Рупорный излучатель Советский патент 1992 года по МПК H01Q13/00 

Изобретение относится к антенно-фи- дерным устройствам СВЧ-диапазона, входящим в . радиолокационные, радионавигационные и телеметрические комплексы различного назначения, и может быть использовано, в частности, в качестве антенного устройства радионавигационного канала летательного аппарата.

Известно устройство, содержащее диэлектрическую сферу, возбуждаемую кониче- ской рупорной антенной, в горловине которой помещен продольной согласующий диэлектрический цилиндр. Рупорная антенна возбуждается в многомодовом режиме.

Однако несмотря на то, что данное устройство имеет малый уровень кроссполяри- зации, оно обладает большой величиной эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) при облучении его вне углового сектора главного лепестка диаграммы направленности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое представляет собой коническую рупорную антенну с вращающейся поляризацией. В полости конического рупора помещена диэлектрическая встаека. Вставка состоит из двух концентрических колец различной высоты. Диаметр и высота колец диэлектрической вставки вы- б раются из условия одновременного компромиссного обеспечения коррекции фазы поля в раскрыве рупора основного типа вол- ны ТЕ ц и синфазности в раскрыве волн типа ТЕii и ТМп. Для создания вращающейся поляризации волны, излучаемой рупорной антенной, в круглом волноводе, питающем рупор, установлен поляризатор (например, четвертьволновая диэлектрическая пластина, расположенная под углом 45° к вектору напряженности электрического поля основного типа волны ТЕп). Синфазное сложение полей основного типа волны и волн высших типов (ТЕп и ТМп) обеспечивает такое амплитудное распределение поля в раскрыве антенны, которое формирует диаграмму направленности с низким уровнем бокового излучения.

Недостатком данного устройства является значительное рассеяние падающей на антенну электромагнитной энергии особенно вне углового сектора главного лепестка диаграммынаправленности, так как

возникающие в рупоре высшие типы волн после отражения от горловины рупора (запредельного волновода) приходят в раскрыв в различных фазовых соотношениях.

Целью изобретения является уменьшение эффективной поверхности рассеяния антенны в широком угловом секторе.

ч ел

ел W

Для этого рупорный излучатель, содержащий рупоре корректирующей зонированной линзой в рэскрыве и диэлектрический вкладыш в полости рупора, установленный на расстоянии, кратном нечетному числу полуволн основного типа волны в рупоре от вершины корректирующей зонированной линзы, выполнен в виде шайбы и набора концентрических колец толщиной t А/(п- 1), где А- длина волны основного типа в рупоре; п - коэффициент преломления материала диэлектрического вкладыша с внутренними диаметрами DN Dt/ , где N (2-4) - номер кольца, отсчитываемый в сторону шайбы от корректирующей зонирован- ной линзы; DI - внешний диаметр диэлектрического вкладыша, причем корректирующая зонированная линза выполнена с гиперболической поверхностью, обращенной к диэлектрическому вкладышу, а поверхность диэлектрического вкладыша выполнена совпадающей с фронтом основной волны в рупоре.

На чертеже изображен предлагаемый рупорный излучатель.

Рупорный излучатель с уменьшенной величиной ЭПР содержит рупор 1, в раскры- ве которого размещена зонированная корректирующая линза 2. Число зон линзы не должно превышать 3-4. Это определяет широкополосность устройства. Профиль корректирующей линзы определяется из соотношения (см. чертеж)

X2 - (D/2)2 RY, где D -диаметр раскрыва;

R - радиальная длина рупора.

Диэлектрический вкладыш 4 размещен от .корректирующей зонированной линзы 2 на расстоянии, кратном нечетному числу полуволн волны основного типа в рупоре (в случае конического рупора волна ТЕ ц). Теневая и освещенная поверхности диэлектрического вкладыша 4 выполнены по отношению к падающей на раскрыв волны сферическими в коническом рупоре или цилиндрическими - в секториальном рупоре. Толщина шайбы и концентрических колец диэлектрического вкладыша выбирается из условия ненарушения (сохранения) фазового фронта основного типа волны в рупоре, т.е. t A/(n-1). Диаметры шайбы и концентрических колец диэлектрического вкладыша выбираются из условия обеспечения синфазнчэсти мод ТЕп и ТМп в раскрыве рупора.

Предлагаемое устройство работает следующим образом (на передачу).

Электромагнитная волна типа ТЕи, поступающая из питающего волновода 3, возбуждает в коническом рупоре 1 волну основного типа ТЕп и волны высших типов. При прохождении электромагнитной волны через диэлектрический вкладыш 4 волны ТЕп

и ТМп в силу различных фазовых скоростей приобретают дополнительный фазовый сдвиг такой, что в раскрыв они приходят в одинаковой фазе. Использование в раскрыве комбинаций (в основном)этих типов волн

обеспечивает создание хорошей направленности рупорной антенны (симметрию главного лепестка диаграммы направленности, низкий уровень боковых лепестков). При облучении рупорной антенны

внешним источником на частоте, совпадающей или близкой к собственной рабочей частоте, в угловом секторе главного лепестка диаграммы направленности падающая на раскрыв электромагнитная энергия поглощается в согласованной нагрузке, расположенной в питающем рупор волноводе 3.

При облучении предлагаемой рупорной антенны вне углового сектора диаграммы направленности или на частотах, отличающихся от собственной рабочей частоты, в горловине рупора возникающие различные типы волн в силу неодинаковых фазовых сдвигов, получаемых ими при прохождении зонированных элементов (частотно-избирательных) корректирующей линзы и диэлектрического вкладыша, испытывают многократные переотражения в полости рупора. При этом электромагнитная энергия частично поглощается, а в раскрыве рупора

создается фазовое распределение, формирующее слабо направленное обратное излучение, в том числе и в направлении на источник облучения.

Таким образом, использование предлагаемого рупорного излучателя позволяет обеспечить хорошие излучающие свойства устройства при создании малой эффективной поверхности рассеяния. Это объясняется наличием большого числа степеней

свободы для одновременного решения электродинамической задачи по излучению и рассеянию предлагаемого устройства (параметры зонированной корректирующей линзы, зонированного диэлектрического

вкладыша, их взаимное расположение в полости рупора и т.д.).

Экспериментальное исследование макета рупорного излучателя в 3-сантиметровом диапазоне волн с диаметром раскрыва

D 6 см, радиальной длиной R 10 см показало, что использование предложенной конструкции антенны позволяет уменьшить обратное излучение не менее, чем на 10 дБ, по сравнению с такой же антенной, но без

предложенного диэлектрического вкладыша.

Формула изобретения Рупорный излучатель, содержащий рупор с корректирующей зонированной линзой в раскрыве и диэлектрический вкладыш в полости рупора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения эффективной поверхности рассеяния в широком угловом секторе, диэлектрический вкладыш, установленный на расстоянии, кратном нечетному числу полуволн основного типа волны в рупоре от вершины корректирующей зонированной линзы, выполнен в виде шайбы и набора концентрических колец толщиной t

0

5

А/п-1), где Я - длина волны основного типа в рупоре; п - коэффициент преломления материала диэлектрического вкладыша

с внутренними диаметрами DM Di/Vfsf, где N 2...4 - номер кольца, отсчитываемый в сторону шайбы от корректирующей зонированной линзы; DI - внешний диаметр диэлектрического вкладыша, причем корректирующая зонированная линза имеет гиперболическую поверхность, обращенную к диэлектрическому вкладышу, а поверхность диэлектрического вкладыша совпадает с фронтом основной волны в рупоре. ,

Изобретение относится к рупорным антеннам. Цель изобретения - уменьшение эффективной поверхности рассеяния в широком угловом секторе -достигается выполнением диэлектрического вкладыша, корректирующего поле в рупоре в виде набора колец определенной толщины и диаметров и выбором поверхности зонированной линзы, установленной в рас- крыве рупора. 1 ил.