Антенна

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат заключается в упрощении конструкции. Сущность изобретения состоит в том, что антенна выполнена из диэлектрика в форме правильной пирамиды с основанием в виде призмы, в которой установлен преобразователь. 7 з.п. ф-лы, 23 ил.

 

Изобретение относится к антеннам диэлектрическим направленного действия.

Распространенная конструкция диэлектрических стержневых антенн представляет собой диэлектрический стержень с постоянным или плавно изменяющимся сечением, являющийся направителем электромагнитных волн. Возбуждается стержень либо металлическим штырем, расположенным в короткозамкнутом отрезке волновода, либо непосредственно пристыкованным к нему волноводом (см.кн. Г.Б.Белоцерковский «Антенны», ч.2. М., Радио и связь, 1983, с.139-140). Данное устройство взято в качестве прототипа.

Однако во многих случаях усложнение технологии изготовления и материалоемкости конструкции антенны, связанные с применением металлического волновода и искусственных диэлектрических материалов, приводит к ее неоправданному удорожанию.

Задачей создания изобретения является упрощение конструкции диэлектрической антенны при сохранении высоких энергетических параметров и технологичности ее изготовления.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, антенна, содержащая направитель из диэлектрического материала в форме правильной пирамиды с основанием в виде призмы, в которой установлен преобразователь энергии электромагнитной волны в ток.

Особенности конструктивного выполнения направителя нашли отражение в пунктах 2-4, 7 и 8 формулы изобретения, а именно угол наклона каждой грани пирамиды относительно основания составляет 40-60°; направитель имеет высоту, не превышающую длину стороны основания пирамиды; направитель выполнен из материала, имеющего диэлектрическую проницаемость >1, например природного известняка; грани пирамиды имеют ступенчатую зонированную поверхность; направитель имеет форму усеченной пирамиды.

В пункте 5 формулы изобретения описан преобразователь антенны, который представляет собой металлический резонансный вибратор.

В пункте 6 формулы изобретения отмечается, что направитель имеет контррефлектор, который выполнен или в виде полости в форме полусферы, или в виде наклонных плоскостей.

При работе на длинах волн, соизмеримых с линейными размерами антенны, концентрацию энергии падающей волны в фазовый центр осуществляет плоская преломляющая поверхность, расположенная под углом 40-60° к направлению распространения электромагнитной волны. В результате, длина стержневой антенны может быть значительно уменьшена, а металлический волновод исключен из нее совсем. Для волн линейной поляризации такие плоские преломляющие поверхности образуют правильную пирамиду с высотой, не превышающей длины стороны ее основания. Для волн круговой поляризации множественность плоских преломляющих поверхностей образуют конус с высотой, не превышающей диаметр основания конуса.

Таким образом, техническим результатом данного изобретения является упрощение конструкции диэлектрической антенны при сохранении высоких энергетических параметров и технологичности ее изготовления.

Указанные выше признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование существенных признаков в средстве того же назначения как заявленное изобретение в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными, обеспечивает решение поставленной задачи - упрощение конструкции диэлектрической антенны при сохранении высоких энергетических параметров и технологичности ее изготовления.

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации и прилагаемыми чертежами:

на фиг.1 показан общий вид пирамидальной антенны; на фиг.2 - вид зонированной пирамидальной антенны: на фиг.3 - вид антенны с изломом граней, совмещающей две антенны в одной конструкции; на фиг.4 - вид многочастотной антенны; на фиг.5 - разновидность антенны фиг.1 с ограничительным фильтром НЧ в вершине пирамиды; на фиг.6 - разновидность антенны фиг.5 для узкой полосы частот; на фиг.7, 8а и 8б показано изменение положения фазового центра при изменении угла наклона граней пирамиды; на фиг.9 показан общий вид конической антенны; на фиг.10 - вид зонированной конической антенны; на фиг.11 - вид совмещенной конической антенны; на фиг.12 - вид многочастотной конической антенны; на фиг.13 - разновидность антенны фиг.9 с ограничительным фильтром НЧ в вершине конуса; на фиг.14 - разновидность антенны фиг.13 для узкой полосы частот; на фиг.15 - разрез облегченной конструкции антенны фиг.1, 9, имеющей внутреннюю непреломляющую поверхность; на фиг.16 показано падение электромагнитной волны на коническую поверхность антенны фиг.1, 9; на фиг.17 показано размещение контррефлектора в направителе; на фиг.18а, б показана схема работы антенны как на прием, так и на излучение; на фиг.19 показано размещение фазовых центров на совмещенной антенне; на фиг.20 показано размещение контррефлектора в виде полусферы; на фиг.21 - ход лучей антенны фиг.5.

Позиции на чертежах обозначают: Для пирамидальной антенны - фиг.1-8.

Антенна содержит направитель 1 из диэлектрического материала, выполненный в форме правильной пирамиды с основанием в виде призмы 2, причем фазовый центр антенны F размещен в районе пересечения высоты пирамиды и плоскости ее основания, в котором установлен преобразователь 3 энергии электромагнитной волны в ток электрического заряда. Радиус-векторы напряженности магнитного потока - 4; преломляющая поверхность - 5. Ход лучей конструкции антенны как на фиг.5 отражен на фиг.21.

Для конической антенны фиг.9-16.

Антенна содержит направитель 1 из диэлектрического материала, который выполнен в форме конуса с основанием в виде цилиндра 2, причем фазовый центр антенны F размещен в районе пересечения высоты конуса и плоскости его основания, в котором установлен преобразователь 3 энергии электромагнитной волны в ток электрического заряда. Радиус-векторы напряженности магнитного потока - 4; преломляющая поверхность - 5; непреломляющая поверхность - 6; диэлектрический контррефлектор - 7 (фиг.17, 20).

Антенна состоит из диэлектрического направителя и преобразователя поля в ток, представляющего собой металлический резонансный вибратор, установленный в фазовом центре антенны. В качестве материала корпуса используется любой диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью ε>1, например природный известняк, имеющий ε=4,78, δ=10^-3 и абсолютный показатель преломления √ε.

В основу принципа действия антенны положен закон преломления (закон Снеллиуса), устанавливающий зависимость угла преломления электромагнитной волны от угла ее падения на границу раздела разных диэлектрических сред. Концентрация в фазовом центре энергии электромагнитной волны происходит в результате неодинакового преломления участками преломляющей поверхности внедряющегося в диэлектрик антенны магнитного потока этой волны, вследствие чего антенна имеет фазовый центр с синусоидальным характером изменения в нем напряженности электромагнитного поля. Угол 40-60° наклона граней пирамиды и образующей конуса является оптимальным, если взять угол менее 40°, то фазовый центр смещается вниз и антенна будет неоправданно длинной, если угол взять больше 60°, то будет неэффективным использование плоскостей граней пирамиды и образующей конуса из-за преломления.

Антенна может работать на прием и излучение электромагнитной энергии как в направлении А, так и в направлении Б (фиг.18а, б) благодаря наличию двух фазовых центров F1 и F2 и, как следствие, двух диаграмм направленности, ориентированных в противоположные стороны. Для излучения в направлении А фазовый центр F1 находится под вершиной вблизи основания пирамиды или конуса, для излучения в направлении Б фазовый центр F2 совпадает с вершиной пирамиды или конуса.

Антенна допускает изменение ширины и направления главного лепестка диаграммы направленности изменением положения фазовых центров F1 и F2 в соответствующей плоскости.

Для повышения КПД антенна может иметь зонированную преломляющую поверхность (фиг.2, 10).

Антенна допускает совмещение двух и более антенн в одной конструкции путем излома преломляющей поверхности в произвольном сечении (фиг.3, 11). В этом случае антенна имеет для каждой такой поверхности самостоятельный фазовый центр (F₁ ^' и F₂ ^' на фиг.19 ). Необходимым элементом направителя является контррефлектор 7 фиг.17, 20, размещенный в фазовом центре в виде полости, имеющей форму полусферы или наклонных плоскостей.

Изменение характеристик направленности, а также поляризационных, частотных и фазовых характеристик антенны осуществляется: изменением линейных размеров пирамиды или конуса, а также размеров призмы или цилиндра в их основании; изменением диэлектрической проницаемости пирамиды или конуса; изменением угла наклона преломляющих поверхностей; изменением геометрии основания; наличием среза вершины пирамиды или конуса, а также изменением его положения, наклона и конфигурации.

Предлагаемое техническое решение найдет широкое применение в качестве приемной или передающей антенны, в т.ч. дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн.

Технологически антенна может быть изготовлена путем прессования порошка синтетического или природного диэлектрика или их смеси, обеспечивая чрезвычайно низкую себестоимость при массовом производстве с сохранением высоких энергетических характеристик.

1. Антенна, содержащая направитель из диэлектрического материала в форме правильной пирамиды с основанием в виде призмы, в которой установлен преобразователь энергии электрической волны в ток.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона каждой грани пирамиды относительно основания составляет 40-60°.

3. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что направитель имеет высоту, не превышающую длину стороны основания пирамиды.

4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что направитель выполнен из материала, имеющего диэлектрическую проницаемость >1, например природного известняка.

5. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что преобразователь представляет собой металлический резонансный вибратор.

6. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что направитель имеет контррефлектор, выполненный или в виде полости в форме полусферы, или в виде наклонных плоскостей.

7. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что грани пирамиды имеют ступенчатую зонированную поверхность.

8. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что направитель имеет форму усеченной пирамиды.