Антенна поверхностной волны Советский патент 1993 года по МПК H01Q13/28 

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антенным бегущих волн, и может быть использовано в качестве антенн для систем связи в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн, в том числе в системах спутникового телевидения.

Целью изобретения является увеличение коэффициента усиления и уменьшения габаритов.

Сущность изобретения заключается в следующем. Коэффициент усиления (КУ) антенны, как известно, определяется через произведение коэффициента направленного действия (КНД) на коэффициент полезного действия антенны. КНД антенны возрастает при приближении закона распределения токов в апертуре антенны к равномерному закону. Закон распределения токов, текущих вдоль антенны в плоскости Е, связан сложным образом с законами изменения ширины Дп металлических лент и

расстояниями между ними. Закон распределения токов в поперечном направлении к распространению поверхностной волны (плоскость Н) определяется конструкцией возбудителя поверхностной волны.

Выбор в заявляемой антенне закона изменения ширины металлических лент по формуле (1) обеспечивает закон распределения токов в плоскости У везде на поверхности замедляющей структуры, близкий к равномерному закону, за исключением ее краев, где она имеет быстро спадающий характер, что обеспечивает высокий КПД и в конечном итоге более высокий, по сравнению с прототипом, коэффициент усиления антенны, а также сравнительно низкий уровень бокового излучения.

Соединение же прямоугольного волновода посредством введенного волноводно- го изгиба с полусегментно-параболической антенной, при этом плоский проводящий экран, на одной стороне которого имеется

ел

с

00

о ел ел

VI

слой диэлектрика, является продолжением одной из широких стенок отрезка прямоугольного волновода, позволяет уменьшить габариты конструкции и повысить коэффициент усиления антенны поверхностной волны.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена антенна поверхностной волны.

Устройство содержит проводящий экран 1, слой диэлектрика 2, прямоугольный волновод 3, волноводный изгиб 4, полусег- ментно-параболическую антенну 5, металлические ленты 6 переменной ширины.

Натурные и численные эксперименты проводились в сантиметровом и миллиметровом диапазоне волн. Первый образец антенны был выполнен для сантиметрового диапазона волн (f 11 ГГц). Он имел длину L 74 Дпв и ширину 72 Я пв. Ширина металлических лент изменялась в соответствии с формулой (1), а период их расположения имел величину ЯПв 21 мм.

Второй образец антенны был выполнен для миллиметрового диапазона волн (f 60 ГГц). Он имел длину L 30 Я пв и ширину 6 Япв. Период расположения металлических лент был равен Япв 4,2 мм.

Именно для этих длин антенн выбор закона изменения ширины металлических лент по формуле (1) обеспечивает амплитудно-фазовое распределение поля вдоль замедляющей структуры, близкое к равномерному, за исключением краев антенны, где оно имеет быстро спадающий характер. Границы длин антенн и формула (1) определены расчетным путем и подтверждены экспериментально.

Предлагаемая антенна работает следующим образом. Волноводная волна типа Ню, возбуждаемая генератором СВЧ-поля, преобразуется с помощью полусегментно- параболической антенны и прямоугольного волновода в поверхностну.ю волну типа Е, поддерживаемую плоской замедляющей структурой. Набегающая поверхностная волна возбуждает синфазно металлические ленты переменной длины, формируя как в плоскости Е, так и в плоскости Н узкий луч. Выбор ширины металлических лент по формуле (1) обеспечивает равномерное преобразование энергии поверхностной волны в энергию излучения с таким расчетом, что в конце антенны энергия поверхностной волны составляет доли процента.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой антенны обусловлена повышением в 2-5 раз в зависимости от длины антенны по сравнению с прототипом коэффициента усиления при уменьшении габаритов антенны, что позволяет уменьшить мощность передающих или чувствительность приемных устройств соответственно. Испытания экспериментальных образцов предлагаемой антенны подтвердили соответствие технических характеристик поставленным целям.

Формула изобретения Антенна поверхностной волны, содержащая возбудитель, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода, и замедляющую структуру, расположенную вдоль общей оси и состоящую из плоского проводящего экрана, на одной стороне которого имеется слой диэлектрика, при этом плоский проводящий экран является продолжением одной из широких стенок отрезка прямоугольного волновода, отличающаяся тем, что, с целью повышения

коэффициента усиления и уменьшения габаритов, введены металлические ленты, размещенные на слое диэлектрика вдоль оси замедляющей структуры перпендикулярно ей и симметрично относительно нее и полусегментно-параболическая антенна, присоединенная посредством введенного волноводного изгиба к отрезку прямоугольного волновода, при этом ширина металлических лент выбрана из соотношения

Д, ЯпВ/Зехр(0,14-0,02М){1,2 + 0,28х (n/N-0,17)}, где N L/ Я пв,1

L - длина замедляющей структуры; Япв - длина поверхностной волны,

причем n 1,2,3...N, 7Япв L 100 Я пв причем одна из плоскопараллельных стенок полусегментно-параболической антенны образована противоположной стороной

плоского проводящего экрана.

Использование: системы связи сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн, в том числе системы спутникового телевидения. Сущность изобретения: в антенне поверхностной волны замедляющая структура выполнена в виде системы металлических лент переменной ширины, расположенных на слое диэлектрика вдоль оси замедляющей структуры перпендикулярно к ней, а возбудитель представляет собой отрезок волновода, расположенный соосно с замедляющей структурой и присоединенный посредством волновод- ного изгиба к полусегментно-параболиче- ской антенне, одна из плоско-параллельных стенок которой образована проводящим экраном. Ширина металлических лент выбрана из предложенных соотношений. Достигается повышение коэффициента усиления и уменьшение габаритов антенны. 1 ил.