Антенна эллиптической поляризации Советский патент 1986 года по МПК H01Q19/06 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенно-фидерньш ycTpoftctBaM преимущественно для летательных аппаратов.

Цель изобретения - расширение дна граммы направленности (ДН).

На чертеже приведена конструкция антенны эллиптической поляризации.

Антенна эллиптической поляризации состоит из диэлектрической линзы 1 с цилиндрическим каналом 2, металлического экрана 3 и первичного излучателя 4 эллиптической поляризации.

Антенна эллиптической поляризации работает следующим образом.

При использовании в качестве пер- излучателя 4 эллиптической поляризации плоской архимедовой спирали или турникетного полуволнового вибраторного излучателя излучатель располагается в верхней час- ти цилиндрического канала 2 диэлектрической линзы 1. В этом случае излучение в направлении от экрана происходит таким же образом, как и при отсутствии линзы.

В направлении к экрану 3 первичный излучатель 4 возбулда;ает в цилиндрическом канале 2 вытекающую волну, которую можно представить как набор плоских волн, распространяющихся внутри цилиндрического канала 2 вследствие отражения от его границ. Распространяясь вдоль ц;нлинд рического канала 2 по направлению к металлическому экрану 3, набор плоских волн, кроме отражения, испытывает и преломление, при этом часть энергии вытекает в окружающий диэлектрик 1. В диэлектрике 1 вытекающая волна отражается от металлического экрана 3. При отражении от плоской поверхности направление вращения плоскости поляризации меняется на пр противоположное. Таким образом, волна, излучаемая в направлении нормали к плоскости металлического экрана 3, и волна, отраженная от него, складываются, так как распространени до экрана- Л/4 и эти волны имеют одинаковое направление вращения плоскости поляризации. После отражения от металлического экрана 3 вытекающая волна Преломляется на внешней поверхности диэлектрической линзы.1 и далее начинает развертываться в сфе

рическую волну в боковом направлении к оси диэлектрической линзы 1.

Втекающая волна, распространяющаяся в самом цилиндрическом канале 2 по направлению к металлическому экрану 3, отражается от него и далее распространяется по направлению от экрана, причем снова часть ее энергии вьТтекает в окружшощий диэлектрик . В диэлектрике втекающая волна падает на внешшсю границу диэлектрической линзы 1, прелом- ляетсяг на ней и далее развертывается и сферическую волну в боковом направлении к оси диэлектрической линзы 1.

В дальней зоне все три компоненты поля складываются 5 причем уровень излучения в боковых направлениях увеличивается за счет действия диэлектрической линзы 1, что приводит к расширению ДН.

При использовании в качестве первичного изль чателя 4 открытого кон- ца круглого волновода или крестообразной пол шолновой щели первичный из-- лучатель 4 располагается внутри цилиндрического канала 2 и возбуждает

0 в последнем вытекающую волну, которую можно представить как набор плоских волн, распространяющихся внутри цилиндрического канала 2 вследствие от.- ражения от его границ. Распространя-

5 ясь вдоль цилиндрического канала 2, набор плоских волн, кроме отражения испытывает также и преломление, на Х раницё диэлектрика 1 при этом часть энергии вытекает в окружающий диэлекCi трик. В диэлектрике 1 вытекающая вол.-, на падает на границу диэлектрической линзы:, преломляется на ней и далее развер1ъшается в сферическуго волну в боковом направлении к оси диэлектри ческой линзы 1. В дальней зоне компоненты поля излучения складываются, при этом уровень излучения в боковых направлениях увеличивается, что приводит к расширению ДН.

50

Таким образом, в диэлектрической линзе 1 с цилиндрическим каналом 2, преломление плоских волн на границе цилиндрического канала 2, а также на 55 внешней границе диэлектрической линзы 1 позволяет увеличить уровень излучения в боковых направлениях, что приводит к расширению ДН.

Для эффективного возбуждения вытекающей волны необходимо соответствующим образом выбрать размеры цилиндрического канала 2 и диэлектрической линзы 1 и величину диэлектри- ческой проницаемости материала диэлектрической -линзы 1 . Диаметр цилиндрического канала 2 (d) должен быть не менее 0,5 и не более 0,777. . При ис-- пользовании в качестве первичного излучателя 4 крестообразной полуволновой щели или турникетного вибраторного полуволнового излучателя диаметр цилиндрического канала 2 должен быть не менее 0,5 Л .

Если в качестве первичного излучателя 4 эллиптической поляризации используется плоская архимедова спираль, диаметр цилиндрического канала 2 выбирается равным 0,7 Л .Если в качестве первичного излучателя 4 эл- Липтической поляризации используется .открытый конец круглого волновода его диаметр определяется из условия пропускания основной волны Н„,

1741-

Л 2,бГ

где ц - внутренний радиус волновода.

Следовательно, диаметр круглого волновода лежит в пределах 0,59 А i 2а - 0,77 .

Влияние, которое оказывает диэлектрическая линза 1 на формирование ДН первичного излучателя 4, зависит от глубины цилиндрического канала 2 (h), При глубине h Л /4 диэлектрическая линза 1 оказывает незначительное влияние на формирование ДН первичного излучателя 4. По мере увеличения глубины ДН первичного излучателя 4 расширяется, приближаясь к полусферической. Однако при увеличении глубины свыше 0,3 Д. в центральной части ДН появляется провал и при дальнейшем увеличении ДН становится изрезан- :Ной.

Таким образом, глубина цилиндрического канала 2, а следовательно и высота диэлектрической линзы 1 должны лежать в пределах 0,25 А h t 0,3 Л .

Диметр диэлектрической линзы 1 (БД) выбирается таким образом, чтобы исключить влияние поверхностных волн, которые могут внести искажения в ДН. Для распространения поверхностных

волн оптимальным является размер дисковых антенн 2 - 8 .

Как показал эксперимент, при диаметре диэлектрической линзы 1 менее 1 ,4 А , с учетом того, что имеется цилиндрический канал 2, диаметр которого лежит в пределах 0,5 А - 0,77 7( , а высота 0,25 Ъ h -с 0,3 Л , масса диэлектрика 1 становится настолько малой, что практически не оказывает влияния на формирование ДН первичного излучателя. При диаметре диэлектрической линзы 1 более 3 А на формировании ДН сильно сказывается влияние поверхностных волн, которые вносят искажения в ДН и она становится изрезанной. При диаметре диэлектрической линзы меньше 3 Л влияние поверхностных волн незначительно и его можно не учитывать.

Таким образом, диаметр диэлектрической линзы 1 должен быть 1 ,4 И - 3 .

Значение радиуса сферической поверхности диэлектрической линзы 1 можно определить по формуле

30

Вд 2 -л|2Ьг - h

о.тсюда

tjп

D + 4h

ул

8h

0

5

0

где г - радиус сферической поверхности диэлектрической линзы 1 ;

h - глубина цилиндрического канала 2;

D - диаметр диэлектрической линзы I .

Формула Изобретения

Антенна эллиптической поляризации преимущественно для летательных аппаратов, содержащая диэлектрическую линзу, расположенную на проводящем экране, и первичный излучатель эллиптической поляризации, о т л и - чающаяся тем, что, с целью расширения диаграммы направленности, диэлектрическая линза изготовлена в виде шарового элемента высотой 0,25-Л ih ,3 Л и диаметром 1,4Л , 6 3 Л из диэлектрика с диэлектрической проницаемостью 2- - 4, причек диаметром 0,(3 0,77( , где Д - вдоль оси симметрии диэлектрической рабочая длина волны в свободном про- линзы выполнен цилиндрический канал странстве.

Изобретение обеспечивает расширение .диаграммы направленности. Диэлектрическая линза (ДП) 1, расположенная на металлическом экране 3, выполнена в виде шарового элемента высотой 0,25 ,3 7 и диаметром l,, 3л из диэлектрика с диэлектрической проницаемостью 2 4. Вдоль оси симметрии ДЛ I выполнен цилиндрический канал (ЦК) 2 диаметром 0,,77a. В ЦК 2 располагается первичный излучатель эллиптической поляризации (ПИЭП) 4. При использовании в качестве ПИЭП 4 плоской архимедовой спирали или турникет- ного полуволнового вибраторного излучателя он располагается в верхней части ЦК 2. В результате распространения волн вдоль ЦК 2 и внутри ДЛ 1, отражения от металлического экрана 3 и преломления на границе ЦК 2 и ДЛ 1 формируются три волнь. . В дальней зоне эти три компоненты поля складываются, причем уровень излучения в боковых направлениях увеличивается за счет действия ДЛ 1. При использовании в качестве ПИЭП 4 открытого конца круглого волновода или крестообразной полуволновой щели он располагается внутри ЦК 2. 1 ил.