b могут независимо совершать поворот вокруг по существу вертикальной оси поворота X таким образом, что каждая секция 128а, 128b может приводить к размещению соответствующего окна 130а, 130b для направленного управления (например, направления) электромагнитным излучением 104, имеющим увеличенный коэффициент усиления при различных азимутах одновременно (например, с созданием множества лучей радиоволн). В качестве еще одного примера, и как показано на ФИГ. 16 и 18, секция 128а и секция 128b могут независимо совершать поворот вокруг по существу горизонтальной оси поворота X таким образом, что каждая секция 128а, 128b может приводить к размещению соответствующего окна 130а, 130b для направленного управления (например, направления) электромагнитным излучением 104, имеющим увеличенный коэффициент усиления при различных углах места (например, пространственных положениях) одновременно (например, с созданием множества лучей радиоволн).

[0083] Хотя на ФИГ. 14-17 посредством примеров проиллюстрированы только обтекатели цилиндрической формы и обтекатели сферической формы, для специалистов в данной области техники будет очевидным, что обтекатель 106, имеющий любую геометрическую форму может включать в себя секции 128 и окна 130.

[0084] Для специалистов в данной области техники будет очевидным, что большее количество окон 130, которые сформированы в обтекателе 106 (например, большее количество выполненных с возможностью независимого поворота секций 128) обеспечивает возможность прохода электромагнитного излучения 104 через каждое окно 130а, 130b, имеющее менее увеличенный коэффициент усиления (например, меньший коэффициент усиления на луч радиоволны), чем когда окна 130 соосно выровнены или когда обтекатель 106 включает в себя одно большое окно 108.

[0085] Со ссылкой на ФИГ. 18, в одном примере реализации изобретения, окно 108 может быть образовано проницаемой для электромагнитного излучения структурой 136, сформированной в обтекателе 106 (например, в стенке 118 обтекателя 106). Структура 136 может включать в себя множество проницаемых для электромагнитного излучения признаков 138 (например, совокупность признаков 138). Признаки 138 могут проходить на длину L1 и ширину W окна 108. В одном примере конструкции, признаки 138, определяющие структуру 136, могут быть размещены на равномерных расстояниях друг от друга. Еще в одном примере конструкции, признаки 138, определяющие структуру 136, могут быть размещены на неравномерных расстояниях друг от друга. Еще в одном примере конструкции признаки 138, определяющие структуру 136, могут быть соосно выровнены друг с другом вдоль по меньшей мере одного из следующего: горизонтальной оси и/или вертикальной оси. Еще в одном примере конструкции признаки 138, определяющие структуру 136, могут быть выполнены смещенными (например, в шахматном порядке) вдоль по меньшей мере одного из следующего: горизонтальной оси и/или вертикальной оси.

[0086] Каждый признак 138 может быть сформирован (например, изготовлен) в обтекателе 106 (например, в стенке 118 обтекателя 106). В одном примере реализации изобретения, каждый признак 138 может быть отверстием 120 (например, отсутствием материала) в обтекателе 106 (например, в стенке 118 обтекателя 106). Еще в одном примере реализации изобретения, каждый признак 138 может быть сформирован из проницаемого для электромагнитного излучения материала 122 (например, диэлектрического материала или проницаемого для электромагнитного излучения экрана), сформированного в обтекателе 106 (например, в стенке 118 обтекателя 106).

[0087] В одном примере осуществления структура 136 из признаков 138 может быть проницаемой для электромагнитного излучения 104, имеющего любую рабочую длину волны. Например, признаки 138 в виде сквозного окна (например, каждый признак образует отверстие 120) обеспечивают возможность пропуска электромагнитного излучения 104, имеющего любую длину волны, через признаки 138 (например, структуру 136 из признаков 138, определяющих проницаемое для электромагнитного излучения окно 108). Еще в одном примере осуществления признаки 138 могут быть проницаемыми для электромагнитного излучения 104, имеющего предварительно определенную длину волны. Например, проницаемый для электромагнитного излучения материал 122, формирующий признак 138, может быть выбран для обеспечения возможности пропуска только электромагнитного излучения 104, имеющего предварительно определенную длину волны (например, необходимый рабочий диапазон), через признак 138 (например, структуру 136 из признаков 138, определяющих проницаемое для электромагнитного излучения окно 108) и недопущения прохода через признак 138 электромагнитного излучения 104, не имеющего предварительно определенной длины волны (например, нерабочий диапазон).

[0088] Со ссылкой на ФИГ. 19А-19K, каждый признак 138 может включать в себя двумерную форму 140 (например, двумерные геометрические характеристики). В одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя форму щелевого отверстия, как показано на ФИГ. 19А. Еще в одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя форму плюса, как показано на ФИГ. 19В. Еще в одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя круглую форму, как показано на ФИГ. 19С. Еще в одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя овальную форму, как показано на ФИГ. 19D. Еще в одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя прямоугольную форму (например, квадрата или прямоугольника), как показано на ФИГ. 19Е. Еще в одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя треугольную форму, как показано на ФИГ. 19F. Еще в одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя оживальную форму (например, имеющую по меньшей мере один скругленный суживающийся конец), как показано на ФИГ. 19G. Еще в одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя форму креста, как показано на ФИГ. 19Н. Еще в одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя форму "куриная лапка", как показано на ФИГ. 19I. Еще в одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя Х-образную форму, как показано на ФИГ. 19J. Еще в одном конкретном, не ограничивающем примере конструкции, форма 140 признаков 138 может включать в себя любую другую многоугольную форму (например, шестиугольника), как показано на ФИГ. 19K. Таким образом, форма 140 (например, двумерные геометрические характеристики) может быть выбрана из щелевого отверстия, плюса, круга, овала, прямоугольника, треугольника, оживального элемента, креста, элемента в виде "куриной лапки", Х-образного элемента или многоугольника. Предполагаются также другие формы 140 признаков 138, определяющих указанную структуру.

[0089] Еще в одном примере реализации изобретения, для окна 108, сформированного на основе структуры 136 из проницаемых для электромагнитного излучения признаков 138, могут использоваться описанные Мунком (Munk) частотно-селективные двумерные геометрические характеристики, зависящие от необходимой избирательности по частоте обтекателя 106.

[0090] Еще в одном примере реализации изобретения, система 100 может быть выполнена с возможностью приема электромагнитного излучения 104, имеющего (например, первую) частоту F1, и передачи электромагнитного излучения 104, имеющего (например, вторую) частоту F2. Таким образом, система 100 может быть транспондерной системой. В таком примере реализации изобретения антенна 102 может принимать электромагнитное излучение 104, имеющее частоту F1 в любом направлении, но передавать электромагнитное излучение 104, имеющее частоту F2, в выбранном направлении, обусловленном положением окна 108 относительно антенны 102.

[0091] В одном примере конструкции антенна 102 может быть многодиапазонной антенной, предназначенной для работы на частоте F1 и частоте F2. В качестве одного конкретного, не ограничивающего примера, антенна 102 может быть многодиапазонной антенной, выполненной наподобие годовых колец дерева. В одном примере осуществления антенна 102 может периодически передавать электромагнитное излучение 104, имеющее частоту F2, и постоянно принимать электромагнитное излучение 104, имеющее частоту F1.

[0092] Обтекатель 106 (например, стенка 118 обтекателя 106) может быть выполнен из частотно-селективного материала, который является проницаемым (например, сформирован из проницаемого для электромагнитного излучения материала 122) для электромагнитного излучения 104, имеющего частоту F1, непроницаемым или отражающим (например, сформирован из отражающего электромагнитное излучение материала или покрыт отражающим электромагнитное излучение материалом 126) для электромагнитного излучения 104, имеющего частоту F2.

[0093] Таким образом, окно 108 в обтекателе 106 может влиять на направленность электромагнитного излучения 104, имеющего частоту F2, испускаемого антенной 102, помещенной внутрь обтекателя 106, путем ограничения электромагнитного излучения 104, имеющего частоту F2, исходящего от обтекателя 106, до той его части, которая проходит через окно 108, по существу аналогично тому, как описано выше в настоящем документе. Электромагнитное излучение 104, имеющее частоту F1, с любого направления может проходить через обтекатель 106 и быть принято антенной 102.

[0094] Еще в одном примере реализации изобретения система 100 может быть выполнена с возможностью передачи электромагнитного излучения 104, имеющего различные частоты (например, частоту F2 и частоту F3). В одном примере конструкции обтекатель 106, имеющий множество окон 130 (например, окно 130а и окно 130b, как лучше всего показано на ФИГ. 14-17) может быть выполнен с возможностью передачи электромагнитного излучения 104, имеющего различные частоты в различных направлениях на основании положения окон 130 (например, на основании положения поворота секций 128а, 128b обтекателя 106) относительно антенны 102. В одном примере конструкции окно 130а может быть сформировано из частотно-селективного материала, который является проницаемым для электромагнитного излучения 104, имеющего частоту F2, и окно 130b может быть сформировано из частотно-селективного материала, которое является проницаемым для электромагнитного излучения 104, имеющего частоту F3.

[0095] Частотно-селективный материал, образующий обтекатель 106 и/или окна 130, может также служить в качестве средства отвода молний. В качестве одного примера конструкции обтекатель 106 (например, стенка 118 обтекателя 106) может быть выполнен в виде слоистой конструкции (не показано), имеющей внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность. Например, внешний конструктивный слой слоистой конструкции может быть расположен возле внешней поверхности, внутренний конструктивный слой слоистой конструкции может быть расположен возле внутренней поверхности, а сердцевинный слой слоистой конструкции может быть расположен между внешним конструктивным слоем и внутренним конструктивным слоем. Внешний и внутренний конструктивные слои могут формировать физическую конструкцию обтекателя 106, а сердцевинный слой может содержать слой типа клетки Фарадея и/или искусственные диэлектрические слои. Специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть выполнены изменения в общей конфигурации (внешний конструктивный слой - сердцевинный слой - внутренний конструктивный слой) слоистой конструкции.

[0096] В качестве одного примера, искусственные диэлектрические слои могут быть сформированы с использованием любого доступного способа формирования искусственного диэлектрика, имеющего эффективную емкость. Специалистам в данной области техники будет понятно, что эффективная емкость искусственных диэлектрических слоев может быть параметром, который может быть изменен во время фазы исследования и разработки для настройки обтекателя 106 на конкретный диапазон частот (например, частоту F1).

[0097] В качестве одного примера, слои типа клетки Фарадея могут быть сформированы из материала с молниезащитой типа клетки Фарадея таким образом, что слои типа клетки Фарадея имеют эффективную индуктивность. Специалистам в данной области техники будет понятно, что эффективная индуктивность слоев типа клетки Фарадея может быть параметром, который может быть выбран (например, выбором подходящего материала или конструкции) во время фазы исследования и разработки для настройки обтекателя 106 на конкретный диапазон частот. Любая сеть из электропроводящего материала в виде непрерывного пути постоянного тока может подходящим образом формировать материал типа клетки Фарадея. Когда материал типа клетки Фарадея сформирован из очень электропроводного материала (например, меди, серебра или алюминия), и вес основы и толщина поперечного сечения материала типа клетки Фарадея будут достаточной величины, материал типа клетки Фарадея может стать молниезащищенным, что делает этот материал подходящим для использования в слоях типа клетки Фарадея обтекателя 106. Материал типа клетки Фарадея с молниезащитой может обеспечивать протекание токов, наводимых молниями (или электромагнитными импульсами) вдоль этого материала, который не испытывает при этом значительного обгорания, в частности в местах, удаленных от крепления молниеотвода.

[0098] ПРИМЕР 1: ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ ОБТЕКАТЕЛЬ

[0099] Со ссылкой на ФИГ. 20, один конкретный неограничивающий пример раскрытой системы 100 может включать в себя стандартную, имеющую половину длины волны, дипольную антенну 102 по существу с вертикальной ориентацией и помещенной внутрь цилиндрического обтекателя 106. При использовании в настоящем документе выражение "половина длины волны" означает, что длина дипольной антенны по существ равна половине длины волны электромагнитного излучения (например, радиоволн), испускаемого от антенны 102 на рабочей частоте. Антенна 102 может быть расположена по существу по центру цилиндрического обтекателя 106.

[00100] Длина L3 (например, вертикальная высота) антенны 102 может быть задана равной (например, может быть равна) половине длины волны электромагнитного излучения 104 на предварительно определенной (например, необходимой) рабочей частоте. В этом конкретном неограничивающем примере длина L3 антенны 102 может составлять приблизительно 3,9 дюймов (9,9 см), а рабочая частота (например, системы 100) может составлять приблизительно 1515 МГц (или 1,5 ГГц).

[00101] Длина L2 (например, вертикальная высота) цилиндрического обтекателя 106 может составлять приблизительно на десять процентов больше, чем длина L3 антенны 102. В этом конкретном неограничивающем примере длина L2 цилиндрического обтекателя 106 может составлять приблизительно 4,3 дюймов (10,92 см).

[00102] В качестве одного примера конструкции, диаметр D цилиндрического обтекателя 106 может быть больше, чем 1 длина волны. В качестве еще одного примера, диаметр D цилиндрического обтекателя 106 может быть больше, чем 3 длины волн. В качестве еще одного примера, диаметр D цилиндрического обтекателя 106 может быть больше, чем 10 длин волн. В этом конкретном неограничивающем примере диаметр D цилиндрического обтекателя 106 может составлять приблизительно 6,6 (15,24 см) дюймов и окружность цилиндрического обтекателя 106 может составлять приблизительно 18 дюймов (45,72 см).

[00103] Ширина W окна 108 может быть пропорциональна длине волны электромагнитного излучения 104, испускаемого антенной 102. В этом конкретном неограничивающем примере ширина W окна 108 может составлять 1/6 длины волны.

[00104] Как использовано в настоящем документе, специалисту с обычной квалификацией будет понятно, что раскрытые приблизительные размеры, иллюстрирующие примеры конструкций раскрытой системы 100 (например, длина L1 окна, ширина W окна, длина L2 обтекателя, длина L3 антенны 102, и/или диаметр D обтекателя 106) могут изменяться в пределах производственных допусков.

[00105] Как использовано в настоящем документе, специалисту с обычной квалификацией будет понятно, что раскрытые приблизительные рабочие частоты, иллюстрирующие примеры осуществлений раскрытой системы 100, могут варьироваться приблизительно на десять-пятнадцать процентов. Например, приблизительно 1515 ГГц может быть между приблизительно 1280 ГГц и 1360 ГГц.

[00106] ФИГ. 21 иллюстрирует смоделированное изображение обратных потерь относительно частоты системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. Система 100 может иметь коэффициент отражения, полезный для излучения в диапазоне приблизительно от 1600 МГц до 2150 МГц (или от 1,6 ГГц до 2,1 ГГц).

[00107] ФИГ. 22 иллюстрирует смоделированную азимутальную диаграмму направленности в полярном представлении для системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. ФИГ. 23 иллюстрирует смоделированную диаграмму направленности по углу места в полярном представлении для системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. Рабочая частота системы 100 составляет приблизительно 1000 МГц (или 1 ГГц). Система 100 имеет приблизительно отношение в 10 дБ для мощностей сигналов, излучаемых в направлениях назад/вперед (например, отношение усиления по мощности между направлениями назад и вперед направленной антенны).

[00108] ФИГ. 24 иллюстрирует еще одну смоделированную азимутальную диаграмму направленности в полярном представлении для системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. ФИГ. 25 иллюстрирует еще одну смоделированную диаграмму направленности по углу места в полярном представлении для системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. Рабочая частота системы 100 составляет приблизительно 1500 МГц (или 1,5 ГГц). Система 100 имеет приблизительно отношение в 10 дБ для мощностей сигналов, излучаемых в направлениях назад/вперед.

[00109] ФИГ. 26 иллюстрирует еще одну смоделированную азимутальную диаграмму направленности в полярном представлении для системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. ФИГ. 27 иллюстрирует еще одну смоделированную диаграмму направленности по углу места в полярном представлении для системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. Рабочая частота системы 100 составляет приблизительно 2000 МГц (или 2 ГГц). Система 100 имеет приблизительно отношение в 15 дБ для мощностей сигналов, излучаемых в направлениях назад/вперед.

[00110] ПРИМЕР 2: КОНИЧЕСКИЙ ОБТЕКАТЕЛЬ

[00111] Со ссылкой на ФИГ. 28, еще один конкретный, неограничивающий пример раскрытой системы 100 может включать в себя стандартную, имеющую половину длины волны, дипольную антенну 102 по существу с вертикальной ориентацией и помещенной внутрь конического обтекателя 106. Антенна 102 может быть расположена по существу по центру конического обтекателя 106.

[00112] Длина L3 (например, вертикальная высота) антенны 102 может быть задана равной (например, может быть равна) половине длины волны электромагнитного излучения 104 на предварительно определенной (например, необходимой) рабочей частоте. В этом конкретном неограничивающем примере длина L3 антенны 102 может составлять приблизительно 3,9 дюймов (9,9 см) и рабочая частота может составлять приблизительно 1515 МГц (или 1,5 ГГц).

[00113] Длина L2 (например, вертикальная высота) конического обтекателя 106 может составлять приблизительно на десять процентов больше, чем длина L3 антенны 102. В этом конкретном неограничивающем приме длина L2 конического обтекателя 106 может составлять приблизительно 4,3 дюймов.

[00114] В качестве одного примера конструкции, диаметр (например, у основания) конического обтекателя 106 может быть больше, чем 1 длина волны. В качестве еще одного примера, диаметр конического обтекателя 106 может быть больше, чем 3 длины волн. В качестве еще одного примера, диаметр конического обтекателя 106 может быть больше, чем 10 длин волн. В этом конкретном неограничивающем примере диаметр конического обтекателя 106 может составлять приблизительно 6,6 дюймов (15,24 см), а окружность цилиндрического обтекателя 106 может составлять приблизительно 18 дюймов (45,72 см).

[00115] Ширина W окна 108 (например, у основания) может быть пропорциональна длине волны электромагнитного излучения 104, испускаемого антенной 102. В этом конкретном неограничивающем примере ширина W окна 108 может составлять 1/8 длины волны. Например, окно 108 может формировать приблизительно имеющий величину 45 градусов сектор конического обтекателя 106 (например, стенки 118 обтекателя 106).

[00116] ФИГ. 29 иллюстрирует смоделированное изображение обратных потерь относительно частоты системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. Система 100 может иметь коэффициент отражения, полезный для излучения в диапазоне приблизительно от 1650 МГц до 1850 МГц (или от 1,6 ГГц до 1,8 ГГц).

[00117] ФИГ. 30 иллюстрирует смоделированную азимутальную диаграмму направленности в полярном представлении для системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. ФИГ. 31 иллюстрирует смоделированную диаграмму направленности по углу места в полярном представлении для системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. Рабочая частота системы 100 составляет приблизительно 1500 МГц (или 1,5 ГГц). Система 100 имеет приблизительно отношение в 12 дБ для мощностей сигналов, излучаемых в направлениях назад/вперед.

[00118] ФИГ. 32 иллюстрирует еще одну смоделированную азимутальную диаграмму направленности в полярном представлении для системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. ФИГ. 33 иллюстрирует еще одну смоделированную диаграмму направленности по углу места в полярном представлении для системы 100 в этом конкретном неограничивающем примере. Рабочая частота системы 100 составляет приблизительно 2000 МГц (или 2 ГГц). Система 100 имеет приблизительно отношение в 10 дБ для мощностей сигналов, излучаемых в направлениях назад/вперед.

[00119] Со ссылкой на ФИГ. 34, один вариант реализации раскрытого способа, в целом обозначенного 200, управления направлением электромагнитного излучения (например, радиоволн), испускаемого от антенны, может быть начат с того, что помещают антенну внутрь обтекателя. Обтекатель может включать в себя окно для пропуска электромагнитного излучения от антенны наружу обтекателя. Окно может включать в себя по меньшей мере одно из следующего: отверстие (например, отсутствие материала), сформированное в обтекателе, проницаемый для электромагнитного излучения материал, сформированный в обтекателе, и/или структура из проницаемых для электромагнитного излучения признаков (например, отверстия и/или проницаемый для электромагнитного излучения материал, каждый имеющий двумерную форму), сформированных в обтекателе, как показано в блоке 202.

[00120] Как показано в блоке 204, электромагнитное излучение, направленное от окна, может быть отражено назад к окну обтекателем (например, отражающей для электромагнитного излучения внутренней поверхностью обтекателя) для увеличения коэффициента усиления электромагнитного излучения, проходящего через окно.

[00121] Как показано в блоке 206, обтекатель может быть повернут вокруг по меньшей мере одной оси поворота, чтобы расположить окно относительно антенны для направления электромагнитного излучения.

[00122] Соответственно, раскрытые система и способ могут включать в себя всенаправленную антенну, помещенную внутрь обтекателя, имеющего проницаемое для электромагнитного излучения окно, чтобы обеспечить возможность испускания антенной электромагнитного излучения в предварительно определенном направлении на основании положения окна относительно антенны. Обтекатель с проницаемым для электромагнитного излучения окном может увеличивать коэффициент усиления антенны, помещенной внутрь обтекателя. Таким образом, раскрытые система и способ обеспечивают возможность преобразования ненаправленной антенны в направленную антенну.

[00123] Хотя показаны и описаны различные варианты реализации раскрытой системы и способа, после прочтения описания и формулы изобретения для специалистов в данной области техники могут быть очевидны модификации. Настоящая заявка включает в себя такие модификации и ограничена только объемом формулы изобретения.

Группа изобретений относится к элементам конструкции антенн, в частности к антенным обтекателям с возможностью формирования диаграммы направленности, располагаемым на транспортных средствах, таких как воздушные летательные аппараты, морские транспортные средства, наземные транспортные средства и космические летательные аппараты. Предложены обтекатель, система управления обтекателем и способ управления направлением электромагнитного излучения с помощью обтекателя. Система для направления электромагнитного излучения антенны включает антенну для испускания электромагнитного излучения и обтекатель, расположенный возле антенны и по меньшей мере частично окружающий антенну, причем обтекатель имеет окно для пропуска электромагнитного излучения от антенны наружу обтекателя, а электромагнитное излучение направлено на основе положения окна относительно антенны. Обтекатель также содержит приводной механизм для поворота обтекателя для того, чтобы расположить указанное окно относительно антенны для направления электромагнитного излучения. Техническим результатом является возможность создания направленных антенн с высоким коэффициентом усиления, улучшенными массогабаритными характеристиками и повышенной надежностью. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 34 ил.

1. Система для направления электромагнитного излучения антенны, содержащая:

антенну для испускания электромагнитного излучения и

обтекатель, расположенный возле указанной антенны и содержащий выполненную с возможностью отражения электромагнитного излучения стенку обтекателя по меньшей мере для частичного окружения указанной антенны, при этом обтекатель содержит окно, образованное в стенке обтекателя для пропуска указанного электромагнитного излучения от указанной антенны наружу указанного обтекателя,

причем обтекатель дополнительно содержит приводной механизм обтекателя для поворота указанного обтекателя вокруг по меньшей мере одной оси поворота с тем, чтобы расположить указанное окно относительно указанной антенны для направления указанного электромагнитного излучения, а

стенка обтекателя выполнена с возможностью отражения электромагнитного излучения, направленного от указанного окна, назад к указанному окну.

2. Система по п. 1, в которой окно содержит отверстие в указанном обтекателе.

3. Система по п. 1, в которой окно содержит проницаемый для электромагнитного излучения материал, сформированный в указанном обтекателе.

4. Система по п. 1, в которой окно содержит структуру из проницаемых для электромагнитного излучения элементов.

5. Система по п. 4, в которой проницаемые для электромагнитного излучения элементы имеют двумерные геометрические характеристики.

6. Система по п. 5, в которой двумерные геометрические характеристики выбраны из щелевого отверстия, плюса, круга, овала, прямоугольника, треугольника, оживального элемента, креста, элемента в виде "куриной лапки", Х-образного элемента и многоугольника.

7. Система по п. 4, в которой каждый из указанных проницаемых для электромагнитного излучения элементов содержит одно из следующего: отверстие в указанном обтекателе или проницаемый для электромагнитного излучения материал, сформированный в указанном обтекателе.

8. Система по п. 1, в которой обтекатель является проницаемым для указанного электромагнитного излучения, имеющего первую частоту, а окно является проницаемым для указанного электромагнитного излучения, имеющего вторую частоту.

9. Система по п. 1, в которой окно имеет ширину, причем ширина окна пропорциональна частоте указанного электромагнитного излучения.

10. Система по п. 9, в которой ширина окна составляет от 1/8 до 1/2 длины волны на указанной частоте.

11. Система по п. 1, в которой обтекатель имеет длину и антенна имеет длину, причем длина обтекателя на десять процентов больше, чем длина антенны.

12. Система по п. 11, в которой окно имеет длину, причем длина окна приблизительно равна длине обтекателя.

13. Система по п. 1, в которой обтекатель содержит по меньшей мере две секции, каждая из которых содержит окно для пропуска указанного электромагнитного излучения от указанной антенны наружу указанного обтекателя, причем электромагнитное излучение направлено на основе положения указанного окна указанной секции относительно указанной антенны.

14. Система по п. 13, в которой каждая указанная секция выполнена с возможностью независимого поворота вокруг оси поворота.

15. Обтекатель, содержащий:

выполненную с возможностью отражения электромагнитного излучения стенку обтекателя по меньшей мере для частичного размещения внутри нее антенны, испускающей электромагнитное излучение;

окно, образованное в стенке обтекателя для пропуска указанного электромагнитного излучения от указанной антенны наружу указанного обтекателя, и

приводной механизм обтекателя для поворота указанного обтекателя вокруг по меньшей мере одной оси поворота с тем, чтобы расположить указанное окно относительно указанной антенны для направления указанного электромагнитного излучения;

причем стенка обтекателя выполнена с возможностью отражения электромагнитного излучения, направленного от указанного окна, назад к указанному окну.

16. Обтекатель по п. 15, в котором окно содержит по меньшей мере одно из следующего: отверстие, сформированное в указанном обтекателе, проницаемый для электромагнитного излучения материал, сформированный в указанном обтекателе, и структуру из проницаемых для электромагнитного излучения элементов, сформированных в указанном обтекателе.

17. Обтекатель по п. 15, в котором окно имеет ширину, причем ширина окна составляет от 1/8 до 1/2 длины волны при рабочей частоте указанного электромагнитного излучения.

18. Обтекатель по п. 15, в котором обтекатель имеет форму, определяющую внутренний объем, достаточный для помещения внутри него указанной антенны, причем форма внутреннего объема выбрана из цилиндра, сферы, полусферы, конуса и пирамиды.

19. Способ управления направлением электромагнитного излучения, испускаемого от всенаправленной антенны, включающий:

размещение антенны внутри обтекателя, содержащего окно для пропуска указанного электромагнитного излучения от указанной антенны наружу указанного обтекателя, при этом окно содержит по меньшей мере одно из следующего: отверстие, сформированное в указанном обтекателе, проницаемый для электромагнитного излучения материал, сформированный в указанном обтекателе, и структуру из проницаемых для электромагнитного излучения элементов, сформированных в указанном обтекателе;

отражение электромагнитного излучения, направленного от указанного окна, назад к указанному окну для увеличения коэффициента усиления указанного электромагнитного излучения, проходящего через указанное окно; и

поворот обтекателя вокруг по меньшей мере одной оси поворота, чтобы расположить указанное окно относительно указанной антенны для направления указанного электромагнитного излучения.