Антенна Советский патент 1992 года по МПК H01Q19/19 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для антенных систем, формирующих диаграммы направленности с высокой прямоугольностью.

Цель изобретения - упрощение конструкции.

На чертеже схематически изображена антенна.

Антенна содержит аксиально-симметричный амплитудно-фазовый корректор со сферической освещенной поверхностью 1, в фокусе которого размещен аксиально-симметричный облучатель 2, выполненный в виде четырехмодового полого рупора, составленного из последовательно соединенных первой регулярной секции 3. диафрагмы 4, второй регулярной секции 5, ступенчатого модового трансформатора 6 и рупорной секции 1.

Антенна работает следующим образом.

Распределение поля на апертуре аксиально-симметричного облучателя 2 представляет собой суперпозицию четырех собственных волн, возбуждаемых собственной низшей несимметричной волной Ни первой регулярной секции 3 с помощью диафрагмы 4, второй регулярной секции 5, модового трансформатора 6 и рупорной секций 7. Геометрические параметры аксиально-симметричного облучателя таковы, что между полями волн Ни, EII. Hi2, Ei2 обеспечиваются требуемые амплитудно-фазовые соотношения. Суперпозиция указанных типрв волн такова, что на апертуре, формируется аксиально-симметричное распределение поля. Такой облучатель имеет аксиальносимметричную диаграмму, направленности, позволяющую сформировать на апертуре амплитудно-фазового корректора распределение поля, которое позволяет, в свою очередь, сформировать диаграмму направленности антенны свысокой прямоугольностью. Коэффициент прямоугольности диаграммы направленности антенны (отношение значений ширины диаграммы, направленнрсти на уровне-10 и-3 дБ),не превышает 1,3.

Положительный эффект достигается за счет того, что облучатель выполнен в виде 4-модового полого рупора, в котором отсутствуют центральный проводник, а также узлы закрепления этого проводника внутри рупора. В результате конструкция облучателя упрощается.

Геометрические параметры антенны определяются следующим образом.

Было установлено, что распределение поля на апертуре конечного размера, обеспечивающее формирование диаграммы направленности с максимальной прямоугольностью при сохранении низкого уровня бокового лепестка имеет вид

G(r) Aid,19-2 .бх )(1 - f f (1)

где AI - лямбда-функция 1-го порядка:

R - радиус апертуры амплитудно-фазового корректора:

А-длина волны в свободном пространстве;

,5 угловая полуширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности:

г - текущий радиус.

Значение R выбирается из условия привязки второго нуля лямбда-функции, к краю апертуры амплитудно-фазового корректора, т.е. из уравнения

Ai(1,192 я sin 6o,5-J) О(2)

В уравнении (2) аргумент обязан быть равен второму нулю лямбда-функции, т.е.

1,192 лгз п 9о,52 2,

7,02.

Из (3) следует выражение для вычисления радиуса апертуры амплитудно-фазового корректора (для заданного значения во,5)

2R 1,878

sin6t),5

Было также установлено, что.для формирования на апертуре амплитудно-фазового корректора распределения поля, в максимальной степени близкого к распределению поля G(r), описываемому выражением (1), радиус апертуры 4-модового полого рупора необходимо вычислять следующим образом:

- 2,78f/2R(5)

где f-фокусное расстояние.

Значение f/2R может выбираться в пределах ( 0,5-1,2) в зависимости от требований, предъявляемых к антенне. Таким образом, для заданных ,5 и f/2R из выражений (1) - (5) определяются параметры R и

Ra.

Радиус RO и длина 1о диафрагмы, радиус RI и длина loo второй регулярной секции, радиусы Ra - Re и длины h - Is ступеней модового трансформатора и длина 1б рупорной секции определяются из системы трансцендентных уравнений:

sll Vi rrqke J

Ak,k 2,3, 4.

VNTqie-J i при минимизации коэффициента отражения основной волны от входа j фиксированных RI, Ва, 1б,

где - элемент многомодовой матрицы рассеяния, характеризующий амплитуду k-й собственной волны на входе в рупорную секцию:

k 2, 3, 4 - соответствует волнам En, Hi2, Ei2: ,..,

Nk , - норма k-й собственной волны:

SBX - площадь входного сечения рупорной кции:

Erk.Hrk поперечные составляющие электрического и магнитного полей k-й собственной волны:

,k 1,3

qk

, k 2,4

где ko - волновое число в свободном пространстве:

РО - волновое сопротивление свободного пространства:

kcK - критическое волновое число k-й собственной волны во входном сечении рупорной секции:

jSl ,уЗ| - фазовые постоянные k-й собственной волны во входном и выходном сечениях рупорной секции:

.foAiZtdZ- набег фазы k-й собственной волны на рупорной секции на длине le:

А2 0,36: АЗ -0,14: А4 -0,22.

Формула из обретения

Антенна, содержащая аксиально-симметричный амплитудно-фазовый корректор с сферической освещенной поверхностью, Е фокусе которого размещен аксиально симметричный облучатель, радиус апертуры которого выбран из соотношения

,78f/2R,

где R - радиус апертуры амплитудно-фазового корректора:

2R/A 1,878/sin 6b.5 ;

Изобретение относится к антеннам, формирующим диаграммы направленности с высокой прямоугольностью. Целью изобретения является упрощение конструкции. Антенна содержит регулярные секции, разделейнь1е диафрагмой, многомодовый трансформатор со Ступенями, рупорную секцию и амплитудно- фазовый корректор. Цель изобретения достигается в результате быбора" размеров всех элементов для оптимального сложения четырех мод излучения при минимизации коэффициента отражения от входа антенны. Размеры выбираются решением системы трансцендентных уравнений. 1 ил.