Рефлектор Советский патент 1993 года по МПК H01Q15/16 

Изобретение относится к антенной технике, а именно, к апертурным антеннам и предназначено для использования в качестве рефлектора зеркальных и гибридных зеркальных антенн, служащих для приема и формирования остронаправленного излучения, и может быть применено в радиолокационных станциях, системах космической связи и радиоастрономии. Применение предлагаемого рефлектора наиболее эффективно в диапазоне миллиметровых волн.

Целью изобретения является упрощение конструкции рефлектора, улучшения технологичности изготовления, повышение жесткости, прочности конструкции, а также повышение стабильности работы рефлектора при температурных, гравитационных и механических воздействиях, приводящих к короблению и изломам поверхности рефлектора, а также удобство транспортировки плоского фокусирующего рефлектора, разделенного на секции любого размера, сложенные стопкой.

Указанная цель достигается тем, что отражающая поверхность заявляемого рефлектора выполняется дискретной и формируется путем выполнения в плоской пластине с одной ее стороны несквозных цилиндрических углублений, донышки которых образуют отражающую поверхность.

Максимальная длина углублений равна половине длины волны, распространяющейся в углублении и возбужденной в нем внешним электромагнитным полем (от облучателя), которая вычисляется по формуле

АО

А.

Акр

(Л

С

со

CJ

о

СП -ч| OJ

где Ар - рабочая длина волны рефлектора, определяемая генератором;

Акр - критическая длина волны основного типа в углублении-волноводе,

Толщина пластины, из которой изготовляется рефлектор, превышает половину длины волны в углублении- волноводе ( АО )

лишь на столько, чтобы самое длинное.углубление могло иметь дно для отражения электромагнитной волны, Длина остальных углублений выбирается таким образом, чтобы обеспечить синфазное возбуждение эффективного раскрыва рефлектора, которое имеет место при- условии

-f

П2

Ар

+ 2

IL-A

Ав А

где А-произвольная константа,

Г - длина углубления до зонирования, Ав - длина волны в углублении-волноводе,

щ - расстояние от точки фокуса до центра выходной апертуры углубления,

га - расстояние от точки центра выходной апертуры углубления до эффективного раскрыва рефлектора.

Ар - рабочая длина волны рефлектора, заданная в свободном пространстве.

Отсюда длина рассматриваемого углубления равна

jk. 2

w

П2

f А П«IZ Ч

А-тг

Слишком близкое приближение величины диаметра волновода к верхнему граничному значению нежелательно из-за возможности случайной перестройки волновода в область многоволновости, а к нижнему граничному значению - из-за резкого возрастания омических потерь в стенках волновода и дисперсии. Поэтому рекомендуем выбирать диаметр углублений-волноводов от 0,6 до 0,7 длины рабочей волны рефлектора.

Расположение, углублений-волноводов на поверхности плоской пластины следующее: центры элементов лежат в точках, являющихся вершинами равностороннего треугольника, т.е. в узлах треугольной сетки точек на плоскости. Такое расположение наиболее удобно с Точки зрения взаимного влияния элементов, а также плотности расположения элементов на поверхности, это обеспечивает минимальную лишнюю площадь отражающую излучение от поверхности рефлектора без фокусировки и минимальный объем и вес материала в перегородках между углублениями. Шаг треугольной решетки выбирается из условия устранения побочных направлений фокусировки

Изобретение относится к зеркальным антеннам. Цель изобретения - улучшение технологичности изготовления, увеличение прочности, жесткости и уменьшения тепловых деформаций - достигается выполнением рефлектора в виде совокупности глухих отверстий в плоском листе металла с определенной глубиной и расположением.

Зонирование осуществляется удалением из длины углубления целого числа полуволн { Аа/2}. Окончательная длине углубления

- -«& :

где Е - оператор выделения целой части числа.

Если, например, углубление (волновод) является круговым цилиндром, то его диаметр определяется рабочей длиной волны рефлектора и выбирается из условия существования в углублении-волноводе основного типа колебаний Ни:

kpEoi

где AcpEoi критическая длина волны типа Eoi в волноводе 2,61 D/2; D- диаметр .волновода;.

-kpHu - критическая длина волны типа

Нц в волноводе AKPHII «M t D/2. Следовательно

или

2,61 (D/2) Ар 3.41(0/2) 0.587 Ар .766Ap.

30

а

1-fslne1

где 0-угол отклонения отраженной от рефлектора волны от нормали.

При максимальном отклонении луча от нормали Gfnax 45°имеем а 5 0,7 Ар. По данному методу можно выполнять рефлекторы симметричные и несимметричные со смещенным и вынесенным из зоны отраженных

лучей облучателем.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый рефлектор за счет,специального выбора глубины волноводов, позволившего строго ограничить

толщину рефлектора, и улучшить его технологичность, прочность, жесткость за счет выполнения волноводов в виде металлизированных углублений в плоском листе имеет

существенные отличия от прототипа и придает рефлектору новые полезные качества. Плоский фокусирующий рефлектор изготовлен из листа дюралюминия марки Д1 б ГОСТ2131-76 толщиной 25 мм и размерами 300 х 300 мм, путем высверливания на коор- динатно-расточном станке цилиндрических углублений диаметром 20 мм, центры которых расположены в узлах треугольной сетки с шагом 21 мм, длина углублений от 0,7 мм до 23,68 мм, Длина волны в элемента ре

флектора - углублении равна 47,38 мм, рабочая длина волны рефлектора 30 мм. Вертикальная ось плоской поверхности рефлектора расположена под углом у 13° по отношению к фокальной оси параболических линий условно соединяющих дискреты отражающей поверхности рефлектора. В точке фокуса этих линий установлен облучатель, в качестве которого использовался открытый конец прямоугольного волновода сечением 20 мм х 10 мм. Диаграммы направленности снимались при нескольких значениях частоты облучателя От 10,0 ГГц до 10,7 ГГц с шагом 0,1 ГГц. Изменение частоты облучателя от 10.1 ГГц до 10.5 ГГц не влияет на направление максимального излучения рефлектора; значит он имеет хорошие диапазонные свойства. Ширина рабочего диапазона исследуемого макета 6%. При изменении угла сканирования а от 24° до 42° ширина главного лепестка диаграммы направленности колеблется в пределах значений 6-7°, т.е. деформация направленных свойств незначительна.

Направленные свойства рефлектора сохраняются при сканировании луча в секторе 65° за счет смещения облучателя.

Экономическую эффективность рефлектора рассчитать невозможно.

Использование изобретение позволит снизить расход материала на изготовление, плоского зонированного рефлектора, т.к. за счет новой конструкции нет необходимости увеличивать для прочности толщину листа, как, к примеру, у аналогов.

Технология изготовления заявляемого рефлектора более экономична, т.к. сверление цилиндрических углублений в плоской пластине значительно проще, чем изготовление канавок переменного параболического профиля в виде концентрических колец у

0

5

0

5

аналогов или волноводов у прототипа, а также потому, что снизится количество материала, уходящего в отходы.

Заявляемый рефлектор удобно транспортировать на орбиту искусственного спутника, т.к. плоский лист можно разделить на секции любого требуемого размера соединенный между собой шарнирно и складываемые например по принципу гармошки с помощью автоматического устройства.

t Ф.ор м у л а и з о б р ете н и я

Рефлектор, содержащий короткозамк- нутые отрезки волноводов, раскрывы которых размещены в одной плоскости, отличающийся тем, что, q целью улучшения технологичности изготовления, увеличения прочности, жесткости и уменьшения тепловых деформаций, короткозамкнутые отрезки волноводов выполнены в виде металлизированных углублений в плоском листе,4 глубина которых выбрана из соотношения

.и М«тЗг.;

IV

4(А-

Г12

J

)

А- произвольная константа:

Дв - длина волны в волноводе;

ni - расстояние от точки фокуса до цен-, тра выходной апертуры волновода;

па - расстояние до точки центра выходной апертуры волновода до плоскости эффективного раскрыва рефлектора;

Лр -.рабочая длина волны в свободном пространстве, глубина металлизированных углублений не превышаетД«/2 и их попереч- ный размер составляет (0.6-0,7) Др .