Антенно-фидерное устройство с механическим сканированием диаграммы направленности

 

Использование: в антенной технике СВЧ-диапазона для плавного обзора пространства. Сущность изобретения: устройство содержит сканирующий узел, облучатель, рефлектор и контррефлектор. Сканирующий узел выполнен в виде первого и второго отрезков прямоугольного волновода. Первый отрезок жестко закреплен, а его конец выполнен расширяющимся в виде пирамидального рупора. На одном конце второго отрезка прямоугольного волновода широкая и узкая стенки скошены на конус с внешней стороны, а на другом конце он соединен с рупорным облучателем. Волновод со скошенными стенками введен в пирамидальный рупор с зазором. Центр подвеса сканирующего узла совмещен с центром торцового сечения второго отрезка со скошенными стенками. Первый отрезок прямоугольного волновода и облучатель жестко соединены с рефлектором и контррефлектором. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике СВЧ-диапазона и может быть использовано при проектировании антенн РЛС с плавным механическим сканированием диаграммы направленности.

Известны по крайней мере три типа подвижных соединений, которые используются, в частности, в антеннах с механическим сканированием луча. Во-первых, это системы, преобразующие вращательное движение СВЧ-тракта в качание электромагнитного луча в двух взаимноперпендикулярных плоскостях. Во-вторых, для систем с качанием луча применяются также гибкие фидерные линии в виде коаксиальных линий, гибкие диэлектрические волноводы и универсальные шарнирные подвижные соединения.

С переходом к коротковолновой части сантиметрового диапазона и особенно к миллиметровым волнам присущие этим конструкциям недостатки возрастают настолько, что могут препятствовать использованию сочленений в антеннах. К таким недостаткам относятся сложность, громоздкость конструкции, узкополосность и вносимые потери СВЧ-энергии.

Прототипом изобретения является антенна, допускающая широкоугольное качание луча при обзоре пространства с помощью облучателя "органного" типа. Это устройство состоит из ряда неподвижных рупорных облучателей фазовые центры которых питаются через волноводы одинаковой длины. Открытые концы волноводов расположены по окружности и поочередно возбуждаются рупором.

Недостатком прототипа применительно к коротковолновой части СВ-диапазона являются большие размеры сканирующего устройства, а значит, и большое затенение апертуры антенны. Прототип позволяет осуществлять сканирование только в одной плоскости (например, в азимутальной). И, наконец, конструктивно довольно сложно осуществлять плотное и точное подсоединение подвижного рупора к открытым концам волноводного "органа". Кроме того, благодаря "органной" структуре прототипа осуществляемое им сканирование диаграммы направленности дискретно в пространстве.

Задача изобретения создание простой и компактной антенны, позволяющей плавно и быстро перемещать луч в пространстве, при этом должны быть сохранены или улучшены эксплуатационные характеристики антенного устройства (малый КСВН, большой коэффициент и усиления и низкий уровень боковых лепестков антенного устройства, малые потери в гибкой фидерной линии передачи).

Целью изобретения является достижение плавного перемещения диаграммы направленности луча в двумерном (по азимуту и углу места) секторе обзора антенны при достаточной конструктивной простоте и малых вносимых потерях СВЧ-энергии.

Цель достигается тем, что центр прокачки антенны совмещается с центром прокачки сканирующего устройства, которое выполнено в виде двух отрезков стандартного прямоугольного волновода, причем один неподвижный участок волновода имеет участок прямоугольного волновода, расширяющийся на конце в виде пирамидального рупора, другой подвижный отрезок представляет собой прямоугольный волновод со скошенными на конус с внешней стороны широкой и узкой стенками и с рупорным облучателем антенны на другом конце, подвижный отрезок со скошенными стенками входит в расширенную часть первого отрезка, образуя с последним зазор, величина которого определяется заданными углами сканирования, а центр прокачки сканирующего устройства совмещен с центром торцового сечения волновода со скошенными стенками, при этом подвижный отрезок волновода и облучатель жестко соединены с рефлектором и контррефлектором.

С целью уменьшения нагрузки на механизм сканирования рефлектор и контррефлектор неподвижны, а сканирование осуществляется за счет перемещения второго отрезка волновода с облучателем. Кроме того, с целью уменьшения излучения из зазора между отрезками высокочастотного тракта нанесен поглощающий материал.

Сущность изобретения состоит в том, что центр прокачки антенны совмещен с центром прокачки сканирующего устройства, а в сканирующем устройстве в рупор одного волновода введен с зазором конец со скошенными стенками другого отрезка прямоугольного волновода. Причем центр торцового сечения второго волновода совмещен с центром прокачки. Излучение через образовавшийся между ними зазор, определяющее потери в сочленении, зависит главным образом от высоты зазора между широкими стенками рупора и широкими скошенными сторонами второго волновода. Излучение носит резонансный характер, его можно сделать небольшим и мало меняющимся при поворотах второго отрезка волновода относительно первого. Увеличение излучения происходит при определенной высоте щели, когда высокочастотный тракт согласован со свободным пространством. Было установлено, что снижение излучения достигается при заданных углах поворота путем совмещения центра торца второго волновода с центром поворота (прокачки), а также таким подбором углов наклона стенок рупора и углов скоса стенок второго волновода, при котором высота указанного зазора мало изменяется при поворотах второго волновода в пределах заданных углов. Уменьшение потерь в рабочем диапазоне частот достигается сдвигом резонансной частоты излучения через зазор за пределы рабочих частот путем введения в зазор соответствующего диэлектрика. И, наконец, довольно эффективным средством является внесение дополнительного затухания в паразитное излучение путем нанесения поглощающего материала на элементы резонансной щели.

На чертеже схематически показано антенно-фидерное устройство с механическим сканированием. Оно выполнено из рефлектора 1 и контррефлектора 2. Сканирующее устройство с облучателем представляет собой сложное устройство, состоящее из двух отрезков волновода. Один отрезок волновода включает рупорный облучатель 3, участок 4 стандартного прямоугольного волновода, участок прямоугольного волновода со скошенными снаружи стенками 5, покрытыми слоем материала 6, поглощающего СВЧ-энергию. Другой отрезок волновода имеет расширяющуюся часть 7 (в виде рупора) и участок 8 стандартного прямоугольного волновода. Внутренние стенки расширенной части покрыты тонким слоем диэлектрика 9. При этом скошенная часть второго волновода 5 заходит в расширенную часть 7 первого волновода, а торец скошенного волновода совмещается с центром прокачки антенны. Второй отрезок волновода может поворачиваться в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно первого. Тип используемой антенны не обязательно ограничивается зеркальной, могут использоваться и более простые рупорные, линзовые и т.д.

Антенно-фидерное устройство работает следующим образом.

Волна основного типа Н10 распространяющаяся в первом отрезке волновода в сторону рупора, в области раскрыва рупора преобразуется в волну со сферическим фронтом, в котором направление вектора электрического поля меняется по высоте расширенного волновода. На втором подвижном участке высокочастотного тракта, выполненного в виде стандартного прямоугольного волновода, направление вектора электрического поля по высоте волновода не меняется (основной тип волны Н10 ). Если при прокачке в Е-плоскости одного участка относительно другого угол между векторами электрического поля неподвижного и подвижного участков изменяется, то изменяется продольная составляющая электрического поля, определяющая собственные потери. При прокачке в Н-плоскости угол между векторами электрического поля неподвижного и подвижного высокочастотных трактов не изменяется, т.е. и потери не должны существенно изменяться. Далее после сканирующего устройства сигнал попадает на облучатель, выполненный в виде рупора, контррефлектор и рефлектор, формирующие диаграммы направленности с нужными характеристиками.

Для экспериментальной проверки был изготовлен макет устройства из рефлектора, контррефлектора, облучателя и сканирующего устройства. Сканирующее устройство было размещено в кардановом подвесе, позволяющем осуществлять прокачку на 20о. Предварительно был испытан в диапазоне частот 89-99 ГГц узел сканирующего устройства. Выяснено, что при плавном повороте подвижной части в Н-плоскости на 20о потери увеличиваются с 1дБ до в исходном положении 1,1 дБ, а при плавном повороте в Е-плоскости на 20о потери увеличиваются до 1,3 дБ. Экспериментальная проверка показала, что КСВН такого антенного устройства в полосе частот 89-99 ГГц при углах прокачки до 20о не более 1,45. Характеристика излучения антенны при подключении к ней сканирующего устройства заметных изменений не претерпевает. Коэффициент усиления уменьшается при этом на величину потерь в сканирующем устройстве.

Прототип не может обеспечить плавного перемещения луча. Дискретный поворот луча можно осуществить только в одной плоскости. Потери в указанном диапазоне в сканирующем устройстве, состоящем из двух поворотов, и подвижного соединения можно оценить в 1,5-2 дБ. Кроме того, положительный эффект от внедрения предложенной конструкции антенны с механическим сканированием связан с упрощением антенного устройства, улучшением эксплуатационных характеристик и значительным расширением области применения сканирующих антенн.

Формула изобретения

1. АНТЕННО-ФИДЕРНОЕ УСТРОЙСТВО С МЕХАНИЧЕСКИМ СКАНИРОВАНИЕМ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ, содержащее рефлектор, контррефлектор, сканирующее устройство, выполненное в виде отрезков прямоугольного волновода, и облучатель, подключенный к одному из концов первого отрезка прямоугольного волновода сканирующего устройства, отличающееся тем, что один из концов второго отрезка прямоугольного волновода сканирующего устройства выполнен с распирающимся внутренним сечением в виде пирамидального рупора, внутри которого размещен с зазором другой конец первого отрезка прямоугольного волновода, выполненный со скошенными с внешней стороны волновода стенками, при этом первый отрезок прямоугольного волновода выполнен с возможностью углового перемещения в E- и H-плоскостях относительно центра подвеса сканирующего устройства, который совмещен с центром плоскости торцевого сечения второго конца первого отрезка прямоугольного волновода и с центром поворота диаграммы направленности устройства, причем первый отрезок прямоугольного волновода жестко соединен с рефлектором и контррефлектором.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренние поверхности пирамидального рупора нанесен диэлектрический материал, а на скосы стенок первого отрезка прямоугольного волновода поглощающий материал.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к зеркальным антеннам

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосной антенной решетки с круговой поляризацией

Изобретение относится к зеркальным антеннам

Изобретение относится к радиотехнике , а именно к линзовым сканирующим антеннам

Изобретение относится к радиотехнике

Антенна // 1169054

Изобретение относится к антенной технике, в частности к линзовым антеннам

Изобретение относится к области систем связи и радиолокации, в частности к располагаемым на подвижных носителях радиотехническим приемопередающим устройствам

Антенна // 2337439
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах в измерительных радиолокационных станциях для экспериментальной оценки эффективной площади рассеяния объектов

Изобретение относится к комбинированным конструкциям СВЧ-антенн, конкретно - к многолучевым приемным антеннам с использованием квазиоптических линз и активных антенных элементов

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - повышение КПД и разрешающей способности зеркально-рупорной антенны. Зеркально-рупорная антенна содержит планарное зеркало, выполненное в виде верхней, нижней и средней металлических пластин, установленных параллельно друг другу, и параболического цилиндра, который выполнен из металла и установлен между нижней и верхней пластинами и имеет с ними гальванический контакт, а его ось перпендикулярна плоскостям указанных пластин, средняя пластина имеет кромку, расположенную между параболическим цилиндром и его фокусом, причем зазор между кромкой и параболическим цилиндром имеет постоянную ширину; облучатель, установленный между нижней и средней пластинами и выполненный в виде, по крайней мере, одного возбудителя и стенки, выполненной из металла и установленной между нижней и средней пластинами перпендикулярно им, стенка установлена также перпендикулярно плоскости симметрии направляющей параболического цилиндра, верхняя и средняя пластины выполнены с прямолинейными кромками, перпендикулярными плоскости симметрии направляющей параболического цилиндра и расположенными на расстоянии от вершины направляющей параболического цилиндра, превышающем его фокусное расстояние; излучатель, выполненный в виде двух прямоугольных металлических пластин, кромки которых соединены с прямолинейными кромками верхней и средней пластин, причем плоскости прямоугольных пластин имеют линию пересечения, расположенную между верхней и средней пластинами. 9 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к компактным антенным устройствам, применяемым в мобильных средствах связи и в другой аппаратуре, работающей в миллиметровом диапазоне. Технический результат - разработка компактной линзовой антенной системы, позволяющей плавное изменение направленности без увеличения размеров ИС. Управляемая линзовая антенная система, содержащая антенну на интегральной схеме (ИС) и диэлектрическую линзовую антенну, выполненные с возможностью формирования плоской волны, при этом диэлектрическая линзовая антенна выполнена составной и включает в себя тело с относительной диэлектрической проницаемостью ε1 и вставку с относительной диэлектрической проницаемостью ε2, причем ε1<ε2, в форме гиперболоида для обеспечения преобразования сферической волны от источника, находящегося в фокусе гиперболоида, в плоскую волну, и отклоняющую пластину в форме керамической пластины с контактами, выполненную с возможностью отклонения сформированной плоской волны на произвольный угол за счет изменения относительной диэлектрической постоянной частей керамической пластины под влиянием различного приложенного к ней напряжения. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ относится к области радиотехники и предназначен для использования в оптических системах радиовидения, радиолокации радиоастрономии. Технический результат - повышение надежности изображения при наличии дифракционных ограничений, шумов и других помех. Для этого в плоскости наблюдаемого объекта вводится прямоугольная сетка x0y, в узлах которой создается двумерный массив ui,j значений интенсивности формируемого изображения, которые определяются путем минимизации вариации интенсивности изображения L(u). 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к конструкции малогабаритных сканирующих антенн. Технический результат - разработка конструкции антенны с широким сканированием луча и с возможностью изготовления на основе печатной технологии. Для этого направленная сканирующая планарная портативная линзовая антенна включает в себя: верхнюю (1) и нижнюю (2) линзовые структуры в виде набора проводящих цилиндров (3), расположенных между двумя проводящими экранами - наружным экраном (4) и внутренним экраном (5); монопольные излучатели (6); рефлекторы (7); и коммутатор (8), причем каждый выходной порт коммутатора соединен с соответствующим излучателем (6), а каждый входной порт соединен с отдельным портом внешнего восьмиканального приемо-передающего устройства (9). 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области телекоммуникационных технологий, а более конкретно - к устройствам для управления плоскими электромагнитными волнами. Технический результат заключается в обеспечении снижения величины управляющего напряжения и вносимых электромагнитных потерь. Отклоняющая система для управления плоской электромагнитной волной на основе микроволновой периодической структуры состоит из n слоев сегнетоэлектрического материала, разделенных между собой n-1 слоями линейного диэлектрика. Для формирования градиента электрического поля в сегнетоэлектрической пластине в направлении, перпендикулярном направлению распространения плоской волны, сегнетоэлектрические слои покрыты с обеих сторон прозрачными для СВЧ-излучения электродами. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх