Гибридная зеркальная антенна кругового обзора Российский патент 2024 года по МПК H01Q25/00 H01Q19/17 

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиосвязи с подвижными объектами, радиолокации и радиоконтроля.

Уровень техники

Для кругового обзора пространства в широкой полосе частот применяются выпуклые (цилиндрические и конические) антенные решетки (АР) [1], недостатком которых является сложность реализации и большое количество антенных элементов.

Известны всенаправленные зеркальные антенны [2], состоящие из облучателя и рефлектора в виде проводящей поверхности, образованной вращением несимметричного участка параболы относительно оси, составляющей с фокальной осью параболы угол, близкий к прямому. При этом фокус параболы лежит на оси вращения и совмещен с фазовым центром облучателя. Такие антенны формируют круговую диаграмму направленности (ДН) без возможности управления лучом.

Известны гибридные зеркальные антенны [3], состоящие из рефлектора в виде проводящей поверхности, основанной на несимметричной вырезке из параболоида вращения, и кластера облучателей в виде плоской АР. Центр этой АР совмещен с фокусом параболоида, а плоскость АР либо отдельные облучатели АР наклонены к фокальной оси. Такие антенны позволяют управлять формой и направлением луча ДН лишь в небольшом секторе углов.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в возможности формирования лучей ДН во всех азимутальных направлениях без применения поворотных механизмов и объемных АР.

Для достижения технического результата предлагается гибридная зеркальная антенна кругового обзора, состоящая из осесимметричного рефлектора в виде проводящей поверхности и обращенного к рефлектору кластера облучателей в виде плоской АР. Форма поверхности рефлектора, обращенная к кластеру облучателей, образована вращением несимметричной части параболы вокруг оси аксиальной симметрии рефлектора, составляющей с фокальной осью параболы угол, близкий к прямому. Плоскость фазовых центров элементов АР совпадает с плоскостью, образованной при вращении множеством фокусов параболы. Средняя точка кластера облучателей находится на оси аксиальной симметрии рефлектора.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежом фиг. 1, на котором представлено сечение антенны плоскостью, проходящей через ось аксиальной симметрии рефлектора.

На чертеже обозначено:

1 - рефлектор;

2 - кластер облучателей;

3 - ось аксиальной симметрии рефлектора;

4 - парабола, образующая рефлектор;

5 - фокальная ось параболы, образующей рефлектор;

6 - плоскость, в которой лежат фокусы параболы 4 при ее вращении;

7 - облучатель кластера, фазовый центр которого совпадает с фокусом параболы;

8 - ход лучей для облучателя 7.

Осуществление изобретения

При подключении к какому-либо облучателю кластера 2 генератора высокочастотных колебаний этот облучатель излучает в сторону рефлектора 1 сферическую волну. В некотором сечении рефлектора 1, содержащем ось его аксиальной симметрии 3 (фиг. 1), рассматриваемая система облучатель-рефлектор по своему действию эквивалента однозеркальной офсетной антенне. Если для анализа выбрать облучатель 7, фазовый центр которого совпадает с фокусом параболы 4, образующей поверхность рефлектора, то после отражения от рефлектора 1 сферическая волна облучателя трансформируется в квазиплоскую волну, формирующую остронаправленное излучение парциального луча антенны с максимумом в направлении, параллельном фокальной оси параболы 5. В приближении геометрической оптики данный процесс иллюстрируется ходом лучей 8 и им подобных.

При выборе облучателя кластера 2, отличного от облучателя 7, он окажется смещен из фокуса параболы 4 в плоскости 6, совпадающей с плоскостью, в которой лежат фокусы указанной параболы при ее вращении. В силу свойств однозеркальных антенн [4] направление максимального излучения смещенного из фокуса облучателя будет отклоняться от фокальной оси параболы 5 на некоторый угол. Однако для облучателей, фазовый центр которых не совпадает с фокусом параболы 4, также будет иметь место продольное относительно фокальной оси 5 смещение, что приведет к некоторому ухудшению характеристик парциального луча.

В силу произвольности выбора сечения рефлектора 1 описанное формирование парциальных лучей будет происходить для всех азимутальных направлений, обеспечивая полный круговой обзор по азимуту с возможностью управления лучом ДН в небольшом секторе углов места. При этом в применении поворотных механизмов нет необходимости. Кроме того, площадь, занимаемая плоской АР и, следовательно, число излучателей, оказывается меньше площади поверхности и числа излучателей цилиндрической АР, обычно применяемой для кругового обзора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. Изд. 4-е, доп. и перераб.: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радиотехника, 2012. - 744 с.: ил.

2. Broadband Omnidirectional Microwave Antenna: Патент ЕР 0678930 А2: МПК H01Q 19/13, H01Q 19/19, H01Q 17/00. / Dienes, Geza, Claremont; Опубл. 25.10.1995.

3. Многолучевая гибридная зеркальная антенна: Патент RU 2556466: МПК H01Q 5/00. / A.M. Сомов; Заявитель и патентообладатель ФГУП «НИИ Радио»; Заявка 2013141948/08 от 13.09.2013; Опубл. 10.07.2015.

4. Сомов A.M., Старостин В.В., Кабетов Р.В. Антенно-фидерные устройства: Учебное пособие для вузов. / Под ред. A.M. Сомова. - М.: Горячая линия-Телеком, 2011. - 404 с.: ил.

Изобретение относится к радиотехнике и применяется в системах радиосвязи с подвижными объектами, радиолокации и радиоконтроля. Технический результат - возможность формирования лучей диаграмм направленности во всех азимутальных направлениях без применения поворотных механизмов и объемных антенных решеток. Результат достигается тем, что предложена гибридная зеркальная антенна кругового обзора, состоящая из осесимметричного рефлектора в виде проводящей поверхности и обращенного к рефлектору кластера облучателей в виде плоской антенной решетки, отличающаяся тем, что форма поверхности рефлектора, обращенная к кластеру облучателей, образована вращением несимметричной части параболы вокруг оси аксиальной симметрии рефлектора, составляющей с фокальной осью параболы угол, близкий к прямому, плоскость фазовых центров элементов антенной решетки совпадает с плоскостью, образованной при вращении множеством фокусов параболы, а средняя точка кластера облучателей находится на оси аксиальной симметрии рефлектора. 1 ил.

Гибридная зеркальная антенна кругового обзора, состоящая из осесимметричного рефлектора в виде проводящей поверхности и обращенного к рефлектору кластера облучателей в виде плоской антенной решетки, отличающаяся тем, что форма поверхности рефлектора, обращенная к кластеру облучателей, образована вращением несимметричной части параболы вокруг оси аксиальной симметрии рефлектора, составляющей с фокальной осью параболы угол, близкий к прямому, плоскость фазовых центров элементов антенной решетки совпадает с плоскостью, образованной при вращении множеством фокусов параболы, а средняя точка кластера облучателей находится на оси аксиальной симметрии рефлектора.