Антенна с эллиптической поляризацией



Антенна с эллиптической поляризацией
Антенна с эллиптической поляризацией
Антенна с эллиптической поляризацией

 

H01Q9/00 - "Короткие" (в электрическом смысле) антенны с размерами, не превышающими удвоенную рабочую длину волны и составленные из электропроводящих активных излучающих элементов (петлевые антенны H01Q 7/00; волноводные рупоры или раструбы H01Q 13/00; щелевые антенны H01Q 13/00; комбинированные конструкции из активных элементов со вторичными устройствами, выполняемые с целью формирования требуемой диаграммы направленности антенны H01Q 19/00; комбинированные конструкции из двух и более активных элементов H01Q 21/00)

Владельцы патента RU 2566652:

Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" (АО "Корпорация "ВНИИЭМ") (RU)

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам для космических аппаратов (КА), функционирующих на орбите высотой от 400 км до 1000 км. Диаграмма направленности (ДН) таких антенн должна иметь максимум в направлениях ±(60°÷70°) и коэффициент эллиптичности (КЭ) не менее 0.4 в секторе углов от -70° до 70° от оси антенны. Техническим результатом является создание антенны (для КА) с возможностью максимального излучения электромагнитных волн с эллиптической поляризацией под углами ±(60°÷70°) от оси антенны. Антенна космического аппарата содержит отражатель, вспомогательное зеркало и расположенный соосно с ними излучатель в виде открытого конца круглого волновода диаметром dB. Отражатель выполнен из нескольких соосных и примыкающих к друг другу металлических поверхностей усеченных конусов, при этом большее основание каждого предыдущего конуса является меньшим основанием каждого последующего конуса, а меньшее основание первого конуса образовано открытым концом круглого волновода, над которым на высоте h=dB÷2.5dB закреплено вспомогательное зеркало, выполненное в виде металлического диска диаметром dЗ≤1.2dB. При выполнении отражателя в виде трех соосных поверхностей усеченных конусов угол при основании первого конуса составляет 0°<β<15°, угол при основании второго конуса составляет 20°≤γ≤75°, а угол при основании третьего конуса составляет 1°≤α≤20°. При β=0°, когда отражатель состоит из 2-х конусов, углы при основании конусов находятся в следующих диапазонах 1°≤α≤5° и 40°≤γ≤50°. За счет предложенной многоконусной формы поверхности отражателя, а также размещения плоского вспомогательного зеркала над отражателем обеспечивается оптимальная ДН антенны с требуемым коэффициентом эллиптичности более 0.4 и с максимальным излучением в секторе углов ±(60°÷70°), что позволяет использовать эту антенну на космическом аппарате. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам для космических аппаратов (КА), функционирующих на орбите высотой от 400 км до 1000 км. Диаграмма направленности (ДН) таких антенн должна иметь максимум в направлениях ±(60°÷70°) и коэффициент эллиптичности (КЭ) не менее 0.4 в секторе углов от -70° до 70° от оси антенны.

Известны спиральные антенны фирмы RUAG (Aerospace Defence Teclmology) (http://wvm.raag.comyde/Space/Products/Satellite_Corrmiuniennas/xband_helix_antenna2) [1], имеющие максимум ДН в направлении ±60° с коэффициентом усиления в этом направлении не более 5 дБ и 3÷4 дБ в направлении ±70°, коэффициентом эллиптичности не менее 0.4. Графики угловой зависимости представлены на сайте Фимы RUAG по ссылке [1].

Недостатком таких антенн является недостаточный коэффициент усиления (КУ).

Известны волноводные рупорные антенны излучающие электромагнитные волны с эллиптической поляризацией, максимально излучающие по нормали, см., например, «Антенны УКВ». Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч., 4.1. М., ″Связь″, 1977, с. 269-274 [2].

КУ этой антенны в направлениях ±(60°÷70°) от ее оси составляет менее 0 дБ, что неприемлемо для антенн КА.

Известны также антенны с излучателем в виде открытого конца цилиндрического волновода, установленного в коническом отражателе, снабженные вспомогательным параболическим зеркалом. Диаметр зеркала равен диаметру основания конуса отражателя. Угол при вершине конуса, определяет направление максимума ДН, см. «Распространение радиоволн», IВЦ «Видавництво «Полiтехнiка»», 2003. - Т. 1, «Антенные и частотно-избирательные устройства», с. 242, рис 2.109 [3].

Указанная антенна является наиболее близким аналогом и выбрана в качестве прототипа предложенного изобретения.

Недостатком [3] является невозможность реализации необходимого КУ излучения в направлениях до ±(60°÷70°) из-за существенного затенения указанной области вспомогательным зеркалом.

Задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является создание антенны (для КА) с эллиптической поляризацией с максимумами излучения в направлениях ±(60°÷70°) и КЭ не менее 0.4 в секторе углов от -70° до 70° от оси антенны.

Решение указанной задачи обеспечивается тем, что в антенне космического аппарата, содержащей отражатель, вспомогательное зеркало и расположенный соосно с ними излучатель в виде открытого конца круглого волновода диаметром dB, согласно изобретению отражатель выполнен из нескольких соосных и примыкающих к друг другу металлических поверхностей усеченных конусов, при этом большее основание каждого предыдущего конуса является меньшим основанием каждого последующего конуса, а меньшее основание первого конуса образовано открытым концом круглого волновода, над которым на высоте h≤2.5dB закреплено вспомогательное зеркало, выполненное в виде металлического диска диаметром dЗ≤1.2dB. При выполнении отражателя в виде трех соосных поверхностей усеченных конусов угол при основании первого конуса составляет 0°≤β≤15°, угол при основании второго конуса составляет 20°≤γ≤75°, а угол при основании третьего конуса составляет 1°≤α≤20°. При β=0°, в когда отражатель состоит из 2-х конусов, углы при основании конусов находятся в следующих диапазонах 1°≤α≤5° и 40°≤γ≤50°.

Техническим результатом настоящего изобретения является то, что за счет предложенной многоконусной формы поверхности отражателя, а также размещения и формы вспомогательного зеркала обеспечивается расширение ДН антенны с максимальным излучением в направлении ±(60°÷70°) и КЭ более 0.4 в секторе углов от -70° до 70° относительно оси антенны.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:

на фиг. 1 показан общий вид антенны (с продольным разрезом); на фиг. 2 и 3 представлены угловые зависимости усиления и коэффициента эллиптичности предлагаемой антенны.

Позиции, показанные на фиг. 1, означают следующее:

антенна: 1 - излучатель; 2 - цилиндрический волновод; 3 - конический отражатель; 4 - вспомогательное зеркало; 5 - тонкостенная диэлектрическая трубка, которая является стойкой вспомогательного зеркала.

Предложенная антенна состоит из излучателя 1, выполненного в виде открытого конца цилиндрического волновода 2, диаметром - dB. Цилиндрический волновод 2 установлен в металлическом коническом отражателе 3, над которым расположено вспомогательное плоское зеркало 4, закрепленное посредством стойки в виде тонкостенной диэлектрической трубки 5. Зеркало 4 расположено симметрично и перпендикулярно относительно оси конического отражателя 3, который может быть выполнен в виде конической поверхности, образованной двумя усеченными конусами, или в виде конической поверхности, образованной тремя усеченными конусами (в первом случае β=0°, см. ниже). Вспомогательное зеркало 4 выполнено в виде металлического диска (с диаметром d3), расположенного симметрично на высоте h над излучателем 1 волновода 2.

В соответствии с настоящим изобретением, при наличии трех усеченных конусов величина h=dB÷2.5dB, а углы α1=α, α2=γ, α3=β, для которых необходимо выполнение условий 1°≤α≤20°, 20°≤γ≤75°, 0°≤β≤15°. При β=0° (2 усеченных конуса), 1°≤α≤5° и 40°≤γ≤50°.

В соответствии с настоящим изобретением работа антенны осуществляется следующим образом.

Электромагнитные волны с эллиптической поляризацией, излучаемые открытым концом круглого волновода, рассеиваются вспомогательным зеркалом главным образом в направлении отражателя, который переизлучает падающую на него волну таким образом, что в дальней зоне формируется широкоугольная круговая ДН с максимумами излучения в направлениях ±(60°÷70°) от оси устройства.

Угловые зависимости коэффициента усиления (КУ) и коэффициента эллиптичности антенны, представленные на фиг. 2 и 3, показаны для рабочей частоты 8.2 ГГц для отражающей поверхности из 3-х конусов и следующих конструктивных параметров: Dk=320 мм, диаметр основания 2-го конуса равен 102 мм, dЗ≤1.2dB. Из этих зависимостей следует, что КУ предложенной антенны с эллиптической поляризацией КАДЗЗ в направлениях ±(60°÷66°) равен 5.8-6.3 дБ, а в направлениях ±(67°÷70°) - 5.6-5 дБ, т.е. на (1.7÷1.5) дБ больше, чем у аналога, а коэффициент эллиптичности при этом не менее 0.4 в секторе углов от -70° до 70° относительно оси антенны.

Таким образом, многоконусная форма поверхности отражателя и размещение плоского вспомогательного зеркала над отражателем обеспечивают оптимальную ДН антенны с требуемым коэффициентом эллиптичности (более 0.4) и с максимальным излучением в секторе углов ±(60°÷70°), что позволяет использовать эту антенну на КА.

Литература

1. http://www.ruag.com/de/Space/Products/Satellite_Communication_Equipment/Antennas/xband_helix_antenna2.

2. «Антенны УКВ». Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч., 4.1. М., ″Связь″, 1977, 384 с. с ил.

3. Микроволновые устройства телекоммуникационных систем/ М.З. Згуровский, М.Е. Ильченко, С.А. Кравчук и др.: В 2 т. - К.: IВЦ «Видавництво», «Полiтехнiка», 2003. - Т. 1: Распространение радиоволн. Антенные и частотно избирательные устройства. - 456 с.: ил.

1. Антенна космического аппарата, содержащая отражатель, вспомогательное зеркало и расположенный соосно с ними излучатель в виде открытого конца круглого волновода диаметром dВ, отличающаяся тем, что отражатель выполнен из нескольких соосных и примыкающих к друг другу металлических поверхностей усеченных конусов, так что большее основание каждого предыдущего конуса является меньшим основанием каждого последующего конуса, а меньшее основание первого конуса образовано открытым концом круглого волновода, над которым на высоте h=dВ÷2.5dВ закреплено вспомогательное зеркало, выполненное в виде металлического диска диаметром dЗ≤1.2dВ.

2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что при выполнении отражателя в виде трех соосных поверхностей усеченных конусов, угол при основании первого конуса составляет 0°<β≤15°, угол при основании второго конуса составляет 20°≤γ≤75°, а угол при основании третьего конуса составляет 1°≤α≤20°.

3. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что при двухконусном выполнении отражателя β=0°, углы α и γ при основании этих конусов составляют 1°≤α≤5° и 40°≤γ≤50°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и бортовая коротковолновая антенна (БКВА) подвижного объекта (ПО) может быть использована в качестве передающей ненаправленной антенны для работы как ионосферными, так и поверхностными волнами совместно с KB радиостанцией средней мощности, установленной на борту ПО.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к дипольным антеннам с отражающим экраном с полунаправленной диаграммой направленности, и может быть использовано в технике связи для приема сигналов навигационных систем и для организации приемо-передающего канала с Землей в командно-телеметрических системах.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве приемной и/или передающей УКВ антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для исследования магнитосферы Земли и для задач дальней НЧ радиосвязи. Технический результат - повышение мощности НЧ источника электромагнитного излучения, улучшение качества НЧ радиосвязи.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в качестве приемной и/или передающей антенны совместно с широкополосными радиостанциями. Технический результат - расширение рабочего диапазона путем обеспечения функционирования антенны в диапазоне низких частот.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в качестве приемной и/или передающей антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемных и/или передающих антенн широкодиапазонных УКВ-радиостанций и навигационных систем типа "GPS" и "ГЛОНАСС".

Изобретение относится к радиосвязи и предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи в ВЧ- и ОВЧ-диапазонах.

Изобретение относится к сверхширокополосной (СШП) радиолокации и может быть использовано для решения задач, требующих определения трехмерной формы объектов или определения положения объектов.

Антенна // 2492560
Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антеннам сферическо-спиральной конструкции, и может быть использовано в составе беспроводных систем связи и передачи данных, а также в системах телеметрии.

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи в УВЧ- и СВЧ-диапазонах. Технический результат - многократное использование площади, занимаемой антенной, что способствует увеличению направленности антенны на некоторых частотах. Для этого предлагается совмещенная многовибраторная микрополосковая антенна, состоящая из объединенных в симметричные вибраторы пар плеч, выполненных в виде тонкого слоя металла, нанесенного на непроводящую подложку. При этом пары плеч имеют различные размеры, причем большие плечи имеют полую форму, а пары плеч меньшего размера могут быть целиком размещены внутри плеча симметричного вибратора большего размера. 2 ил.

Использование: для передающей или приемной антенны летательного аппарата в дециметровом диапазоне длин волн. Сущность изобретения заключается в том, что вибраторная антенна содержит излучатель, размещенный над экраном, коаксиальный соединитель, размещенный под экраном и включающий центральный проводник, при этом вдоль продольной оси антенны дополнительно установлен корпус антенны, в котором между излучателем и коаксиальным соединителем установлено согласующее устройство, включающее центральный проводник и изолятор, расположенный между корпусом антенны и центральным проводником, при этом излучатель и центральные проводники согласующего устройства и коаксиального соединителя выполнены за одно целое, излучатель и часть корпуса антенны, расположенная над экраном, опрессованы радиопрозрачным теплозащитным материалом, а корпус антенны выполнен с возможностью фиксирования в экране, часть корпуса антенны, расположенная под экраном, выполнена в виде внешнего контакта коаксиального соединителя. Технический результат: упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, уменьшение габаритов, улучшение эксплуатационных характеристик, повышение надежности. 4 ил.

Изобретение относится к малогабаритной сверхнаправленной антенне ВЧ диапазона с кардиоидной диаграммой направленности (ДН), предназначенной для использования в конструкциях малогабаритных направленных антенных систем, включая ФАР ВЧ диапазона. Технический результат - повышение эффективности и качества согласования кардиоидной антенны в широком диапазоне частот за счет реализации сверхнаправленности и эффекта бегущей волны. Для этого антенна включает двухпроводную линию с бегущей волной, где роль излучающих элементов, формирующих ДН, выполняют вертикальные отрезки, в один из которых включен малошумящий усилитель или генератор, а в другой - нагрузка, согласованные с линией, что снижает реактивность антенны и улучшает ее согласование с радиосредствами. Для увеличения действующей высоты и коэффициента усиления излучателя двухпроводной линии может быть придана форма малогабаритного ромбического излучателя с нагрузкой при расположении плоскости ромба вертикально относительно земли, и предусмотрено включение в механизм излучения, помимо вертикальных проводов, также всех сторон ромба пропорционально проекциям векторов тока на вертикальную ось координатной системы. 4 ил.

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в приемопередающей радиоаппаратуре, преимущественно в средневолновых и коротковолновых системах радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в повышении мощности излучения при сохранении малых габаритов антенны. Малогабаритная резонансная рамочная коаксиальная антенна состоит из схемы настройки и согласования и коаксиального излучателя. Схема настройки и согласования содержит настроечные катушки индуктивности L1-LN+2, настроечные конденсаторы переменной емкости C1-CN+2, разделительный конденсатор Ср, трансформатор Тр. Коаксиальный излучатель состоит из N+1 коаксиальных рамок, соединенных между собой на концах оболочками электрически так, что образуется общая оболочка. Коаксиальный излучатель подключен к настроечным конденсаторам переменной емкости C1-CN+2 общей оболочкой и внутренними проводниками каждой рамки в отдельности с одного конца и к настроечным катушкам индуктивности L1-LN+2 - с другого. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Планарная фазированная антенная решетка с формированием и сканированием луча содержит: планарный волновод, образованный верхним и нижним проводящими экранами с диэлектрическим слоем между ними; фазированную решетку, содержащую излучатели для формирования фронта электромагнитной волны внутри планарного волновода; по меньшей мере одну заднюю отражающую структуру, расположенную позади фазированной решетки; по меньшей мере одну отклоняющую структуру, выполненную в диэлектрическом слое таким образом, чтобы отклонять фронт электромагнитной волны внутри волновода, при этом значение диэлектрической проницаемости упомянутой отклоняющей структуры не равно значению диэлектрической проницаемости упомянутого диэлектрического слоя волновода. Верхний проводящий экран может быть короче нижнего проводящего экрана. Планарная фазированная антенная решетка может дополнительно содержать средство для преобразования вертикально поляризованной волны в упомянутом планарном волноводе в горизонтально поляризованную пространственную волну, формируемую вдоль внешней границы планарного волновода. Технический результат заключается в возможности получения компактной фазированной антенной решетки, обеспечивающей максимальный угол сканирования луча не меньше ±75 градусов. 3 н., 64 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Заявленный промежуточный возбудитель коротковолновой антенны подвижного объекта содержит индуктивный проводник, размещенный в экранированном подкрышевом пространстве подвижного объекта и подключенный одним концом к блоку дискретных реактивных нагрузок, а другим - через блок настройки и согласования к выходу бортовой коротковолновой радиостанции, причем периферийные трети индуктивного проводника, размещенного в подкрышевом пространстве, выполнены в виде сосредоточенных индуктивных нагрузок. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот без увеличения габаритов подкрышевого пространства подвижного объекта и без снижения уровня трансформаторной связи с корпусом подвижного объекта. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике и, в частности, предназначена для работы с УКВ радиостанциями, размещенными на подвижных объектах: летательных аппаратах (ЛА), автомобилях и т.п. Техническим результатом является разработка самолетной УКВ антенны, обеспечивающей более широкодиапазонную работу по согласованию. Самолетная УКВ антенна состоит из нижней 1 и верхней 2 частей, разделенных диэлектрической вставкой 3. Нижняя часть 2 выполнена в виде полого проводника, в полости которого размещены два отрезка 5, 6 коаксиального фидера, выполняющие роль трансформирующих элементов, нижние концы которых соответственно подключены к соответствующим входам сумматора 7, обеспечивающего согласование их суммарного сопротивления с волновым сопротивлением фидера 11 от бортовой радиостанции. Экранные оболочки отрезков 5, 6 электрически соединены друг с другом и с верхней кромкой нижней части 1 антенны, а их центральные проводники подключены к верхней части 2 антенны. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании малогабаритных широко перестраиваемых антенных устройств для аппаратуры связи и передачи данных в СВ, KB диапазонах частот. Антенна содержит первый (1) и второй (2) соосно расположенные токопроводящие цилиндры, катушку индуктивности (4), а также N коммутаторов (4) и N дополнительных цилиндров (3), соосно расположенных с первым (1) и вторым (2) токопроводящими цилиндрами, соединенными таким образом, что в совокупности они образуют колебательный контур, настроенный на частоту излучаемого или принимаемого сигнала. Первый вывод катушки индуктивности (4) подключен к первому цилиндру (1), второй вывод катушки индуктивности (4) подключен к центральному проводнику (6) фидерной линии (7), питающей антенну, а к оплетке фидерной линии (7) подключен второй цилиндр (2). Второй цилиндр (2) расположен между первым цилиндром (1) и катушкой индуктивности (4). Дополнительные цилиндры (3) все вместе или в определенной комбинации, каждый через отдельный коммутатор из N коммутаторов (5), могут иметь электрическое соединение со вторым цилиндром (2), тем самым увеличивая длину второго цилиндра (2). Технический результат заключается в увеличении перестройки резонансной частоты антенны при сохранении эффективности, что позволяет обеспечить надежную связь в СВ, KB диапазонах частот мобильным и стационарным абонентам. 2 ил.
Наверх