Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в антенных системах, размещенных на летательных аппаратах. Технический результат заключается в повышении коэффициента усиления и механической прочности. Сущность изобретения состоит в том, что в приемо-передающей антенне с вертикальной поляризацией, содержащей излучатель, установленный перпендикулярно плоскости экрана, излучатель выполнен в виде прямоугольной пластины шириной 1,0-0,2 λ_H и высотой 1,0-0,15 λ_H, закороченной и жестко закрепленной нижней кромкой на экран. Возбуждение производится через полуоткрытую щель длиной не менее 0,2 λ_H, прорезанную в прямоугольной пластине на расстоянии 0,01-0,5 λ_H от экрана, точка возбуждения может перемещаться вдоль полуоткрытой щели. Дополнительно либо перпендикулярно экрану, либо под углом от 65 до 135° на расстоянии λ_H/6±λ_H/30 от центра нижней кромки излучателя установлен дополнительный экран высотой не менее половины высоты излучателя. Излучатель относительно дополнительного экрана может быть установлен в произвольное положение в пределах от 0 до ±180°, при этом направление максимума излучения в угломестной плоскости не изменяется при любом положении излучателя относительно дополнительного экрана, а в азимутальной плоскости может смещаться в пределах ±10°. Излучатель приемо-передающей антенны с вертикальной поляризацией может быть выполнен в виде прямоугольной пластины, вершины которой могут быть скруглены с радиусом округления не менее 0,015 λ_H. Полуоткрытая щель может быть выполнена либо прямолинейной, либо кусочно-линейной, либо криволинейной с переменной шириной. Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией размещена в диэлектрическом объеме с постоянной или переменной диэлектрической проницаемостью. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокации, связи и других антенных системах, размещенных на летательных аппаратах (ЛА).

Известны малогабаритная антенна DDRR [«Практические конструкции антенны», Григоров И.Н., изд. Москва 2005 г.], в которой излучатель выполнен в виде короткого штыря с питающим кабелем. С помощью переменного конденсатора антенну настраивают в резонанс с рабочей частотой. Антенна работает как открытая четвертьволновая резонансная рамка над проводящим экраном. Основной недостаток такой антенны - низкий КПД.

Наиболее близкими по технической сущности являются широкополосные однополюсные плоские антенны [Agrawall,N.P., Kumar,G. and Ray,K.P., Wide - Band Planar Monopole Antennas, IEEE Trans.on AP, 1998, vol. 46, no.2, pp.294-295], содержащие либо круглые, либо эллиптические излучатели, установленные перпендикулярно плоскости экрана. Недостатками таких антенн является их малая механическая прочность, так как силовая часть совмещена с точкой запитки, малый коэффициент усиления.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента усиления и механической прочности предлагаемой антенны с вертикальной поляризацией.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией содержит излучатель, установленный перпендикулярно плоскости экрана.

Новыми признаками является выполнение излучателя в виде прямоугольной пластины шириной 1.0-0.2 λ_н и высотой 1.0-0.15 λ_н, закороченной и жестко закрепленной нижней кромкой на экран. Возбуждение прямоугольной пластины производится через полуоткрытую щель длиной не менее 0.2 λ_н, прорезанную в прямоугольной пластине на расстоянии 0.01-0.5 λ_н от экрана, а точка возбуждения может перемещаться вдоль полуоткрытой щели. Кроме того, либо перпендикулярно экрану, либо под углом от 65 до 135° на расстоянии λ_н/6±λ_н/30 от центра нижней кромки излучателя установлен дополнительный экран высотой не менее половины высоты излучателя. Излучатель относительно дополнительного экрана может быть установлен в произвольное положение в пределах от 0 до ±180°, при этом направление максимума излучения в угломестной плоскости не изменяется при любом положении излучателя относительно дополнительного экрана, а в азимутальной плоскости может смещаться в пределах ±10°.

Излучатель приемо-передающей антенны с вертикальной поляризацией может быть также выполнен в виде прямоугольной пластины, вершины которой скруглены с радиусом скругления не менее 0.015 λ_н, где λ_н - длина волны нижней границы частотного диапазона. Полуоткрытая щель в прямоугольной пластине может быть выполнена либо прямолинейной, либо кусочно-линейной, либо криволинейной с переменной шириной.

Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией размещена в диэлектрическом объеме с постоянной или переменной диэлектрической проницаемостью.

На фиг.1 представлен пример выполнения приемо-передающей антенны с вертикальной поляризацией с прямолинейной щелью.

На фиг.2 представлен пример выполнения приемо-передающей антенны с вертикальной поляризацией с кусочно-линейной щелью.

На фиг.3 представлен пример выполнения приемо-передающей антенны с вертикальной поляризацией с криволинейной щелью с переменной шириной.

На фиг.4 представлены варианты расположения дополнительного экрана и варианты размещения излучателя относительно него.

На фиг.5 представлены диаграммы направленности предлагаемой антенны с вертикальной поляризацией.

Антенна содержит излучатель 1, расположенный над экраном 2. Излучатель 1 выполнен в виде прямоугольной пластины шириной 1.0-0.2 λ_н и высотой 1.0-0.15 λ_н, закороченной и жестко закрепленной нижней кромкой на экран 2. Возбуждение антенны осуществляется через щель 3 с помощью коаксиального кабеля 4. Щель 3, прорезанная в пластине излучателя 1, может быть прямолинейной 3¹, кусочно-линейной 3² криволинейной с переменной шириной 3³. На расстоянии λ_н/6±λ_н/30 от центра нижней кромки излучателя перпендикулярно экрану и одновременно перпендикулярно плоскости излучателя расположен дополнительный экран 5. Излучатель относительно дополнительного экрана может быть установлен в произвольное положение в пределах от 0 до ±180°, при этом направление максимума излучения в угломестной плоскости не изменяется при любом положении излучателя относительно дополнительного экрана, а в азимутальной плоскости может смещаться в пределах ±10°.

Причем положение излучателя 0° соответствует случаю размещения открытого конца щели в сторону дополнительного экрана, а положение 180° соответствует случаю размещения замкнутого конца щели в сторону дополнительного экрана. При этом направление максимума излучения в азимутальной плоскости сохраняется. При изменении угла размещения излучателя от 0 до 90° относительно плоскости дополнительного экрана возникает компонента продольного поля излучения, вследствие чего максимум диаграммы в плоскости азимута плавно смещается на 5-10° относительно основного направления излучения. При дальнейшем повороте пластины излучателя до 180° максимум диаграммы направленности возвращается в исходное положение. При этом угол возвышения максимума диаграммы направленности над плоскостью экрана не изменяется в диапазоне частот F_H-F_B,

где F_H - нижняя граница частотного диапазона;

F_B - верхняя граница частотного диапазона.

Кроме того, дополнительный экран может располагаться под углом 65-135° к экрану.

Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией работает следующим образом: с помощью коаксиального кабеля 4 возбуждается полуоткрытая щель 3. Положение точки возбуждения щели выбрано исходя из условий обеспечения оптимального согласования в полосе частот F_H-F_B. Щель 3 в свою очередь возбуждает пластину излучателя 1, в котором она прорезана и в совокупности образует активную систему «щель- пластина», которая вместе с экраном 2 и дополнительным экраном 5 формирует направленную диаграмму направленности в полосе частот с углом возвышения 25-30° относительно поверхности экрана. Расстояние от центра излучателя до дополнительного экрана выбирается исходя из условий обеспечения оптимального согласования в полосе частот не менее 3F_H. Направленная диаграмма направленности образуется синфазным сложением в дальней зоне прямого и отраженного от дополнительного экрана полей.

Поскольку излучатель, возбуждаемый щелью с предлагаемой конфигурацией, имеет вертикальную поляризацию относительно экрана, то и вся антенна имеет вертикальную поляризацию электромагнитного поля.

Таким образом, предлагаемая приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией имеет высокую механическую прочность и коэффициент усиления, достигающий 6,5 дБ (порядка 2 дБ у прототипа).

1. Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией, содержащая излучатель, установленный перпендикулярно плоскости экрана, отличающаяся тем, что излучатель выполнен в виде прямоугольной пластины шириной 1,0-0,2 λ_H и высотой 1,0-0,15 λ_H, закороченной и жестко закрепленной нижней кромкой на экран, возбуждение производится через полуоткрытую щель длиной не менее 0,2 λ_H, прорезанную в прямоугольной пластине на расстоянии 0,01-0,5 λ_H от экрана, точка возбуждения может перемещаться вдоль полуоткрытой щели, где λ_H - длина волны нижней границы частотного диапазона, кроме того, либо перпендикулярно экрану, либо под углом от 65 до 135° на расстоянии λ_H/6±λ_H/30 от центра нижней кромки прямоугольной пластины установлен дополнительный экран, высотой не менее половины высоты прямоугольной пластины, причем излучатель относительно дополнительного экрана может быть установлен в произвольное положение в пределах от 0 до ±180°, при этом направление максимума излучения в угломестной плоскости не изменяется при любом положении излучателя относительно дополнительного экрана, а в азимутальной плоскости может смещаться в пределах ±10°.

2. Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией по п.1, отличающаяся тем, что излучатель выполнен в виде прямоугольной пластины со скругленными вершинами с радиусом округления не менее 0,015 λ_H.

3. Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией по п.1 или 2, отличающаяся тем, что полуоткрытая щель выполнена прямолинейной.

4. Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией по п.1 или 2, отличающаяся тем, что полуоткрытая щель выполнена кусочно-линейной.

5. Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией по п.1 или 2, отличающаяся тем, что полуоткрытая щель выполнена криволинейной с переменной шириной.

6. Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией по п.1 или 2 отличающаяся тем, что она размещена в диэлектрическом объеме с постоянной или переменной диэлектрической проницаемостью.