Сверхширокополосная многолучевая зеркальная антенна

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике. Технический результат - снижение уровня боковых лепестков парциальных диаграмм направленности и повышение надежности работы антенны при одновременном упрощении конструкции отражателя. Для этого сверхширокополосная многолучевая зеркальная антенна содержит несимметричный параболический отражатель и группу вынесенных из фокуса облучателей, размещенных в фокальной области, при этом облучатели выполнены в виде идентичных сверхширокополосных гребневых комбинированных рупоров. На верхнюю и нижнюю области рабочей поверхности отражателя нанесено радиопоглощающее покрытие с обратно пропорциональной зависимостью модуля коэффициента отражения от частоты в пределах рабочего диапазона. Центральная область, свободная от покрытия, в проекции на плоскость апертуры имеет вид эллипса. Толщина покрытия по периметру эллиптической области на участке шириной (4-5)λмин возрастает по линейному закону от нуля до полной толщины покрытия. Фаза коэффициента отражения покрытия не превышает 36° в низкочастотной части рабочего диапазона, в которой модуль коэффициента отражения составляет более 0,1. Модуль коэффициента отражения покрытия выбран убывающим от 0,85 до 0,05 в девятикратной полосе рабочих частот. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике и может быть использовано в средствах радиотехнического контроля для обнаружения и пеленгования источников радиоизлучения.

Известна многолучевая зеркальная антенна (патент РФ №2234774, опубл. 20.08.2004, H01Q 15/14), обеспечивающая формирование многолучевого пучка из нескольких парциальных диаграмм направленности (ДН) в широкой полосе частот со стабилизированным уровнем пересечения за счет уменьшения зависимости ширины парциальных ДН от частоты.

Антенна содержит отражатель, выполненный в виде набора параллельных проводящих пластин, кромки которых образуют параболическую поверхность, и группу вынесенных из фокуса облучателей. Эффект стабилизации ширины парциальных ДН в диапазоне частот для электромагнитной волны с поляризацией, параллельной пластинам, достигается за счет уменьшения размера эффективно фокусирующего отражателя с ростом частоты при переменном шаге пластин, изменяющемся по линейному закону от половины минимальной длины волны в центре до половины максимальной длины волны рабочего диапазона на периферии отражателя.

Антенна имеет ряд недостатков, в частности:

- низкий КПД, особенно в области верхних частот;

- искажения формы главного лепестка парциальных ДН и высокий уровень бокового излучения, связанные с дискретностью структуры и несинфазным сложением полей, фокусируемых фрагментами селективной поверхности отражателя с различными расстояниями между пластинами;

- необходимость применения эффективного поглощающего экрана с тыльной стороны отражателя для блокирования энергии облучателей, просачивающейся между пластинами в заднюю полусферу;

- сложность конструкции и трудоемкость изготовления сборного отражателя, состоящего из большого числа тонких пластин.

Известна многолучевая зеркальная антенна (патент РФ №2336615, опубл. 20.10.2008, H01Q 15/00), в которой устранена часть недостатков описанного выше аналога.

Антенна содержит отражатель, выполненный из параллельных проводящих пластин, кромки которых образуют параболическую поверхность, и вынесенные из фокуса облучатели с линейной зависимостью ширины их диаграммы направленности от длины волны. Антенна, формирующая пучок пересекающихся между собой парциальных лучей, имеет более высокий КПД и более стабильные по ширине парциальные ДН за счет применения облучателей с зависимостью ширины их диаграммы направленности от длины волны, например, решеток из логопериодических антенн (ЛПА) или широкополосных рупоров.

Антенна имеет большинство тех же недостатков, что и предыдущая. Кроме того, подъем коэффициента усиления на верхних частотах сдерживается возрастанием потерь в коаксиальном фазированном тракте и многоканальном сумматоре решетки логопериодических облучателей. Продольное перемещение активной зоны излучения ЛПА с изменением частоты приводит к расфокусировке отражателя. Применение в качестве облучателей решеток ЛПА или рупоров с размером раскрыва не менее длины волны на нижней частоте рабочего диапазона сопровождается ростом их габаритов, что затрудняет размещение облучателей в фокальной области на расстояниях, требуемых для поддержания необходимого уровня пересечения парциальных ДН.

Известна многолучевая зеркальная антенна (патент РФ №2435262, опубл. 27.11.2011, МПК H01Q 15/14), принятая за прототип как наиболее близкая к заявляемому объекту по технической сущности.

Антенна содержит несимметричный параболический отражатель и группу вынесенных из фокуса облучателей, размещенных в фокальной области. На рабочую поверхность отражателя нанесено радиопоглощающее покрытие, характеризующееся обратно

пропорциональной зависимостью коэффициента отражения от частоты в рабочем диапазоне. В центральной части отражателя во весь его горизонтальный размер установлена непокрытая металлическая полоса высотой h=85λмин0,5, где λмин - минимальная длина волны рабочего диапазона частот, θ0,5 - ширина луча парциальной ДН антенны. Металлическая полоса по профилю совпадает с центральной частью параболической поверхности отражателя и смещена от нее на величину λмин в сторону фокуса для выравнивания в дальней зоне фаз отдельных составляющих суммарного поля излучения, фокусируемых непокрытой и покрытыми частями отражателя. Идентичные рупорные облучатели размещены по дуге радиуса R=(1,05-1,1)f, где f - фокусное расстояние, с центром в середине ближней кромки отражателя с угловым интервалом θ0,5 между собой и направлены продольными осями в центр непокрытой полосы. Модуль коэффициента отражения материала покрытия изменяется от 0,8 до 0,1 в диапазоне от максимальной до минимальной длины волны соответственно.

Благодаря применению сплошного отражателя и сверхширокополосных комбинированных рупорных облучателей с частотнозависимыми ДН прототип имеет более высокие электрические и технико-экономические характеристики, чем приведенные выше аналоги.

Рассматриваемый прототип имеет в свою очередь и ряд недостатков:

- повышенный уровень ближних (апертурных) боковых лепестков парциальных ДН в области средних и верхних частот в азимутальной плоскости, определяемый прямоугольной формой отражающей поверхности в виде металлической полосы;

- высокий уровень ближних боковых лепестков парциальных ДН в вертикальной плоскости, особенно внутри сектора пучка лучей, достигающий уровня минус 10 дБ, вызванный ступенчатым изменением амплитуды возбуждения апертуры отражателя на границе раздела между непокрытой и покрытыми областями отражателя;

- сложность реализации конструкции центральной параболической полосы большого физического размера, повторяющей с высокой степенью точности профиль отражателя и удаленной от него на строго выдерживаемое расстояние.

Первые из отмеченных недостатков способствуют снижению помехозащищенности и однозначности определения пеленга источников радиоизлучения и затрудняют реализацию алгоритма точного определения угла места цели моноимпульсным методом в средствах радиотехнического контроля с антенными системами, построенными на основе описываемого прототипа. Последний приводит к повышению сложности и стоимости производства отражателя и к снижению надежности работы антенны и радиоэлектронного средства в целом.

Задача заявляемого изобретения - снижение уровня боковых лепестков парциальных диаграмм направленности и повышение надежности работы антенны при одновременном упрощении конструкции отражателя.

Решение этой задачи достигается тем, что в многолучевой зеркальной антенне, содержащей несимметричный параболический отражатель, у которого на его верхнюю и нижнюю области рабочей отражающей поверхности нанесено частотнозависимое радиопоглощающее покрытие с обратно пропорциональной зависимостью модуля коэффициента отражения от частоты в пределах рабочего диапазона, а центральная область свободна от покрытия, группу вынесенных из фокуса облучателей, выполненных в виде идентичных комбинированных рупоров, размещенных с угловым интервалом, равным ширине парциальных диаграмм направленности θ0,5, по дуге окружности с центром в средине нижней кромки отражателя и радиусом R=(1,05-1,1)f, где f - фокусное расстояние, и направленных продольными осями в центр непокрытой области отражателя, центральная непокрытая область отражателя выполнена так, что ее проекция на плоскость апертуры имеет вид эллипса, большая ось которого равна горизонтальному размеру отражателя, а малая ось имеет размер h=(75-90)λмин0,5, толщина покрытия по периметру эллиптической области на границе раздела между непокрытой и покрытыми областями отражателя в пределах участка шириной (4-5)λмин возрастает по линейному закону от нуля до полной толщины покрытия, при этом фаза коэффициента отражения покрытия не превышает 36° в той низкочастотной области рабочего диапазона, в которой модуль коэффициента отражения составляет более 0,1.

Модуль коэффициента отражения покрытия выбран величиной, изменяющейся от 0,85 до 0,05 в диапазоне от минимальной до максимальной частоты соответственно.

На фиг.1 приведена схема построения антенны.

На фиг.2 изображен общий вид антенны.

На фиг.3 изображены экспериментальные диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости в девятикратной полосе рабочих частот от 2 ГГц до 18 ГГц.

На фиг.4 изображены экспериментальные диаграммы направленности первого канала в азимутальной плоскости на частотах 8 ГГц, 12 ГГц и 18 ГГц.

Сверхширокополосная многолучевая зеркальная антенна (фиг.1) состоит из несимметричного параболического отражателя 1 с отношением фокусного расстояния f к размеру апертуры в вертикальной плоскости, равным 0,795, и комбинированных рупорных облучателей 2 в количестве 5 штук, установленных друг над другом.

Ближняя кромка отражателя 1 отстоит от фокальной оси OF на 20 λмин. В горизонтальной плоскости отражатель 1 имеет профиль симметричной параболы с размером 110 λмин и относительным фокусным расстоянием равным 0,575.

На верхнюю и нижнюю области рабочей поверхности отражателя нанесено частотнозависимое радиопоглощающее покрытие 3 с обратно пропорциональной зависимостью модуля коэффициента отражения от частоты. В качестве материала покрытия в предлагаемом техническом решении применен тонкий (около четверти минимальной длины волны λмин) пневматически напыляемый поглощающий материал РАН-54 (ТУ 225739-077-29012159-2009) на основе кремнийорганического связующего Лестосил-СМ-НТ. В девятикратной полосе рабочих частот от 2 ГГц до 18 ГГц модуль коэффициента отражения материала покрытия убывает с ростом частоты от 0,85 до 0,05, а набег фазы не превышает 36° в низкочастотной области от 2 ГГц до 8 ГГц, в которой модуль коэффициента отражения составляет более 0,1 и фазирование полей, отраженных от непокрытой и покрытых областей является необходимым для формирования неискаженных стабилизированных по ширине парциальных ДН.

Центральная область 4 рабочей поверхности отражателя 1, свободная от покрытия, является продолжением профиля основного параболоида и выполнена таким образом, что в проекции на плоскость апертуры имеет форму эллипса шириной на весь горизонтальный размер отражателя и высотой h=15λмин. Толщина покрытия по периметру эллиптической области на границе раздела 5 между непокрытой и покрытыми областями отражателя в пределах участка шириной (4-5)λмин возрастает по линейному закону от нуля до полной толщины покрытия.

Продольные оси облучателей 2 направлены в точку "К" - центр отражателя 1 и размещены с угловым интервалом, равным ширине парциальных диаграмм направленности θ0,5, по дуге MN. Дуга MN является дугой окружности с центром в середине нижней кромки отражателя и радиусом R=1,05f (Зеркальные сканирующие антенны. Л.Д. Бахрах, Г.К. Галимов. М.: «Наука», 1981, с.53-54).

Сверхширокополосные рупорные облучатели полностью аналогичны облучателям, приведенным в описании прототипа.

В составе конструкции антенны (фиг.2) облучатели защищены обтекателем 6 с радиопрозрачным окном 7 от воздействия внешней среды. Вся конструкция антенны размещена на азимутальном опорно-поворотном устройстве 8.

Многолучевая зеркальная антенна работает следующим образом.

На нижних частотах рабочего диапазона, где модуль коэффициента отражения покрытия максимален, работает вся поверхность отражателя с размером апертуры Н. С ростом частоты модуль коэффициента отражения материала покрытия снижается, чем обусловлен эффект уменьшения размера эквивалентного раскрыва в вертикальной плоскости. На верхних частотах работает в основном отражающая поверхность центральной непокрытой области отражателя. Таким образом, рост частоты сопровождается уменьшением размера эффективной отражающей поверхности, вследствие чего стабилизируется ширина парциальных ДН и возрастает отношение фокусного расстояния к размеру апертуры, что способствует снижению искажений парциальных ДН, вызванных выносом облучателей из фокуса. На верхней границе частотного диапазона ширина парциальных ДН определяется в основном размером h непокрытой области рабочей поверхности отражателя, распределением амплитуды, задаваемым облучателями и формой непокрытой области, которая выбрана эллиптической с целью снижения уровня первых (апертурных) боковых лепестков парциальных ДН за счет формирования более спадающего распределения амплитуды возбуждения эквивалентной линейной апертуры в главных плоскостях. Плавное изменение толщины покрытия по периметру эллиптической области на границе раздела между непокрытой и покрытыми областями отражателя в пределах участка шириной (4-5)λмин способствует дополнительному снижению уровня ближних боковых лепестков парциальных ДН в вертикальной плоскости за счет сглаживания ступенчатого изменения функции распределения амплитуды возбуждения эквивалентной линейной апертуры.

Применение тонкого покрытия на основе материала РАН-54, набег фазы которого не превышает 36° в низкочастотной области от 2 до 8 ГГц, способствует практически синфазному сложению в дальней зоне излучения полей, отраженных от непокрытой и покрытых областей поверхности отражателя. Это обстоятельство позволило отказаться от выноса непокрытой области поверхности отражателя в сторону фокуса в виде пьедестала, как было предложено в прототипе, что существенно упрощает конструкцию и способствует повышению технологичности производства отражателя и надежности антенны. Значение фазы коэффициента отражения в области частот 8-18 ГГц не является значимым для формирования стабилизированных по ширине парциальных ДН, так как вклад покрытых областей поверхности отражателя в формирование ДН в этой области частот является незначительным за счет низкого коэффициента отражения материала покрытия, не превышающего 0,1, и направленности облучателей, возрастающей с частотой.

Применение на поверхности отражателя покрытия РАН-54 на основе кремнийорганических полимерных связующих, обладающих высокой степенью адгезии к металлам и повышенными физико-механическими характеристиками, обеспечивает надежную работоспособность антенны во всеклиматических условиях в широком интервале температур при воздействии вибрации и других механических факторов. Кроме этого, на нижней границе рабочего диапазона частот 2 ГГц благодаря более высокому значению модуля коэффициента отражения покрытия РАН-54, равному 0,85 по сравнению с 0,8 у прототипа, достигнуто повышение коэффициента усиления парциальных каналов на 0,5 дБ.

Экспериментальные исследования макета многолучевой зеркальной антенны показали (фиг.3 и фиг.4), что по сравнению с прототипом достигнуто снижение уровня боковых лепестков в вертикальной плоскости на 2-7 дБ, а в азимутальной плоскости в среднем 5 дБ, при этом в высокочастотной области от 8 ГГц до 18 ГГц их уровень не превышает минус 28 дБ. Снижена масса, упрощена конструкция и технология производства антенны при возросших показателях надежности работы в реальных условиях эксплуатации и при более высоких энергетических параметрах, чем у прототипа.

1. Сверхширокополосная многолучевая зеркальная антенна, содержащая несимметричный параболический отражатель, у которого на верхнюю и нижнюю области отражающей поверхности нанесено радиопоглощающее покрытие, имеющее обратно пропорциональную зависимость модуля коэффициента отражения от частоты в пределах рабочего диапазона, а центральная область свободна от покрытия, и группу вынесенных из фокуса облучателей, выполненных в виде идентичных комбинированных рупоров, размещенных с угловым интервалом, равным ширине парциальных диаграмм направленности θ0,5, по дуге окружности с центром в средине нижней кромки отражателя и радиусом R=(1,05-1,1)f, где f - фокусное расстояние, и направленных в центр отражателя, отличающаяся тем, что центральная непокрытая область отражателя выполнена так, что ее проекция на плоскость апертуры имеет вид эллипса с размером малой оси h=(75-90)λмин0,5, где λмин - минимальная длина волны рабочего диапазона частот, а толщина покрытия по периметру эллиптической области на участке шириной (4-5)λмин возрастает по линейному закону от нуля до полной толщины покрытия, при этом фаза коэффициента отражения покрытия не превышает 36° в той низкочастотной области рабочего диапазона, в которой модуль коэффициента отражения составляет более 0,1.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что модуль коэффициента отражения покрытия отражателя выбран величиной, изменяющейся от 0,85 до 0,05 в диапазоне от минимальной до максимальной частоты соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат заключается в уменьшении эффективной площади рассеяния антенны в полосе ее рабочих частот.

Изобретение относится к устройствам типа чок-ринг, используемым в глобальных навигационных спутниковых системах (ГНСС) для борьбы с многолучевостью. Технический результат - уменьшение веса устройства при сохранении прочности и устойчивости конструкции к вибрационным нагрузкам.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенным системам. Технический результат - упрощение конструкции антенной системы и ослабление климатико-механических требований к составным частям антенной системы.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к шарнирным соединениям, и преимущественно может быть использовано в развертываемых стержневых конструкциях каркасов параболических антенных рефлекторов, применяемых, например, в космической технике.

Изобретение относится к развертываемому крупногабаритному антенному рефлектору. .

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенным устройствам. .

Изобретение относится к области радиотехники. .

Изобретение относится к антенной технике. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для изготовления приемопередающих антенн. .

Складной параболический рефлектор содержит гибкие ребра, обтянутые сетеполотном. Гибкие ребра выполнены из материала с двойной термомеханической памятью формы для заданных крайних значений температуры при эксплуатации рефлектора. Для придания рефлектору двойной памяти формы его закрепляют в кондукторе из материала с минимальным коэффициентом температурного расширения и подвергают термоциклированию в количестве циклов, равном не менее 10 на крайние значения температуры условий эксплуатации. В результате при нагревании и охлаждении рефлектора сохраняется требуемая форма отражающей поверхности. Технический результат заключается в повышении стабильности формы отражающей поверхности рефлектора при изменении температуры окружающей среды. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Радиолокационная антенна содержит минимум один излучатель, работающий в заданной полосе рабочих частот, размещенные перед излучателями в одной плоскости устройства частотной селекции с полосовыми характеристиками, позволяющими пропускать электромагнитное излучение в полосе рабочих частот, а за пределами этой полосы - отражать. При этом излучатели размером многим меньше рабочей длины волны размещают на проводящей плоскости внутри сквозных отверстий, соразмерных излучателям, диэлектрического листа заданной толщины, прикрепленного внутренней стороной к проводящей плоскости. Технический результат заключается в уменьшении эффективной площади рассеяния антенны в полосе ее рабочих частот. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Отражатель электромагнитных волн для калибровки устройства радиолокационных систем образован соединением поверхностей минимум трех проводящих прямых круговых цилиндров с одинаковым радиусом основания и разной длиной образующих, лежащих в одной плоскости. Причем длина и радиус выбираются с учетом минимальной и максимальной длины электромагнитной волны излучателей антенн радиолокационных систем. Технический результат заключается в упрощении процесса калибровки и сокращении времени ее проведения. 6 ил.

Изобретение относится к антенной технике. При изготовлении многослойного антенного рефлектора термоформируют тыльную и отражающую обшивки, выполненные из слоев волокнистого наполнителя на оправке, осуществляют соединение обшивок через заполнитель и их отверждение. При этом заполнитель, содержащий закладные элементы, формуется отдельно из вспенивающегося материала. Причем формование тыльной и отражающей обшивок и их соединение между собой и заполнителем проводят совместно путем пропитки органическим связующим под давлением. Технический результат заключается в снижении времени производственного цикла, повышении прочностных характеристик изделия за счет получения монолитной конструкции и наличия закладных элементов. 2 ил.

Изобретение в целом относится к области отражения электромагнитных волн, в частности радиоволн, а еще точнее к области предотвращения влияния отражения радиоволн конструкциями, такими как фасады зданий, на пространство, окружающее данные конструкции. В частности, это относится к влиянию радиоволн, отраженных зданиями, расположенными в зонах аэропортов, на правильную работу радиоизмерительных систем. Дифракционное устройство для установки на фасад (11) здания или на любую другую отражающую стену, подверженную воздействию электромагнитного излучения, излучаемого источником, расположенным на расстоянии от здания, содержит множество трубчатых резонансных элементов (12), расположенных на фасаде указанного здания. Указанные резонансные элементы расположены по существу параллельным образом на фасаде (11) указанного здания с тем, чтобы формировать дифракционную решетку, и ориентированы в направлении, по существу перпендикулярном плоскости, заданной векторами распространения падающих и отраженных электромагнитных волн, причем каждый резонансный элемент (12) выполнен с возможностью образования индуктивно-емкостного (L-C) резонатора, выполненного с возможностью переизлучения волны, соответствующей падающей волне, подверженной сдвигу по фазе, а блок резонансных элементов расположен таким образом, что падающая волна отклонена в предпочтительном направлении. Преимущество дифракционной решетки, сформированной таким образом, заключается в том, что она не такая толстая, как существующие устройства. Общая конструкция является как более легкой, так и менее восприимчивой к деформации. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области спутниковой связи и может быть использовано для компенсации неидеальной поверхности рефлектора в системе спутниковой связи. Предложен способ, который включает измерение амплитуды и фазы сигналов, отраженных от рефлектора спутника, причем эти амплитуды и фазы формируют первую совокупность результатов измерения. Способ включает расчет корреляционной матрицы элементов как функции от первой совокупности результатов измерения. Корреляционная матрица элементов представляет диаграмму излучения облучающего элемента рефлектора. При этом способ включает регулирование диаграммы направленности сформированного пучка формирователя пучков на основании корреляционной матрицы элементов, что обеспечивает компенсацию неидеальной поверхности рефлектора. Технический результат – повышение точности компенсации неидеальной поверхности рефлектора. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области спутниковой связи и может быть использовано для компенсации неидеальной поверхности рефлектора в системе спутниковой связи. Предложен способ, который включает измерение амплитуды и фазы сигналов, отраженных от рефлектора спутника, причем эти амплитуды и фазы формируют первую совокупность результатов измерения. Способ включает расчет корреляционной матрицы элементов как функции от первой совокупности результатов измерения. Корреляционная матрица элементов представляет диаграмму излучения облучающего элемента рефлектора. При этом способ включает регулирование диаграммы направленности сформированного пучка формирователя пучков на основании корреляционной матрицы элементов, что обеспечивает компенсацию неидеальной поверхности рефлектора. Технический результат – повышение точности компенсации неидеальной поверхности рефлектора. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике. Технический результат - снижение уровня боковых лепестков парциальных диаграмм направленности и повышение надежности работы антенны при одновременном упрощении конструкции отражателя. Для этого сверхширокополосная многолучевая зеркальная антенна содержит несимметричный параболический отражатель и группу вынесенных из фокуса облучателей, размещенных в фокальной области, при этом облучатели выполнены в виде идентичных сверхширокополосных гребневых комбинированных рупоров. На верхнюю и нижнюю области рабочей поверхности отражателя нанесено радиопоглощающее покрытие с обратно пропорциональной зависимостью модуля коэффициента отражения от частоты в пределах рабочего диапазона. Центральная область, свободная от покрытия, в проекции на плоскость апертуры имеет вид эллипса. Толщина покрытия по периметру эллиптической области на участке шириной λмин возрастает по линейному закону от нуля до полной толщины покрытия. Фаза коэффициента отражения покрытия не превышает 36° в низкочастотной части рабочего диапазона, в которой модуль коэффициента отражения составляет более 0,1. Модуль коэффициента отражения покрытия выбран убывающим от 0,85 до 0,05 в девятикратной полосе рабочих частот. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх