ВЕКТОРНАЯ АНТЕННА Российский патент 2023 года по МПК H01Q21/20 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных системах, например, для оценки угловых координат источников радиоизлучения с произвольной поляризацией и произвольным направлением падения электромагнитной волны.

Оценка угловых координат источников радиоизлучения с произвольной поляризацией и произвольным направлением падения волны производится на основе вычисления реальной части вектора Пойнтинга по измеренным проекциям электрической и магнитной компонент электромагнитного поля. Для этого измеряются амплитуды и фазы проекций векторов электромагнитного поля на оси х, у, z. Затем вычисляется значение вектора Пойнтинга

и его реальная часть

Направление реальной части вектора Пойнтинга соответствует направлению падения электромагнитной волны. Таким образом, для реализации данного метода достаточным является измерение всех проекций векторов электрической и магнитной компонент поля в одной точке.

Известна конструкция всенаправленной директорной антенны RU 164858, заявка №2014128681/2 от 14.07.2014, МПК H01Q 19/30 U1 - прототип. Указанная всенаправленная директорная антенна состоит из одного активного вибратора в виде отрезка проводника четвертьволновой длины электромагнитной волны, расположенного перпендикулярно плоской проводящей поверхности и подключенного к линии питания с края, ближайшего к проводящей поверхности, и множества пассивных вибраторов-директоров в виде отрезков проводников, имеющих длину меньше длины активного вибратора, расположенных параллельно ему и подключенных одним своим краем к проводящей поверхности, при этом пассивные вибраторы расположены так, что проекции их средних точек на проводящую поверхность расположены вдоль окружностей, центр которых совпадает с центром проекции на эту поверхность активного вибратора, на одинаковом вдоль дуги окружности расстоянии от проекций их средних точек соседних пассивных вибраторов, при этом длины пассивных вибраторов, относящихся к одной окружности, равны, и с увеличением радиуса окружности, на которой расположены средние точки пассивных вибраторов, длины пассивных вибраторов не изменяются и на каждую окружность приходится не менее трех пассивных вибраторов. Данный образец антенны может позволить при использовании ее в качестве пеленгаторной антенны обеспечить оценку угловых величин падающей электромагнитной волны вертикальной поляризации в азимутальной плоскости.

Техническим результатом изобретения по сравнению с прототипом является расширение функциональных возможностей антенны, заключающееся в способности антенны принимать электромагнитные волны любой поляризации с произвольным направлением прихода волны с последующей оценкой угловых координат источников радиоизлучения.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана конструкция векторной антенны, на фиг. 2 показан вид сверху векторной антенны без экрана, на фиг. 3 показан вид сбоку векторной антенны, на фиг. 4 показан вертикальный разрез несимметричной экранирующей вертикальной рамки, на фиг. 5 показан продольный разрез центрального вертикального вибратора, горизонтальных вибраторов, металлической подставки, имеющей форму цилиндрического стакана, и симметричной экранирующей горизонтальной рамки, на фиг. 6, 7 показаны места подключения фидерных линий к симметричным экранирующим горизонтальным рамкам, на фиг. 8 показаны места подключения фидерных линий к горизонтальным вибраторам, на фиг. 9 показано место подключения фидерной линии к центральному вертикальному вибратору, на фиг. 10 показаны места подключения фидерных линий к несимметричным экранирующим вертикальным рамкам и вертикальным вибраторам.

Векторная антенна выполнена на металлическом экране 1 и содержит: один центральный вертикальный вибратор 2 и четыре вертикальных вибратора 3, которые служат для усреднения значения E_z компоненты поля, искажаемого векторной антенной.

В качестве базового способа запитки элементов векторной антенны выбран несимметричный способ, обладающий рядом преимуществ:

- не требуется использование сверхширокополосных симметрирующих трансформаторов;

- фидерная линия располагается под металлическим экраном и не оказывает влияния на диаграмму направленности антенны;

- металлическая подстилающая поверхность, расположенная в непосредственной близости от антенных элементов, снижает отрицательное влияние корпуса носителя и элементов крепежа.

Для измерения и усреднения значения E_z компоненты поля используются центральный вертикальный вибратор 2, четыре вертикальных вибратора 3.

Для измерения Е_х и E_y компонент поля используются четыре горизонтальных вибратора 4.

Для измерения компонент Н_х и Н_у поля используются четыре несимметричные экранирующие вертикальные рамки 5, имеющие форму полуколец, компенсирующие эффект интерференции, вносимого элементами векторной антенной.

Четыре симметричные экранирующие горизонтальные рамки 6, имеющие форму колец, используются для измерения H_z компоненты поля, а также для уменьшения систематических погрешностей, вызванных дифракцией волн на векторной антенне.

В варианте исполнения система вибраторов и система экранирующих рамок размещены на одном металлическом экране 1, имеющем форму круга.

В варианте исполнения система вибраторов выполнена в виде пяти одинаковых вертикальных вибраторов, из которых четыре вертикальных вибратора 3 установлены на металлический экран 1 на равном удалении от центра металлического экрана 1 в углах квадрата, центр которого совпадает с геометрическим центром металлического экрана 1, а один центральный вертикальный вибратор 2 - в центре на металлической подставке, имеющей форму цилиндрического стакана высотой, равной длине вертикального вибратора 2, и четырех одинаковых горизонтальных вибраторов 4, которые установлены вдоль перпендикулярных линий, исходящих из геометрического центра металлического экрана 1, в плоскости параллельной плоскости металлического экрана 1 и отстоящей от нее выше.

В варианте исполнения система экранирующих рамок выполнена в виде несимметричных экранирующих вертикальных рамок 5, имеющих форму полуколец, лежащих во взаимоперпендикулярных плоскостях, и установленных перпендикулярно плоскости металлического экрана 1 и четырех симметричных экранирующих горизонтальных рамок 6, имеющих форму колец, которые проходят через нормаль к геометрическому центру металлического экрана 1, каждая из которых расположена в одной координатной четверти, причем плоскости, содержащие пары симметричных экранирующих горизонтальных рамок 6, лежащих в противоположных координатных четвертях, расположены выше и ниже относительно плоскости, проходящей через горизонтальные вибраторы 4.

Для измерения проекций векторов напряженности электрического и магнитного поля Е_х, E_y,E_z, Н_х, Н_у, H_z с помощью векторной антенны необходимо использовать экспериментально наработанные калибровочные таблицы, связывающие фактически измеряемые величины комплексных потенциалов на выходах соответствующих антенных элементов в рабочей полосе частот с компонентами падающей электромагнитной волны.

Для измерения фаз предлагается в качестве опорного напряжения использовать среднее значение напряжений на выходах вертикальных вибраторов 3.

Предложенная векторная антенна работает следующим образом.

Падающая электромагнитная волна с произвольной поляризацией наводит на антенных элементах - центральном вертикальном вибраторе 2 и вертикальных вибраторах 3, горизонтальных вибраторах 4, несимметричных экранирующих вертикальных рамках 5 и симметричных экранирующих горизонтальных рамках 6 - токи, которые создают комплексные потенциалы в местах подключения фидерных линий к указанным антенным элементам. Изменения угла места и направления прихода падающей электромагнитной волны будут вызывать изменения комплексных потенциалов на антенных элементах: центральном вертикальном вибраторе 2, вертикальных вибраторах 3, горизонтальных вибраторах 4, несимметричных экранирующих вертикальных рамках 5, симметричных экранирующих горизонтальных рамках 6. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с симметричных экранирующих горизонтальных рамок 6, инициированы вертикально ориентированным магнитным полем, наводимым падающей электромагнитной волной. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с несимметричных экранирующих вертикальных рамок 5, инициированы горизонтально ориентированным магнитным полем, наводимым падающей электромагнитной волной. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с центрального вертикального вибратора 2 и вертикальных вибраторов 3 инициированы вертикально ориентированным электрическим полем, наводимым падающей электромагнитной волной. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с горизонтальных вибраторов 4 инициированы горизонтально ориентированным электрическим полем, наводимым падающей электромагнитной волной.

Измеренные значения комплексных потенциалов используются для вычисления компонент падающей электромагнитной волны Е_х, E_y,E_z, Н_х, Н_у, H_z. С помощью дополнительного программно-аппаратного комплекса, сопряженного с векторной антенной, вычисляется реальная часть вектора Пойнтинга параметры которого позволят получить значения угла места и азимута падающей электромагнитной волны пеленгуемого источника радиоизлучения наиболее близкие к истинным.

Использование предложенного технического решения позволит расширить функциональные возможности антенны, заключающееся в способности антенны принимать электромагнитные волны произвольной поляризации и произвольным направлением прихода волны с последующей оценкой угловых координат источников радиоизлучения.

Использование: изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокации для оценки угловых координат источников радиоизлучения. Сущность: векторная антенна содержит систему вибраторов и систему экранированных рамок, которые размещены на одном металлическом экране, имеющем форму круга, при этом к каждому вибратору и каждой экранированной рамке подключена фидерная линия. В варианте исполнения система вибраторов выполнена в виде пяти вертикальных вибраторов и четырех горизонтальных, система экранированных рамок выполнена в виде несимметричных вертикальных экранированных полуколец, лежащих во взаимоперпендикулярных плоскостях и установленных перпендикулярно плоскости металлического экрана, и четырех симметричных экранированных горизонтальных колец. Технический результат: расширение функциональных возможностей антенны, заключающееся в способности антенны принимать электромагнитные волны любой поляризации с произвольным направлением прихода волны с последующей оценкой угловых координат источников радиоизлучения. 5 ил.

Векторная антенна, содержащая излучающую и экранирующую системы, отличающаяся тем, что излучающая и экранирующая системы выполнены на одном металлическом экране, имеющем форму круга заданного радиуса, при этом излучающая система выполнена в виде пяти вертикальных несимметричных вибраторов, одинаковых по размеру, четыре из которых установлены на металлический экран на равном удалении от центра металлического экрана в углах квадрата с заданной диагональю, центр которого совпадает с геометрическим центром металлического экрана, а один - в центре на диэлектрической подложке на расстоянии, равном высоте вертикального вибратора, относительно плоскости металлического экрана и четырех горизонтальных несимметричных вибраторов заданного размера, которые установлены вдоль перпендикулярных линий, исходящих из геометрического центра металлического экрана, в плоскости, параллельной плоскости металлического экрана и отстоящей от нее на заданную величину, экранирующая система выполнена в виде четырех вертикальных рамок, имеющих форму полуколец заданного радиуса, лежащих во взаимоперпендикулярных плоскостях, и установленных перпендикулярно плоскости металлического экрана, и четырех горизонтальных рамок, имеющих форму колец заданного радиуса, которые проходят через нормаль к геометрическому центру металлического экрана, каждая из которых расположена в одной координатной четверти, причем плоскости, содержащие пары горизонтальных рамок, лежащих в противоположных координатных четвертях, расположены выше и ниже относительно плоскости, проходящей через горизонтальные несимметричные вибраторы, на заданное расстояние.