Коаксиальная антенна

 

Изобретение относится к антенной технике. Целью изобретения является расширение класса реализуемых диаграмм направленности (ДН) при фиксированных геометрических размерах и уменьшение поперечных размеров при заданной ДН антенны на основе коаксиальной линии, во внешнем проводнике которой на одинаковом расстоянии Т друг от друга проделаны кольцевые щели, причем в каждую щель включены реактивные нагрузки X₁. Указанная цель достигается тем, что в центральный проводник коаксиальной линии включены на одинаковом расстоянии Т₁ друг от друга реактивные сопротивления X₂. 3 ил.

Изобретение относится к антенной техники и предназначено для приема и передачи электромагнитной энергии.

Известна коаксиальная антенна [1] (Терешин О.Н. Двуреченский В.Д. Туркин М. В. Методика расчета коаксиальной антенны вытекающей волны. Вопросы радиоэлектроники, 1984, выпуск 1), представляющая собой коаксиальную линию, внешний проводник которой переходит в периодическую щелевую структуру в виде кольцевых щелей, расположенных на одинаковом расстоянии Т друг от друга. В каждую щель включена равномерно распределенная вдоль щели реактивная нагрузка, проводимость которой определяется по следующей формуле ([1] с.26): где волновое число воздуха; λ длина волны; R_o радиус внешнего проводника коаксиальной линии; a радиус внутреннего проводника коаксиальной линии; m, n волновые числа электромагнитной волны, вытекающей под углом q_o к оси антенны.

Параметры вытекающей волны (n, m, Θ_o), кроме величины проводимости В_н однозначно определяют поперечные размеры антенны (R_o) при требуемой величине коэффициента полезного действия (КПД) и фиксированной длине антенны L ([1] формулы (25), (29)).

На фиг. 1 приведен график зависимости величины R_o/λ от угла Θ_o для случая, когда L=λ, а 0,002; КПД 0,95. Из графика видно, что при изменении q_o в два раза (от 40 до 80^o) величина R_o/λ изменяется более, чем в 10 раз (от 0,1 λ до 0,005 λ).. Такая зависимость поперечных размеров от параметров вытекающей волны, которые однозначно определяют диаграмму направленности (ДН) антенны ([1] формула 19)), сужает класс реализуемых ДН при ограничении на поперечные размеры антенны.

Целью изобретения является расширение класса реализуемых ДН при фиксированных геометрических размерах и уменьшение поперечных размеров при заданной ДН коаксиальной антенны.

Указанная цель достигается тем, что в центральный проводник коаксиальной линии включены на одинаковом расстоянии T₁ друг от друга реактивные сопротивления X₂. Физически достижение цели обусловлено тем, что включение в центральный проводник на одинаковом расстоянии друг от друга реактивных нагрузок эквивалентно созданию поверхности, для которой справедливы импедансные граничные условия.

Изменяя реактивные нагрузки, можно обеспечить условия существования около такой поверхности электромагнитного поля, у которого касательная к поверхности составляющая электрического поля не равна нулю, в отличие от прототипа, где на поверхности центрального провода эта составляющая равна нулю.

Величины сопротивлений реактивных нагрузок определены методами синтеза конструктивных импедансных структур и определяются из следующих выражений:

S=60λp[J₁(pa)N_o(pR_o)-N₁(pa)J_o(pR_o)];
Ф=(60λp)²[J_o(pa)N₁(pR_o)-N_o(pa)J₁(pR_o)];



I_n(x), N_n(x), H⁽_n²⁾(x) цилиндрические функции Бесселя, Неймана, Ханкеля.

Предлагаемая коаксиальная антенна вытекающей волны состоит (фиг.2) из коаксиальной линии, во внешнем проводнике 1 которой прорезаны на одинаковом расстоянии Т друг от друга кольцевые щели 2, а во внутренний проводник 3 с периодом Т₁ включены реактивные сопротивления X₂. Одновременно в каждую щель внешнего проводника 1 включены реактивные сопротивления X₁.

На фиг. 3 приведена зависимость отношения сопротивления нагрузки Х₁ к периоду Т (кривая 1) и отношения сопротивления нагрузки X₂ к периоду T₁ (кривая 2) от угла Θ_o предлагаемой коаксиальной антенны со следующими геометрическими размерами L = λ ;, R_o= 0,02λ; a = 0,002λ..

Из графика видно, что изменение X₁/Т от 1,33 до 448 Ом/м, а X₂/T₁ от 889 до 1270 Ом/м обеспечивает изменение угла Θ_o в пределах 45-90^o при условии, что КПД равен 0,95.

В антенне-прототипе тех же геометрических размеров это условие выполняется при угле Θ_o, равном 61^o, а при угле Θ_o, равном 45^o, поперечные размеры прототипа должны быть в три раза больше, чем у предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Коаксиальная антенна, выполненная в виде коаксиальной линии, во внешнем проводнике которой на одинаковом расстоянии Т друг от друга прорезаны кольцевые щели, причем в каждую щель включены реактивные нагрузки Х₁, отличающаяся тем, что во внутренний проводник с периодом Т₁ включены реактивные сопротивления Х₂, которые вычисляются по формуле


где


S=60λp[J₁(pa)N_o(pR_o)-N₁(pa)J_o(pR_o)];
Ф=(60λp)²[J_o(pa)N₁(pR_o)-N_o(pa)J₁(pR_o)];


p = m sinΘ_o- in cosΘ_o;

R_о радиус внешнего проводника коаксиальной линии;
а радиус внутреннего проводника коаксиальной линии;
λ длина электромагнитной волны;
n, m волновые числа электромагнитной волны, вытекающей под углом q_o к оси коаксиальной антенны;
J_n(x); N_n(x); H⁽_h²⁾(x) цилиндрические функции Бесселя, Неймана и Ханкеля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3