Конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы Российский патент 2021 года по МПК H01Q1/42 H01Q19/02 

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к конструкциям двухзеркальных антенных устройств, входящих в системы «антенна-обтекатель», предназначенных для работы в термонагруженных (высокотемпературных) условиях.

Многослойные конструкции укрытий антенных устройств обеспечивают согласование системы «антенна-обтекатель» в более широком диапазоне частот в сравнении с монолитными структурами. (Басков К.М. Современное электродинамическое сопровождение проектирования и изготовления систем антенна-радиопрозрачное укрытие.: 05.12.07 «Антенны, СВЧ устройства и их технологии»: диссертация кандидата технических наук/ К.М. Басков, Ин-т теоретической и прикладной электродинамики РАН (ИТПЭ РАН). – М., 2016. -191, ссылка стр. 6-7).

Наиболее близким техническим решением являются двухзеркальные антенные системы, состоящие из: неподвижного линейнополяризованного облучателя, подвижного (неподвижного) зеркала-отражателя с поворотом плоскости поляризации на 90˚ и неподвижного поляризационного зеркала-фильтра. (Лавров А.С., Резников Г.Б., Антенно-фидерные устройства/ А.С. Лавров.-М.: Советское радио, 1974 г. -245 с.). При этом подвижное зеркало-отражатель выполнено из условия поворота поляризации на 90˚ падающего поля (например, использование ребристой структуры поверхности с высотой ребра равной четверти длины падающей волны), а зеркало-фильтр выполнено из проволок круглого или прямоугольного сечения, лежащих перпендикулярно относительно вектора Е отраженного поля от зеркала-отражателя, установленные на диэлектрическую подложку. При этом надо учитывать, что при использовании описанной антенной системы в термонагруженных условиях, например, в головках самонаведения под обтекателем боевых ракет, конструкция подложки должна иметь слой теплоизолирующего материала для обеспечения работы аппаратуры антенной системы в допустимых условиях по температуре.

Основным недостатком вышеуказанной системы является искажение диаграммы направленности антенной системы из-за применения подложки и теплоизолирующего материала, в частности уменьшения коэффициента прохождения в системе «антенна-обтекатель».

Задачей изобретения является создание подложки, на которой закреплено зеркало-фильтр (густая металлизированная сетка), с теплоизолирующим слоем с минимальными потерями по прохождению электромагнитной волны в заданном диапазоне частот, где толщина теплозащитного слоя выбирается не только для создания необходимых тепловых условий укрываемой электронной аппаратуры, но и для электромагнитного согласования этого слоя с окружающим пространством.

Указанный технический результат достигается следующим образом:

1. Конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы, выполненного из проволок круглого или прямоугольного сечения, лежащих перпендикулярно относительно вектора Е отраженного поля от зеркала-отражателя, и установленного на диэлектрическую подложку, отличающаяся тем, что стенка подложки поляризационного зеркала выполнена трехслойной, где первый слой, являющийся основанием для зеркала с продольной проволочной сеткой, выполнен из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε = 2 – 4, второй (средний) слой, являющийся теплоизоляционным, выполнен из радиопрозрачного теплоизоляционного материала с диэлектрической проницаемостью ε = 1 – 1,3, третий слой, формирующий трехслойную конструкцию, выполнен из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε = 2 – 4, и является внешней коркой хрупкого теплоизоляционного материала.

Поскольку, для улучшения прохождения электромагнитной волны, уменьшение толщины подложки неблагоприятно влияет на ее конструкционные свойства, а минимальная толщина теплоизолирующего материала определена температурными характеристиками эксплуатационных режимов и температурой зоны аппаратной части антенной системы, решение поставленной задачи выполняется с использованием трехслойной конструкции подложки типа А-Sandwich (диэлектрическая проницаемость внутреннего слоя (ε_2) меньше диэлектрической проницаемости внешних слоев (ε_1, ε_3), для симметричной стенки: ε_2<ε_1=ε_3), учитывающей максимальное прохождение электромагнитной волны в заданном диапазоне частот выбором оптимальных соотношений толщин слоев и термодинамические требования выбором оптимальной толщины теплоизоляционного материала. В предлагаемой конструкции первый слой является основанием для зеркала-фильтра, выполненный из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε = 2 – 4, на котором закреплена одномерная проволочная сетка, второй (средний) слой является теплоизоляционным, выполненный из радиопрозрачного теплоизоляционного материала с диэлектрической проницаемостью ε = 1 – 1,3, третий слой, формирующий трехслойную конструкцию, выполненный из радиопрозрачного конструкционного (по плотности) материала с диэлектрической проницаемостью ε = 2 – 4, также является внешней коркой хрупкого теплоизоляционного материала.

Для конкретной антенной системы было рассчитано, разработано и изготовлено неподвижное поляризационное зеркало, нанесенное на трехслойную конструкцию, выполняющее роль конструкционного основания для вышеуказанного зеркала-фильтра и теплоизоляционной системы для обеспечения работы системы «антенна-обтекатель» в эксплуатационных режимах. Трехслойная конструкция подложки рассчитана из условия максимального прохождения электромагнитной волны и минимального уровня искажения фазы прошедшего через обтекатель поля падающей электромагнитной волны на средней частоте заданного частотного диапазона, учитывая обеспечение герметичности зоны расположения аппаратной части антенного устройства.

Для исследования была разработана и изготовлена базовая конструкция подложки – поляризационное зеркало-фильтр той же конструкционной конфигурации, что и предлагаемое в решении поставленной задачи, с основанием для зеркала - фильтра, выполненного из конструкционного радиопрозрачного материала, что и в предлагаемом решении, и расположенном на его поверхности теплоизоляционным слоем из материала, что и в предлагаемом решении.

Ниже приведены фигуры 1, 2 с графиками коэффициента прохождения для базовой конструкции поляризационного зеркала и предлагаемого решения, измеренные на специальном стенде, отражающие изменения по мощности прохождения электромагнитной волны через подложку.

Измерения проводились с использованием линейнополяризованных антенных устройств (рупор) в диапазоне частот шириной 5%, имитируя угол падения электромагнитной волны поворотом зеркала-фильтра с подложкой в диапазоне от минус 30˚ до плюс 30˚ в плоскостях поляризации Е (вектор Е лежит в плоскости поворота) и Н (вектор Н лежит в плоскости поворота).

Как видно из представленных графиков, значения коэффициента прохождения, полученные при измерении предлагаемого решения, значительно выше (достигнутое улучшение до 40%) во всем диапазоне углов падения ± 30° электромагнитной волны, что обеспечивает улучшение радиотехнических характеристик всей системы «антенна - обтекатель».

Таким образом, достигнутый положительный эффект заключается в том, что для заданного частотного диапазона электромагнитных волн при использовании оптимизированной по толщинам слоев трехслойной подложки стенки зеркала - фильтра двухзеркальной антенной системы, за счет наилучшего согласования с внешней средой в широком диапазоне частот существенно улучшаются радиотехнические характеристики антенного устройства (прохождение электромагнитной волны), что, в целом, значительно повышает эффективность работы всей системы «антенна-обтекатель».

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к конструкциям двухзеркальных антенных устройств, входящих в системы «антенна-обтекатель», предназначенных для работы в термонагруженных (высокотемпературных) условиях. Конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы, выполненного из проволок круглого или прямоугольного сечения, лежащих перпендикулярно относительно вектора Е отраженного поля от зеркала-отражателя, и установленного на диэлектрическую подложку, где стенка подложки поляризационного зеркала выполнена трехслойной, где первый слой является основанием для зеркала с продольной проволочной сеткой и выполнен из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4, второй (средний) слой является теплоизоляционным и выполнен из радиопрозрачного теплоизоляционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=1-1,3, третий слой формирует трехслойную конструкцию, выполнен из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4 и является внешней коркой хрупкого теплоизоляционного материала, что значительно улучшает радиотехнические характеристики антенного устройства (прохождение электромагнитной волны) и повышает эффективность работы всей системы «антенна-обтекатель». Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного решения, заключается в значительном повышении эффективности работы всей системы «антенна-обтекатель». Положительный эффект заключается в том, что для заданного частотного диапазона электромагнитных волн при использовании оптимизированной по толщинам слоев трехслойной подложки стенки зеркала-фильтра двухзеркальной антенной системы за счет наилучшего согласования с внешней средой в широком диапазоне частот существенно улучшаются радиотехнические характеристики антенного устройства (прохождение электромагнитной волны). 2 ил.

Конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы, выполненного из проволок круглого или прямоугольного сечения, лежащих перпендикулярно относительно вектора Е отраженного поля от зеркала-отражателя, и установленного на диэлектрическую подложку, отличающаяся тем, что стенка подложки поляризационного зеркала выполнена трехслойной, где первый слой, являющийся основанием для зеркала с продольной проволочной сеткой, выполнен из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4, второй (средний) слой, являющийся теплоизоляционным, выполнен из радиопрозрачного теплоизоляционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=1-1,3, третий слой, формирующий трехслойную конструкцию, выполнен из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4 и является внешней коркой хрупкого теплоизоляционного материала.