Диэлектрический конический излучатель

Изобретение относится к антенной технике микроволнового диапазона и может быть использовано в зондирующих устройствах диагностического оборудования при размерах объекта диагностики и диапазоне его перемещений в ближней и промежуточной области (область дифракции Френеля). Технический результат - возможность излучения осесимметричного волнового пучка гауссова типа с требуемой шириной пучка, сохраняющего пучковые свойства на расстояниях до десятков длин волн от апертуры излучателя. Для этого в диэлектрическом коническом излучателе, возбуждаемом со стороны его усеченной вершины одномодовым диэлектрическим волноводом, а основание конуса является излучающей апертурой, угол наклона образующей конуса к его высоте должен быть не более 5°, а диаметр D основания конуса выбирается в зависимости от требуемой ширины d0 излучаемого волнового пучка на апертуре из соотношения , где λ - длина волны излучения и ε - относительная диэлектрическая проницаемость конуса, которая должна быть в пределах от 2,0 до 2,6, при этом минимальный диаметр основания конуса должен удовлетворять соотношению , а профиль направляющей конической поверхности от вершины до основания выполнен линейным. 1 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике микроволнового диапазона и может быть использовано в зондирующих устройствах диагностического оборудования при размерах объекта диагностики и диапазоне его перемещений в ближней и промежуточной области (область дифракции Френеля).

В этих условиях принципиально необходимо формирование излучения пучкового характера - волновых пучков гауссова (квазигауссова) типа, сохраняющего пучковые свойства в диапазоне перемещений объектов диагностики на расстояниях до десятков длин волн.

Наиболее перспективны для этих целей излучатели на основе диэлектрических волноведущих структур, торцы которых служат апертурой излучения, в связи с близостью амплитудного распределения волн волноведущей структуры гауссову распределению, описанные автором: Орехов Ю.И. Открытые волноводные и резонансные КВЧ устройства бесконтактной диагностики быстропротекающих процессов в многокомпонентных средах, автореферат дисс.докт.техн.наук: 05.12.04-М.; МЭИ, 2007, 40 с.

Известны стержневые излучатели в виде усеченного конуса, возбуждаемые в одномодовом режиме со стороны большего сечения конуса, торец которого меньшего диаметра служит апертурой излучателя, описанные S.Kobayashi, R.Mittra, R.Lampe. Dielectric tapered-rod antennas for mm-wave applications. IEEE Trans. Antennas Propag., vol.AP-30, no.1, pp.54-58, Jan.,1982.

Такие излучатели предназначены для формирования осесимметричных диаграмм направленности в дальней зоне излучения. С точки зрения формирования излучения пучкового характера известные излучатели обладают недостатком - пучковые свойства излучения сохраняются только в непосредственной близости от апертуры, на расстояниях в единицы длин волн.

Известно рупорное антенное устройство, защищенное патентом РФ №2052876, кл. H01Q 13/02, опубл. 20.01.1996 г.

Рупорное антенное устройство состоит из полого металлического волновода круглого сечения, к одному концу которого присоединен полый металлический волновод в виде конического рупора и диэлектрического излучателя, выполненного в виде полого диэлектрического волновода круглого сечения, расположенного внутри полого металлического волновода и конического рупора, и диэлектрического рупора, расположенного внутри конического рупора. Диэлектрический рупор, угол раскрыва которого выбран равным углу раскрыва конического рупора, соединен с внешней поверхностью полого диэлектрического волновода круглого сечения в плоскости горловины конического рупора, при этом диаметр полого диэлектрического волновода круглого сечения выбран меньше диаметра раскрыва диэлектрического рупора в 1,8-2,2 раза, а длина выступающей части полого диэлектрического волновода круглого сечения относительно раскрыва диэлектрического рупора выбрана равной половине средней длины волны рабочего диапазона волн.

Недостатком известного диэлектрического излучателя является невозможность сформировать излучение в виде осесимметричного волнового пучка гауссова типа с требуемой шириной пучка, сохраняющего пучковые свойства на расстояниях до десятков длин волн от апертуры излучателя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является диэлектрический конический излучатель, возбуждаемый со стороны его усеченной вершины одномодовым диэлектрическим волноводом, а основание конуса является излучающей апертурой, описанный авторами: Белов Ю.Г., Бударагин Р.В., Орехов Ю.И., Раевская Ю.В., Исследование антенной системы КВЧ-интерферометра, Антенны, изд-во «Радиотехника» №5, 2006, с.62-67.

Недостатками излучателя являются сохранение пучковых свойств расходящегося пучка на расстояниях не более единиц длин волн от апертуры и ограниченные возможности оптимизации амплитудного распределения волнового пучка (приближение к гауссову пучку) в связи с одномодовым режимом волн, распространяющихся в конусе излучателя.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в возможности излучения осесимметричного волнового пучка гауссова типа с требуемой шириной пучка, сохраняющего пучковые свойства на расстояниях до десятков длин волн от апертуры излучателя.

Технический результат достигается тем, что в диэлектрическом коническом излучателе, возбуждаемом со стороны его усеченной вершины одномодовым диэлектрическим волноводом, а основание конуса является излучающей апертурой, угол наклона образующей конуса к его высоте должен быть не более 5°, а диаметр D основания конуса выбирается в зависимости от требуемой ширины d0 излучаемого волнового пучка на апертуре из соотношения

,

где λ - длина волны излучения и ε - относительная диэлектрическая проницаемость конуса, которая должна быть в пределах от 2,0 до 2,6, при этом минимальный диаметр основания конуса должен удовлетворять соотношению

,

а профиль направляющей конической поверхности от вершины до основания выполнен линейным.

На фиг.1 представлен диэлектрический конический излучатель, состоящий из возбуждающего одномодового диэлектрического волновода 1, плавно переходящий в сечении I в конус 2 с углом наклона образующей к его высоте α≤5°.

Диаметр основания конуса D (сечение II), а, следовательно, и усеченная высота конуса L, выбирается в зависимости от требуемой ширины излучаемого волнового пучка шириной d0 (по уровню 1/е) на основании конуса из соотношения

.

Профиль направляющей конической поверхности от вершины 0 конуса до основания - линейный.

Диэлектрический конический излучатель работает следующим образом.

Основная волна НЕ11 диэлектрического волновода 1 (фиг.1) распространяется в конической части 2 структуры, в силу плавности изменения сечения без изменения его симметрии.

Экспериментально при выборе угла α≤5° для излучателей, изготовленных из фторопласта-4 (ε=2,08) и полистирола (ε=2,56), достигается уровень излучения на резкой нерегулярности (сечение I фиг.1), практически не влияющий на амплитудное распределение излучаемого волнового пучка и отсутствие излучения с боковой поверхности конуса.

По мере распространения волны НЕ11 в конической волноведущей структуре при возрастании поперечного сечения в силу плавной нерегулярности и симметрии поперечного сечения волноведущей структуры возможно частичное преобразование волны НЕ11 только в волны высшего типа HE1n, где n=3,5,…

При апертуре (основании конуса) в конусе распространяется и излучается на апертуре только волна НЕ11. В силу отличий амплитудного распределения волны НЕ11 от гауссова распределения, не удается оптимизировать гауссов пучок, сохраняющий свои свойства на расстояниях десятки длин волн. При обеспечены условия возникновения волны НЕ13 и при коэффициентах возбуждения волны НЕ13 от 0,1 до 0,3 суммарное амплитудное распределение волн НЕ11 и НЕ13 практически совпадает с гауссовым пучком.

Это не противоречит теории нерегулярных открытых волноводов с медленно меняющимися параметрами и подтверждено экспериментальными исследованиями амплитудно-фазовых распределений (АФР) волновых пучков при диаметрах основания конуса (при α≤5°) в диапазоне от 6 мм до 30 мм при λ=3,2 мм и последующим разложением экспериментальных АФР в ряд Эрмито-Гауссовых пучков. При в спектре Гауссова пучка преобладает гауссов пучок нулевого порядка, гауссовы пучки высших порядков практически не влияют на АФР пучка. При этом условии волновой пучок сохраняет свои свойства на расстояниях от апертуры до (30-40) λ.

Конический излучатель изготавливают на токарном станке с ЧТУ.

Таким образом, в предлагаемом диэлектрическом коническом излучателе реализована возможность излучения осесимметричного волнового пучка гауссова типа с требуемой шириной пучка, сохраняющего пучковые свойства на расстояниях до десятков длин волн от апертуры излучателя.

Диэлектрический конический излучатель, возбуждаемый со стороны его усеченной вершины одномодовым диэлектрическим волноводом, а основание конуса является излучающей апертурой, отличающийся тем, что угол наклона образующей конуса к его высоте должен быть не более 5°, а диаметр D основания конуса выбирается в зависимости от требуемой ширины d0 излучаемого волнового пучка на апертуре из соотношения

где λ - длина волны излучения и ε - относительная диэлектрическая проницаемость конуса, которая должна быть в пределах от 2,0 до 2,6, при этом минимальный диаметр основания конуса должен удовлетворять соотношению

а профиль направляющей конической поверхности от вершины до основания выполнен линейным.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве сверхширокополосной антенны с несколькими видами поляризации: вертикальной, горизонтальной и круговой (эллиптической) правого и левого вращения.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к активным антенным модулям. .

Изобретение относится к конструкции микрополосковой антенны, предназначенной для использования в рассеивающем электромагнитное излучение устройстве, которое уменьшает воздействия нежелательного электромагнитного излучения.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве самостоятельной приемной, передающей или приемо-передающей многочастотной антенны или элемента фазированной антенной решетки.

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот (СВЧ), а именно к волноводно-щелевым линейным антеннам и решеткам из них со сканированием луча в поперечной к линейкам плоскости, и может быть использовано в радиотехнических системах, в том числе системах управления воздушным движением, связи, радиолокации, радионавигации, базирующихся как на неподвижных, так и на подвижных объектах.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к рупорным излучателям, входящим в состав антенн космического аппарата, а также к способам их изготовления, и к способам соединения деталей, охватывающих одна другую, с помощью клея, когда одна деталь изготовлена из композиционного материала, а другая из металла.

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано для построения широконаправленных в горизонтальной плоскости антенн СМ и ММ диапазонов волн для РТ станций, работающих в угломестных секторах от 0° до +50°÷60° и более в любом азимутальном направлении.

Изобретение относится к устройствам излучения электромагнитных импульсов. .

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в РЛС и системах связи, преимущественно в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн. .

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к активным антенным модулям

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в качестве многодиапазонной приемной или передающей антенны в системах связи

Изобретение относится к радиолокации, в частности к волноводно-рупорным антенным элементам, используемым в зеркальных антеннах и антенных решетах (АР)

Предложена линзовая антенна для применения в системах радиорелейной связи с большим коэффициентом направленного действия, обладающая способностью к электронному управлению основным лучом диаграммы направленности за счет переключения между рупорными антенными элементами, расположенными па плоской фокальной поверхности линзы. Электронное сканирование луча обеспечивает возможность подстройки луча при первичной юстировке антенн приемника и передатчика и при небольших изменениях пространственной ориентации РРС вследствие воздействия различных внешних факторов (ветер, вибрации, сжатие/расширение частей несущей конструкции вследствие изменения температуры, и т.д.). Техническим результатом изобретения за счет применения рупорных антенных элементов с оптимизированными параметрами является увеличение коэффициента направленного действия при сохранении возможности обеспечения непрерывного сектора углов сканирования, а также увеличение эффективности излучения и, как следствие, увеличение коэффициента усиления (КУ) линзовой антенны, используемой для организации радио соединения. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к слабонаправленным волноводным антеннам диапазонов сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот. Технический результат - улучшение диаграммы направленности. Слабонаправленная антенна содержит круглый металлический волновод, дополнена экраном в виде проводящего усеченного обратного конуса. На внешнюю поверхность экрана нанесено полимерное покрытие, параметры которого определяются условиями размещения антенны. Плоскость малого основания усеченного обратного конуса совпадает с плоскостью открытого конца волновода, большое же основание расположено сзади от открытого конца волновода. По оси проводящего усеченного обратного конуса выполнено отверстие для установки волновода. Диаметр этого отверстия равен внешнему диаметру волновода. Антенна проста в изготовлении, имеет ШДН0,3, близкую к 90°. Коническая форма антенны с плавно увеличивающимся назад от раскрыва поперечным размером позволяет удобно вписываться в аэродинамически выгодные или целесообразные с точки зрения компоновки, близкие к уголковым радиопрозрачные обтекатели ЛА или устанавливать антенну в открытом потоке. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться в системах радиосвязи, радионавигации на подвижных объектах, в системах измерения напряженности поля и потоков мощности. Техническим результатом является обеспечение во всенаправленной антенне излучения поля эллиптической поляризации. Всенаправленная антенна излучения, содержит: связанные между собой, по меньшей мере, один конический рупор, фидер и возбудитель, отличающейся тем, что она содержит второй конический рупор, причем первый и второй конусы рупоров обращены друг к другу вершинами и образуют конический раскрыв, возбудитель выполнен в виде однозаходной цилиндрической спирали с длиной ветви l<<λ, углом намотки α, диаметром d, удовлетворяющих условию tan α=πd/2λ, при этом спираль размещена в зазоре между конусами так, что оси спирали и конусов совпадают, а заход спирали соединен с центральным проводником коаксиального фидера. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к рупорным излучателям, входящим в состав антенн космического аппарата, а также к способам их изготовления, и к способам соединения деталей, охватывающих одна другую, с помощью клея, когда одна деталь изготовлена из композиционного материала, а другая - из металла. Рупорный излучатель конструктивно выполнен в виде сборочной единицы, состоящей из двух деталей: трубы с раструбом и воротникового фланца, соединенных с помощью клея так, что торцевая поверхность трубы принадлежит посадочной поверхности фланца, при этом на фланце имеются радиальные сквозные прорези с наружной и с внутренней сторон, а также прорези на воротнике фланца. Способ соединения деталей, при котором одна деталь охватывает другую, характеризуется тем, что в месте соединения на охватывающей детали - фланце, устанавливают бандаж из нитей, пропитанных клеем, при этом нить наматывают с натяжением, а на фланце выполняют прорези. Техническим результатом является повышение технологичности изготовления и повышение прочности в условиях знакопеременных температур. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть применено для приема сигналов Глобальных навигационных спутниковых систем, включая ГЛОНАСС, GPS, GALILEO и OmniSTAR. Технический результат - улучшение технических характеристик антенны, а именно: уменьшение коэффициента эллиптичности, увеличение подавления кросс-поляризации и расширение рабочего диапазона частот. Щелевая полосковая антенна вытекающей волны с круговой поляризацией, включающая диэлектрическую подложку, на нижней металлизированной стороне которой выполнена подводящая микрополосковая линия, имеющая форму спирали, а на верхней металлизированной стороне выполнены основные щелевые излучатели, закрученные по спирали вокруг геометрического центра антенны и включающие прямые и изогнутые сегменты различной длины, на верхней металлизированной стороне диэлектрической подложки между основными щелевыми излучателями выполнены дополнительные щели с меньшей электрической длиной, чем электрическая длина основных щелевых излучателей, дополнительные щели не соединены с основными щелевыми излучателями и выполнены в виде концентрических дуг, расположенных вокруг геометрического центра антенны, или в виде отрезков спиралей. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть применено для приема сигналов Глобальных навигационных спутниковых систем, включая ГЛОНАСС, GPS, GALILEO и OmniSTAR. Технический результат - улучшение технических характеристик антенны, а именно: уменьшение коэффициента эллиптичности, увеличение подавления кросс-поляризации и расширение рабочего диапазона частот. Щелевая полосковая антенна вытекающей волны с круговой поляризацией, включающая диэлектрическую подложку, на нижней металлизированной стороне которой выполнена подводящая микрополосковая линия, имеющая форму спирали, а на верхней металлизированной стороне выполнены основные щелевые излучатели, закрученные по спирали вокруг геометрического центра антенны и включающие прямые и изогнутые сегменты различной длины, на верхней металлизированной стороне диэлектрической подложки между основными щелевыми излучателями выполнены дополнительные щели с меньшей электрической длиной, чем электрическая длина основных щелевых излучателей, дополнительные щели не соединены с основными щелевыми излучателями и выполнены в виде концентрических дуг, расположенных вокруг геометрического центра антенны, или в виде отрезков спиралей. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании антенных систем в радионавигации и радиолокации. Технический результат - расширение рабочего диапазона частот без ухудшения коэффициента направленного действия и согласования антенны при сохранении направления главного лепестка диаграммы направленности, а также низкой стоимости и высокой технологичности. Для этого в волноводную линию, на одной из стенок которой находятся излучающие элементы, а на конце - элемент настройки, введены фазосдвигающие устройства, установленные между излучающими элементами и между излучающим элементом и элементом настройки, и связанные с волноводом элементами связи, причем фазосдвигающие устройства в широких пределах меняют фазу проходящего СВЧ сигнала в зависимости от уровня его мощности. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике микроволнового диапазона и может быть использовано в зондирующих устройствах диагностического оборудования при размерах объекта диагностики и диапазоне его перемещений в ближней и промежуточной области

Наверх