Плазменная вибраторная антенна с ионизацией поверхностной волной



Плазменная вибраторная антенна с ионизацией поверхностной волной
Плазменная вибраторная антенна с ионизацией поверхностной волной

 


Владельцы патента RU 2544806:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для приема и передачи радиосигналов. Технический результат заключается в повышении надежности конструкции, снижении необходимой мощности ВЧ передатчика и расширении используемого диапазона частот. Плазменная вибраторная антенна содержит безэлектродную газоразрядную трубку, размещенную в фидерном тракте, экран и передающее устройство, при этом в фидерном тракте установлен поршень с возможностью изменения положения, экран размещен на торце фидерного тракта, а передающее устройство подсоединено к фидерному тракту посредством тройника. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для приема и передачи радиосигналов. Антенна предназначена для работы в системах связи, где необходима малая заметность (малая эффективная площадь рассеяния) в режиме радиомолчания, быстрое электронное изменение параметров антенной системы, быстрый переход из режима радиомолчания в рабочий режим и обратно при минимальном увеличении массогабаритных параметров.

В антенной технике уже известен ряд плазменных антенн. В SU 1799208 А1, 20.03.1990 описана система формирования низкочастотного сигнала сложной формы и из двух многовитковых рамок с подключенными к их клеммам резонансными усилителями для возбуждения симметричных волн в ионосферном плазменном волноводе. Но использование ионосферной плазмы для передачи сигнала сопряжено с большими помехами и нелинейными искажениями сигнала. В RU 2255394 С2 02.06.2003 описана антенна с использованием плазменного образования, создаваемого плазменным генератором между электродами. Такая конструкция дает лишь малое снижение заметности антенны в режиме радиомолчания и ограниченные возможности по изменению лишь пространственных характеристик излучателя, что недостаточно при современном уровне развития систем связи.

В патентах US 5594456, US 5963169, US 5990837, US 6369763 и в заявке RU 94039011 описан ряд антенн и антенных систем, конструктивно представляющих собой диэлектрические газоразрядные трубки, внутрь которых закачан аргон или смесь аргона с парами ртути, ионизация плазмы в трубках производится с помощью газового разряда в трубке за счет энергии источника высокого напряжения (ионизатора), информационный высокочастотный (ВЧ) радиосигнал подается на отдельный электрод (или электроды). В RU 94039011 А1 используется изогнутая газоразрядная трубка, а в US 5594456, US 5963169, US 5990837, US 6369763 - прямая. Но существенным недостатком данных конструкций является необходимость дополнительного источника высокого напряжения для создания плазмы в газоразрядной трубке, что требует надежной развязки ВЧ сигнала и импульса высокого напряжения для защиты передающего и приемного устройства. К тому же данный подход сильно увеличивает массогабаритные характеристики системы и количество потребляемой электроэнергии.

Известна плазменная антенна, принятая за прототип, представляющая собой безэлектродную диэлектрическую газоразрядную трубку с металлическим кольцевым электродом вокруг нее, подключенной через схему согласования к ВЧ генератору (WO/2000/021156 (A1), 13.04.2000). Ионизация газа в трубке для создания плазмы происходит за счет подаваемой энергии от ВЧ генератора с помощью поверхностной волны. Электрод создает электромагнитное поле в трубке, которое в свою очередь возбуждает поверхностную электромагнитную волну. Изменение диаграммы направленности (ДН) и рабочей длины антенны (соответственно рабочей частоты) достигается регулировкой плотности плазмы, диэлектрических свойств плазмы и длины распространения поверхностной волны по трубке с помощью подводимой от генератора ВЧ мощности, частоты и фазы сигнала, прикладываемым магнитным полем, а также парциальным давлением составляющих газовой смеси. Рабочий частотный диапазон этой антенны - 1…150 МГц, требуемая мощность генератора (передатчика) - менее 200 Вт, рабочий газы - инертные газы, кислород, давление газа ~10-3 мм рт.ст.

Недостатками прототипа являются узкий и низкий диапазон частот, высокая требуемая мощность генератора и непрочность конструктивного соединения газоразрядной трубки с электродом и их крепления.

Задачей данного изобретения является создание плазменной антенны с новой системой возбуждения в более широком диапазоне частот, снижение необходимой мощности ВЧ передатчика до уровня не выше 50 Вт, повышение надежности конструкции, дополнительные возможности по регулировке характеристик антенны.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в создании плазменной приемопередающей антенны с коаксиально-фидерной системой возбуждения в более широком диапазоне частот, с изменяемыми характеристиками, низким уровнем требуемой мощности ВЧ передатчика минимальной эффективной площадью рассеяния (ЭПР) в режиме радиомолчания.

Технический результат достигается тем, что плазменная вибраторная антенна содержит безэлектродную газоразрядную трубку, размещенную в фидерном тракте, экран и передающее устройство, при этом в фидерном тракте установлен поршень с возможностью изменения положения, экран размещен на торце фидерного тракта, а передающее устройство подсоединено к фидерному тракту посредством тройника. Газоразрядная трубка в фидерном тракте крепится с помощью диэлектрического изолятора. Антенна дополнительно содержит полосозаграждающий фильтр и приемное устройство, последовательно подключенные к тракту через тройник.

На фиг.1 представлена конструкция антенны. На фиг.2 - схема приема сигнала на антенну.

Предлагаемая антенна основана на принципе ионизации газа полем ВЧ волны, поступающим от передатчика (ВЧ генератора), и формировании поверхностной волны на столбе незамагниченной плазмы.

Конструктивно антенна представляет собой несимметричный вибратор, состоящий из безэлектродной диэлектрической газоразрядной трубки 1, металлического экрана 2, фидерного тракта 3 с подвижным поршнем 10, коаксиального тройника 4, диэлектрического изолятора 5 (тефлоновой шайбы) для крепления трубки, через тройник с помощью коаксиального кабеля к антенне подсоединен ВЧ передатчик 6. Такая конструкция обусловлена большой надежностью крепления и установки антенны. Также кроме регулировки рабочей частоты антенны при изменении длины поверхностной волны на трубке в данной конструкции возможна перестройка рабочей частоты антенны при изменении положения трубки в фидерном тракте 3 с помощью поршня. В этой же конструкции получено значительное снижение ВЧ мощности, требуемой от генератора. С помощью металлического экрана 2 формируется несимметричная четвертьволновая вибраторная антенна (несимметричный диполь), близкая по своим параметрам к полуволновой симметричной вибраторной антенне.

Ниже описан принцип работы заявляемой антенны. ВЧ мощность от генератора 6 по кабелю через тройник 4 поступает в коаксиальный фидерный тракт 3, через торец которого осуществляется ионизация газа в трубке 1 разрядом, формирование плазмы и возбуждение азимутально-симметричной поверхностной волны Е0. В плазме устанавливается ВЧ ток, и происходит излучение электромагнитной волны в окружающее пространство. Ионизация плазмы и излучение электромагнитной волны происходит на одной частоте. Рабочая длина плазменного вибратора (соответственно рабочая частота антенны) может изменяться с помощью перемещения регулировочного поршня на заднем торце фидерного тракта 3, изменения протяженности длины плазменного столба в газоразрядной трубке, вариации плотности плазмы в газоразрядной трубке. Также можно изменять ДН и частотные резонансные свойства антенны при изменении плотности плазмы регулировкой ВЧ мощности, подаваемой с передатчика.

В качестве рабочих газоразрядных трубок используются трубки с радиусом ra=1 см и длиной la=40 см и следующими газами и смесями: аргон при давлении ≥3·10-3 мм рт.ст., смесь аргона с парами ртути (упругость пара при комнатной температуре p<10-2 мм рт.ст.), воздух при давлении ≥3·10-3 мм рт.ст. Ионизация газа и формирование плазмы плотностью 1011 см-3 происходят при мощности ВЧ передатчика: для смеси аргона и паров ртути - 20 Вт, для аргона - 15 Вт, для воздуха - 42 Вт. Диапазон рабочих частот антенны (по результатам испытаний) 30…500 МГц, он определяется рабочим диапазонам передатчика (генератора). Эффективная площадь рассеяния (ЭПР) газоразрядной трубки, входящей в состав антенны в режиме радиомолчания приемопередающей системы (без плазмы в трубке) σ≤0,01 м2, металлические вибраторные антенны аналогичной конструкции имеют ЭПР σ≈0,7 м2. Время включения антенны (формирования плазмы в трубке) ≈1 мкс, время выключения антенны (деионизации плазмы) ≈10 мкс.

Прием сигнала на антенну осуществляется по схеме, изображенной на Фиг.2. Она отличается от Фиг.1 подключением к фидерному тракту 3 через коаксиальный тройник 7 и полосозаграждающий фильтр (ПЗФ) 8 приемного устройства 9. Так как плазменная антенна формируется с помощью излучения передатчика 6, то прием сигнала на эту же антенну возможен при смещении частоты приема fпр относительно рабочей частоты передатчика 6. Для подавления полосы передатчика 6 в канале приема используется ПЗФ. Ширина диапазона частот подавления ПЗФ не должна превышать Δf≤0,2f0, а отстройка принимаемой частоты fпр от рабочей частоты передатчика f0 6 должна быть fпр+f0≤2 Δf. Для унификации системы связи можно использовать два одинаковых приемопередатчика. Эффективность плазменной вибраторной антенны в режиме приема, определявшаяся как отношение амплитуд сигналов на входном сопротивлении приемника для плазменной и металлической антенн, η=0,85…0,95.

1. Плазменная вибраторная антенна, характеризующаяся тем, что содержит безэлектродную газоразрядную трубку, размещенную в фидерном тракте, экран и передающее устройство, при этом в фидерном тракте установлен поршень с возможностью изменения положения, экран размещен на торце фидерного тракта, а передающее устройство подсоединено к фидерному тракту посредством тройника.

2. Антенна по п.1, характеризующаяся тем, что газоразрядная трубка в фидерном тракте закреплена с помощью диэлектрического изолятора.

3. Антенна по п.1, характеризующаяся тем, что дополнительно содержит полосозаграждающий фильтр и приемное устройство, последовательно подключенные к фидерному тракту через тройник.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике микроволнового диапазона, может быть использовано в зондирующих устройствах радиолокационного диагностического оборудования и предназначено для формирования волновых пучков излучения, обеспечивающих различную степень локализации облучения объекта диагностики, расположенного в ближней и промежуточной зонах излучателя.
Изобретение относится к области нанесения на подложки металлических покрытий, а именно к нанесению электропроводящего слоя на полимерную или бумажную подложку при изготовлении антенн, работающих в диапазоне ультравысокой частоты.

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.

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.

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.

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

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).

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

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 радиотехнике сверхвысоких частот, а именно к линейным антеннам вытекающей волны на основе круглого волновода с заполнением и решеткам из них, 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, включая летательные аппараты. Технический результат - осуществление электронного управления максимумом диаграммы направленности антенны вытекающей волны на основе круглого волновода с продольной щелью. Для этого антенна вытекающей волны содержит круглый, заполненный диэлектриком волновод с продольной щелью, симметрично суживающейся от центра к краям, поглощающую нагрузку, размещенную непосредственно у короткозамкнутого конца волновода, кольцевые разомкнутые электроды, тонкие по сравнению с рабочей длиной волны, размещенные внутри волновода на равных расстояниях друг от друга, отделенные от него диэлектрической пленкой, разрез каждого из кольцевых разомкнутых электродов выполнен в районе расположения продольной щели. Кольцевые разомкнутые электроды посредством шин питания, тонких по сравнению с рабочей длиной волны, изолированных от волновода, подключены к внешнему источнику постоянного напряжения. В качестве диэлектрика, заполняющего волновод, использован материал, обладающий сегнетоэлектрическим эффектом, изменяющий диэлектрическую проницаемость под воздействием приложенного напряжения. 9 ил.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкодиапазонным антеннам вертикальной поляризации. Технический результат состоит в том, чтобы получить достаточно широкую полосу рабочих частот и равномерное значение коэффициента стоячей волны (КСВ), которые увеличиваются с ростом рабочей частоты более, чем октава. Для этого широкополосная антенна на отрезках длинных линий со структурной неоднородностью состоит из металлического полого цилиндра 4, металлической перемычки 5, металлического Т-образного стержня 6 и металлического полого цилиндра 3 большого диаметра. При этом коаксиальный кабель 1 центральной жилой 2 взаимодействует с металлическим полым цилиндром 4, а внешней оплеткой 7 взаимодействует с металлическим Т-образным стержнем 6 в месте пересечения продольной и поперечной частей. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в приемо-передающих устройствах. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот, улучшение диаграммы направленности, упрощение конструкции и уменьшение размеров антенны. Для этого устройство состоит из высокочастотного соединителя, излучающего коаксиального кабеля, оплетки из металлических проводников, металлического кольца, двух резисторов нагрузки, центрального проводника, размещенного соосно внутри оплетки излучающего коаксиального кабеля, защитной изолирующей оболочки. Формирование электромагнитной шумовой помехи осуществляется посредством имеющихся в оплетке излучающего коаксиального кабеля множества нерезонансных волноводных элементов антенны, равномерно распределенных по всей поверхности излучающего коаксиального кабеля, вызывающих излучение вдоль пути распространения направленной волны шумового сигнала. Антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля излучает широкополосную шумовую помеху и может быть использовано как составная часть системы радиоэлектронного подавления и противодействия для защиты информации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для изготовления волноводно-щелевых антенн. Сущность изобретения заключается в том, что волноводно-щелевая антенна состоит из отрезка прямоугольного волновода, в одной из узких стенок которого выполнены наклонные щели и дополнительные щели, причем каждой из наклонных щелей соответствуют две дополнительные щели, которые расположены к ней под прямым углом и по разные стороны, при этом каждый из концов наклонной щели совпадает с концом дополнительной щели. Технический результат: обеспечение возможности упрощения конструкции при одновременном сохранении ее технических характеристик. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике. Конструкция содержит волноводно-микрополосковый переход, в котором согласующий элемент выполнен в виде гребнеобразной конструкции со ступеньками различной высоты. Соединение с корпусом выполнено запрессовкой гребней в сквозные пазы и опаиванием овального буртика гребня по периметру. Установка гребней выполняется после того, как выполнена внутренняя конфигурация корпуса сложной формы. Съемный гребень позволяет менять форму и размеры ступеней, не проводя изменений в размерах корпуса. Гребни имеют сужение в виде симметричных плоских или клиновидных срезов в области контакта с микрополосковой линией. Контакт гребней и проводника обеспечивается с помощью соответствующей перемычки. Технический результат - уменьшение габаритных размеров перехода от волновода к микрополоскому проводнику. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к волноводно-щелевым антеннам. Волноводно-щелевая антенная решетка состоит из образующих решетку линеек. Каждая линейка заканчивается боковым волноводно-коаксиальным переходом, который возбуждает полуволновую поперечную щель в узкой стенке линейки, для чего на стержне волноводно-коаксиального перехода перед щелью установлен штырь. При этом волновод выполнен прямоугольным. Прямоугольная поперечная щель выполнена на конце волновода. При работе волновод разделяет подведенную мощность на ответвленную, проходящую и отраженную, а фаза излученной оконченным излучателем волны определяется длиной пути волноводной волны от предпоследней щели до излучателя с учетом длины волны в волноводно-коаксиальном переходе. Технический результат - увеличение коэффициента полезного действия, коэффициента усиления антенны. 3 ил.

Устройство относится к измерителям уровня наполнителя в резервуарах, емкостях и т.д., вВ частности, к радарному детектированию параметров процесса, связанных с расстоянием до поверхности содержимого в резервуаре с помощью электромагнитных волн. Многоканальный радарный уровнемер содержит первый и второй функционально независимые блоки электрических схем, которые имеют приемопередающую схему и обрабатывающую схему. Уровнемер содержит передающий линейный зонд, соединенный с указанными блоками электрических схем. Указанный передающий линейный зонд проходит вглубь содержимого резервуара и обеспечивает возможность распространения первой и второй мод передачи. Устройство также содержит фидерный блок, подключенный для подачи в зонд электромагнитных сигналов первой и второй моды распространения. Технический результат заключается в разработке уровнемера с несколькими функционально независимыми каналами, использующего передающий линейный зонд, обеспечивающий большую надежность показаний. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх