Невыступающая кольцевая щелевая антенна

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве конформной приемной и передающей антенны для подвижных объектов с криволинейными поверхностями. Техническим результатом является возможность установки на криволинейной поверхности при одновременном расширении полосы рабочих частот. Невыступающая кольцевая щелевая антенна состоит из металлического корпуса, выполненного в виде перевернутого усеченного конуса, завершающегося соосно расположенным с ним цилиндром с фланцем для крепления диэлектрической крышки и самой антенны на посадочное место. Внутри корпуса антенны расположены металлическая пластина, объемный металлический элемент, представляющий собой усеченный цилиндр, кривизна поверхности сечения которого аналогична кривизне поверхности, на которую устанавливается антенна, и диэлектрическая пластина с односторонней ориентированной вверх металлизацией, имеющая форму восьмиугольника с максимальным размером, не превышающим диаметр объемного металлического элемента. Объемный металлический элемент расположен вплотную к диэлектрической крышке со стороны криволинейной поверхности и вплотную к металлической пластине со стороны основания. Металлическая пластина выполнена в виде диска с четырьмя выступающими разомкнутыми шлейфами и четырьмя подсоединенными к ней короткозамкнутыми шлейфами, замкнутыми на боковые стенки корпуса. При этом одноименные шлейфы расположены с шагом 90^o, а каждая группа одноименных шлейфов смещена по отношению к другой на 45^o. Четыре короткозамкнутых шлейфа расположены на диэлектрической пластине с односторонней металлизацией под соответствующими короткозамкнутыми шлейфами металлической пластины и электрически соединены с ними. К геометрическому центру металлизации диэлектрической пластины подсоединена питающая линия, являющаяся продолжением центральной жилы высокочастотного разъема, расположенного снаружи корпуса антенны в центре его основания. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве конформной приемной и передающей антенны для подвижных объектов с криволинейными поверхностями.

Известны невыступающие кольцевые щелевые антенны, представляющие собой систему связанных контуров, нагруженных на излучающую кольцевую щель [1, 2].

Недостатками этих антенн являются малая ширина рабочей полосы частот и большие габариты.

Известна невыступающая кольцевая щелевая антенна [3], содержащая металлический корпус, выполненный в виде перевернутого усеченного конуса с фланцем для крепления диэлектрической крышки и самой антенны на посадочное место. Внутри корпуса антенны расположены верхняя и нижняя пластины. Верхняя металлическая пластина, выполненная в виде диска с четырьмя выступающими разомкнутыми шлейфами, располагается без зазора под диэлектрической крышкой и образует с корпусом антенны излучающую щель. Четыре короткозамкнутых шлейфа подсоединены к нижней стороне верхней пластины и замкнуты на боковые стенки корпуса. Одноименные шлейфы расположены с шагом 90^o, а каждая группа одновременных шлейфов смещена по отношению к другой на 45^o. Нижняя диэлектрическая пластина с односторонней металлизацией выполнена в виде восьмиугольника и обращена металлизированной стороной верх. Четыре короткозамкнутых шлейфа нижней пластины расположены под соответствующими короткозамкнутыми шлейфами верхней пластины и электрически соединены с ними. К геометрическому центру металлизированной поверхности нижней пластины подсоединена питающая линия, являющаяся продолжением центральной жилы высокочастотного разъема, расположенного снаружи корпуса антенны в центре его основания.

Эта невыступающая кольцевая щелевая антенна, наиболее близкая к предлагаемой, предназначена для установки на плоских поверхностях и не обеспечивает требуемые характеристики при установке ее на криволинейной поверхности.

Задачей предлагаемого изобретения является реализация конформной антенны с возможностью ее установки на криволинейной поверхности при одновременном расширении полосы рабочих частот.

Для достижения этого технического результата в известной невыступающей кольцевой щелевой антенне, состоящей из металлического корпуса, выполненного в виде перевернутого усеченного конуса с фланцем для крепления антенны, закрытого диэлектрической крышкой, лежащей на фланце, содержащего во внутреннем объеме расположенную без зазора под диэлектрической крышкой верхнюю металлическую пластину с максимальным размером, меньшим внутреннего диаметра корпуса в этом сечении, выполненную в виде диска с четырьмя выступающими разомкнутыми шлейфами и с подсоединенными к ней с нижней стороны четырьмя короткозамкнутыми шлейфами, замкнутыми на боковые стенки корпуса антенны, причем одноименные шлейфы расположены с шагом 90^o, а каждая группа одноименных шлейфов смещена по отношению к другой на 45^o, нижнюю диэлектрическую пластину с односторонней ориентированной вверх металлизацией, выполненную в виде восьмиугольника с максимальным размером меньшим, чем у верхней металлической пластины, с четырьмя шлейфами, расположенными под короткозамкнутыми шлейфами верхней металлической пластины и электрически соединенными с ними, и линию питания, электрически соединенную с геометрическим центром металлизации диэлектрической пластины, являющуюся продолжением центральной жилы высокочастотного разъема, расположенного снаружи корпуса антенны, в центре его основания, металлический корпус дополнительно содержит соосно расположенный с конусом цилиндр, диаметр которого не менее наибольшего диаметра конуса, и расположенный в нем между диэлектрической крышкой и верхней металлической пластиной без зазора с ними объемный металлический элемент, имеющий электрический контакт с металлической пластиной, представляющий собой усеченный цилиндр, диаметр которого равен диаметру диска, а поверхность сечения повторяет профиль криволинейной поверхности, на которую устанавливается антенна, при этом кольцевая излучающая щель образована боковыми стенками объемного металлического элемента и корпуса антенны.

Признаки, отличающие предлагаемую невыступающую антенну от прототипа, - наличие цилиндрической части корпуса и расположенного в нем объемного металлического элемента, а также выполнение верхней поверхности объемного металлического элемента и диэлектрической крышки криволинейными, обусловливают возможность установки невыступающей антенны на криволинейную поверхность, не изменяя ее профиля, и расширение полосы рабочих частот за счет образования в цилиндрической части корпуса дополнительного третьего резонатора, связанного с системой из двух связанных резонаторов, такой же, как в ближайшем аналоге.

На чертеже представлена конструкция предлагаемой невыступающей кольцевой щелевой антенны: Невыступающая кольцевая щелевая антенна состоит из металлического корпуса 1, выполненного в виде перевернутого усеченного конуса, завершающегося соосно расположенным с ним цилиндром с фланцем 2 для крепления диэлектрической крышки 3 и самой антенны на посадочное место. Внутри корпуса 1 антенны расположены металлическая пластина 4, объемный металлический элемент 5, представляющий собой усеченный цилиндр, кривизна поверхности сечения которого аналогична кривизне поверхности, на которую устанавливается антенна, и диэлектрическая пластина 6 с односторонней ориентированной вверх металлизацией, имеющая форму восьмиугольника с максимальным размером, не превышающим диаметр объемного металлического элемента. Объемный металлический элемент 5 расположен вплотную к диэлектрической крышке 3 со стороны криволинейной поверхности и вплотную к металлической пластине 4 со стороны основания. Металлическая пластина 4 выполнена в виде диска с четырьмя выступающими разомкнутыми шлейфами 7 и подсоединенными к ней с нижней стороны четырьмя короткозамкнутыми шлейфами 8, замкнутыми на боковые стенки корпуса 1. При этом одноименные шлейфы расположены с шагом 90^o, а каждая группа одноименных шлейфов смещена по отношению к другой на 45^o. Четыре короткозамкнутых шлейфа 9 расположены на диэлектрической пластине 6 с односторонней металлизацией под соответствующими короткозамкнутыми шлейфами 8 металлической пластины 4 и электрически соединены с ними. К геометрическому центру металлизации диэлектрической пластины 6 подсоединена питающая линия 10, являющаяся продолжением центральной жилы высокочастотного разъема 11, расположенного снаружи корпуса 1 антенны в центре его основания.

На чертеже также обозначены: кольцевая излучающая щель 12, щель связи 13 между нижним и средним резонаторами, щель связи 14 между средним и верхним резонаторами.

Антенна работает следующим образом. Сигнал через высокочастотный разъем 11 и питающую линию 10 поступает на диэлектрическую пластину 6, которая возбуждает нижний резонатор, ограниченный диэлектрической пластиной 6 с короткозамкнутыми шлейфами 9 и внутренней частью корпуса 1 антенны. Возбужденный таким образом нижний резонатор через щель связи 13 между диэлектрической пластиной 6 и корпусом 1 антенны возбуждает средний резонатор, образованный металлической пластиной 4 с системой разомкнутых и короткозамкнутых шлейфов 7, 8 и диэлектрической пластиной 6 с короткозамкнутыми шлейфами 9 и корпусом 1 антенны, который через щель связи 14, в свою очередь, возбуждает нагруженный на излучающую щель 12 верхний резонатор, образованный диэлектрической крышкой 3, боковыми стенками металлического элемента 5 и цилиндрической частью корпуса 1 антенны.

Кольцевая излучающая щель 12, возбужденная системой связанных резонаторов, обеспечивает излучение сигнала в пространство.

Предлагаемая антенна, реализованная в следующих размерах относительно нижней рабочей длины волны: Внутренний диаметр цилиндрической части - 0,56 Внутренний диаметр основания корпуса - 0,3 Диаметр верхней детали - 0,37 Диаметр окружности, вписанной в восьмиугольник - 0,23 Диэлектрическая проницаемость, используемых диэлектрических материалов - 2 - 4 имеет рабочую полосу частот порядка 30% по уровню КСВ 2,0 и усиление не менее 32 дБ.

Литература 1. Патент РФ N 2089026, МКИ H 01 Q 13/10 (прототип).

2. Патент США N 2644090, НКИ 343-769.

3. Авторское свидетельство СССР N 1148066, МКИ H 01 Q 3/10.

Формула изобретения

Невыступающая кольцевая щелевая антенна, состоящая из металлического корпуса, выполненного в виде перевернутого усеченного конуса с фланцем для крепления антенны, закрытого диэлектрической крышкой, лежащей на фланце, содержащего во внутреннем объеме расположенную под диэлектрической крышкой верхнюю металлическую пластину с максимальным размером, меньшим внутреннего диаметра корпуса в этом сечении, выполненную в виде диска с четырьмя выступающими разомкнутыми шлейфами и с подсоединенными к ней с нижней стороны четырьмя короткозамкнутыми шлейфами, замкнутыми на боковые стенки корпуса антенны, причем одноименные шлейфы расположены с шагом 90^o, а каждая группа одноименных шлейфов смещена по отношению к другой на 45^o, нижнюю диэлектрическую пластину с односторонней ориентированной вверх металлизацией, выполненную в виде восьмиугольника с максимальным размером меньшим, чем у верхней металлической пластины, с четырьмя шлейфами, расположенными под короткозамкнутыми шлейфами верхней металлической пластины и электрически соединенными с ними, и линию питания, электрически соединенную с геометрическим центром металлизации нижней диэлектрической пластины, являющуюся продолжением центральной жилы высокочастотного разъема, расположенного снаружи корпуса антенны, в центре его основания, отличающаяся тем, что корпус дополнительно содержит соосно расположенный с конусом цилиндр, диаметр которого не менее наибольшего диаметра конуса, и расположенный в нем между диэлектрической крышкой и верхней металлической пластиной без зазора с ними объемный металлический элемент, имеющий электрический контакт с верхней металлической пластиной, представляющий собой усеченный цилиндр, диаметр которого равен диаметру диска, а поверхность сечения повторяет профиль криволинейной поверхности, на которую устанавливается антенна, при этом кольцевая излучающая щель образована боковыми стенками цилиндра и объемного металлического элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1