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 круглых 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 близким 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 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 круглых 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 поля, содержащем рупор, сек(Л

С

ел

00

VI

W

СА

цию круглого волновода с диэлектрическим поляризатором низкочастотного диапазона, прямоугольный волновод низкочастотного диапазона, размещенный перпендикулярно оси круглого волновода и связанный с его внутренней областью посредством продольной щели, прямоугольный волновод высокочастотного диапазона согласно изобретения, прямоугольный волновод высокочастотного диапазона соединен соосно через введенный плавный переход с секцией круглого волновода, причем между прямоугольным волноводом низкочастотного диапазона и плавным переходом установлена введенная диэлектрическая фазосдвигающая пластина в одной плоскости с диэлектрическим поляризатором низкочастотного диапазона.

На чертеже показан двухдиапазонный облучатель с круговой поляризацией поля. Двухдиапазонный облучатель с круговой поляризацией поля, изображенный на чертеже, состоит из рупора 1, установленного на раскрыве круглого волновода 2, диэлектрического поляризатора 3 и фазосдвигающей пластины 4 внутри круглого волновода 2, питающего прямоугольного волновода 5 НЧ диапазона, связанного через щель 6 с внутренней областью круглого волновода 2, питающего прямоугольного волновода ВЧ диапазона 8, возбуждающего круглый волновод 2 через плавный переход 7. Диэлектрический поляризатор НЧ диапазона и фазосдвигающая пластина ВЧ диапазона установлены в одной плоскости. Плоскости, в которых расположены широкие стенки прямоугольных возбуждающих волноводов ВЧ и НЧ диапазонов взаимно перпендикулярны.

Двухдиапазонный облучатель работает следующим образом.

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

Электромагнитная линейно-поляризованная волна диапазона ВЧ, проводимая прямоугольным волноводом 8 через плавный переход 7 возбуждает круглый волновод 2, Фазосдвигающая пластина А преобразует линейно поляризованную волну в волну эллиптической поляризации, которая проходя далее по волноводу 2 через диэлектрический поляризатор 3 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.

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

/5 4 di/л DI, где di - толщина пластинки поляризатора: DI - диаметр волновода НЧ диапазона.

2.Определяются величина с5 ( г - 1) 1 и эквивалентные диэлектрические проницаемости fi 1 + 2с5 и 82 1+ д, где е- -диэлектрическая проницаемость поляризатора.

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

X Г2/Гкр1

где f2 - средняя частота ВЧ диапазона;

ficpi - критическая частота круглого волновода НЧ диапазона

4.Определяется фазовый сдвиг 0i (x). приобретаемый волной ВЧ диапазона при прохождении через поляризатор НЧ диапазона:

©I ((х)- X Ну(х).

где X критическое волновое число; И -длина поляризатора НЧ.

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

6.Определяется требуемый дополнительный фазовый сдвиг 02 (х) дл получения волны круговой поляризации:

©2 (х) п /2 п - 01 (х),

0

5

0

5

0

5

0

л

где т п - ближний к 0| (х) сдвиг фазы,

п

кратный -п

п 1,2,3,...

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

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Двухдиапазонный облучатель с круговой поляризацией поля, содержащий последовательно соединенные рупор, секцию круглого волновода низкочастотного диапазона с поляризатором в виде диэлектриче-

ской пластины, прямоугольный волновод низкочастотного диапазона, размещенный перпендикулярно к оси секции круглого волновода и связанный с его внутренней областью посредством продольной щели, прямоугольный волновод высокочастотного диапазона, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы частот высокочастотного диапазона и упрощения конструкции, прямоугольный волновод высокочастотного диапазона соединен со- осно через введенный плавный переход с секцией круглого волновода, причем между прямоугольным волноводом низкочастотного диапазона и плавным переходом установ- лена введенная дополнительная диэлектрическая фазосдвигающая пластина, размещенная в одной плоскости с диэлектрической пластиной.

Изобретение относится к рупорным антеннам. Цель изобретения - расширение полосы частот высокочастотного диапазона и упрощение конструкции - достигается размещением питающего прямоугольного волновода соосно со второй секцией круглого волновода и введением фазосдвигающей пластины в одной плоскости с диэлектрическим поляризатором.

-

щШт

Z2ZZgi32L iza&

U

А - А