Двухдиапазонный облучатель с круговой поляризацией поля Советский патент 1992 года по МПК H01Q13/02 

Изобретение относится к антенной технике СВЧ диапазона и может быть использовано в качестве облучателя зеркальных антенн радиотехнических станций различного назначения, в частности, в антеннах радиорелейных и космических станций.

Известны конструкции двухдиапазон- ных излучателей, содержащих секции круг- лых волноводов, соединенных последовательно либо параллельно, питающие волноводы. Такие излучатели обеспечивают работу в двух диапазонах частот.

Недостатками известных конструкций облучателей являются малый разнос частот между выделенными участками диапазонов, сложность конструктивного исполнения системы возбуждения, невозможность работы с круговой поляризацией поля.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому устройству является облучатель с круговой поляризацией поля, содержащий две круглых волноводных секции разного диаметра, соединенных соосно и возбуждаемых прямоугольными волноводами,перпендикулярно расположенными их продольной оси, диэлектрические поляризаторы в каждой секции. Облучатель обеспечивает работу в двух

диапазонах частот круговой поляризацией поля, симметричные диаграммы направленности (ДН) по диапазону.

Однако, наряду с выше указанными достоинствами, известная конструкция облучателя имеет и ряд существенных недостатков. Во-первых, узкая полоса частот высокочастотного диапазона, сложность конструктивной компановки облучателя и его системы возбуждения. Во-вторых потери в облучателе, вызванные конструктивным исполнением системы возбуждения (боковое возбуждение круговых волноводов), наличием поглощающих элементов. В- третьих, дополнительные потери в ВЧ диапазоне за счет работы круглого волновода в одномодовом режиме. В-четвертых, малая электрическая прочность облучателя за счет дифракционного способа возбуждения секций круглых волноводов.

Цель изобретения - расширение полосы частот высокочастотного диапазона и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в двухдиапазонном облучателе с круговой поляризацией тока, содержащем рупор, первую секцию круглого волновода низкочастотного диапазона с диэлектриче(Л

С

vj ел

00

ч со ю

ским поляризатором, прямоугольный волновод, размещенный перпендикулярно оси круглого волновода и связанный с его внутренней областью посредством продольной щели, вторую секцию круглого волновода высокочастотного диапазона с питающим прямоугольным волноводом, согласно изобретению, первая и вторая секции круглого волновода соединены последовательно посредством плавного перехода, а питающий прямоугольный волновод размещен соосно со второй секцией круглого волновода и соединен с ней посредством плавного перехода, причем, во вторую секцию круглого волновода введена диэлектрическая фазос- двигающая пластина в одной плоскости с диэлектрическим поляризатором.

На чертеже представлен двухдиапазон- ный облучатель с круговой поляризацией поля.

Двухдиапазонный облучатель с круговой поляризацией поля выполнен в виде рупора 1, установленного на рэскрыве круглого волновода 2, диэлектрического поляризатора 3 внутри круглого волновода 2, питающего прямоугольного волновода 5 НЧ диапазона;связанного через щель 4 с внутренней областью круглого волновода 2, второй секции круглого волновода меньшего сечения 7, соединенной с волноводом 2 плавным переходом 6, фазосдвигающей пластины 8 диапазона ВЧ, прямоугольного волновода 10, возбуждающего в ВЧ диапазоне круглую волноводную секцию 7 через плавный переход 9. Диэлектрический поляризатор НЧ диапазона и фазосдвигающая пластина ВЧ диапазона установлены в одной плоскости.

Двухдиапазонный облучатель работает следующим образом.

Принимаемая волна круговой поляризации НЧ диапазона преобразуется поляризатором 3 в волну линейной поляризации и через продольную щель 4 возбуждает прямоугольный волновод 5 и поступает в приемный тракт.

Электромагнитная линейно-поляризованная волна диапазона ВЧ, подводимая прямоугольным волноводом 10 через плавный переход 9, возбуждает круглый волновод 7. Фазосдвигающая пластина 8 преобразует линейно поляризованную волну в волну эллиптической поляризации, которая через плавный переход 6 возбуждает круглый волновод.

Проходя черзз диэлектрический поляризатор 3, волна эллиптической поляризации трансформируется в волну круговой поляризации и излучается рупором 1. Размеры фазосдвигающей пластины выбираются такими, чтобы после последовательного прохождения через нее и диэлектрический поляризатор НЧ диапазона волна ВЧ диапазона приобретала круговую поляризацию.

Порядок определения размеров фазосдвигающей пластины при известных размерах поляризатора НЧ диапазона следующий.

0 1. Определяется отношение площади сечения пластинки поляризатора к площади поперечного сечения волновода НЧ диапазона

7 SЈ /S 4 di/лг Di,

5 где di - толщина пластины поляризатора; Di - диаметр волновода НЧ диапазона.

2.Определяются величинад ( е- 1) / и эквивалентные диэлектрические проницаемости Ki 1 + и Ј2 1 + 2 б, где Ј

0 -диэлектрическая проницаемость поляризатора.

3.Определяется нормированная частота х и значение функции у(х):

Х fa/fxpl,

5 где fa - средняя частота ВЧ диапазона;

fxpi - критическая частота круглого волновода ВЧ диапазона

у(х) V(Ј1 х2 - 1 ) - VЈ2XZ - i )

4.Определяется фазовый сдвиг ©i (х), приобретаемый волной ВЧ диапазона при прохождении через поляризатор НЧ диапазона:

©i(x), х liyMf

где %- критическое волновое число; h длина поляризатора НЧ.

5.Определяется требуемый дополнительный фазовый сдвиг для получения вол- нь: круговой поляризации

7Г

©2(х) - ту п ©i(x), где -ij n - ближний к 0i (х) сдвиг фазы,

кратный -п г 1,2,3

6.Зная величину ©2((х), производят расчет геометрических размеров фазосдвигающей пластины с учетом ее места установки (в волноводе НЧ или ВЧ).

В результате экспериментального исследования макета облучателя (без рупора) установлено, что заявляемая конструкция обеспечивает коэффициент эллиптичности не хуже 0,7 в диапазоне частот 20-22 ГГц и 42-44,5 ГГц.

По сравнению с прототипом заявляемый обьект имеет следующие гехнико-эко0

5

0

5

0

5

комические преимущества: увеличивается полоса частот в ВЧ диапазоне; упрощается конструкция облучателя, облучатель выполнен на одной волноводной секции: уменьшаются поперечные размеры облучателя, следовательно, увеличивается эффективность зеркальной антенны: повышается коэффициент полезного действия облучателя за счет уменьшения потерь: увеличивается электрическая прочность облучателя за счет отсутствия выступов, изгибов и т.д., а следовательно, расширяется область а применения разработанной конструкции; устраняется необходимость совмещения фазовых центров излучателей различных диапазонов, т.к. имеет место один излучающий раскрыв; уменьшаются трудозатраты на изготовление облучателя.

Формула изобретения Двухдиапазонный облучатель с круговой поляризацией поля, содержащий последовательно соединенные рупор, первую секцию круглого волновода низкочастотного диапазона с поляризатором, выполненным в виде диэлектрической пластины, прямоугольный волновод, размещенный перпендикулярно к оси первой секции круглого волновода и связанный с его внутренней областью посредством, продольный щели, вторую секцию круглого волновода высокочастотного диапазона с питающим прямоугольным волноводом, отличающии с я тем, что, с целью расширения полосы частот высокочастотного диапазона и упрощения конструкции, первая и вторая секции круглого волновода соединены последовательно посредством введенного плавного

перехода, а питающий прямоугольный волновод размещен соосно с второй секцией круглого волновода и соединен с ней посредством введенного плавного перехода, причем, во вторую секцию круглого волновода введена диэлектрическая фазосдвига- ющая пластина, размещенная в плоскости с диэлектрической пластиной.

Изобретение относится к рупорным антеннам. Цель изобретения - расширение полосы частот высокочастотного диапазона и упрощение конструкции - достигается размещением прямоугольного волновода высокочастотного диапазона соосно с секцией круглого волновода и введением фа- зосдвигающей пластины водной плоскости с диэлектрическим поляризатором низкочастотного диапазона 1 ил.