Широкополосная система "антенна-обтекатель"

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к широкополосным системам «антенна-обтекатель», предназначенным для работы в совмещенных диапазонах. Широкополосная система «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных частотных некратных диапазонах содержит обтекатель со стенкой из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, у которого электрическая толщина стенки для среднего угла падения плоской волны на обтекатель на нижней кратной частоте, расположенной ниже средней частоты нижнего рабочего диапазона на величину, равную сумме четверти от средней частоты верхнего рабочего диапазона и половины средней частоты нижнего рабочего диапазона, кратна π, причем внутренний и внешний слои выполнены с профилем по толщине, подобранным при доводке на радиотехническом стенде. Технический результат заключается в снижении искажений, вносимых стенкой в фазу поля падающей волны. 18 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к широкополосным системам «антенна-обтекатель», предназначенным для работы в совмещенных диапазонах.

Известна широкополосная система «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных некратных диапазонах, содержащая диэлектрический корпус в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, с симметричной трехслойной стенкой из термостойкого диэлектрика [Каплун В.А. Обтекатели антенн СВЧ. М, Советское радио, 1974 г., 238 с.]. В представленном решении значения электрической толщины фазовой длины многослойной конструкции стенки обтекателя выбираются соответствующие средней длине волны между длиной волны на средней частоте верхнего и длиной волны на частоте нижнего диапазонов.

Структура стенки обтекателя состоит из слоев материалов с известными значениями диэлектрической проницаемости. Геометрическая толщина стенки подбирается эквивалентной полуволновой электрической толщине на средней по диапазону резонансной частоте.

Известно, что реализация на одной частоте полуволновой электрической толщины стенки, за счет резонансного согласования стенки со свободным пространством, позволяет получить минимальный уровень искажения фазы прошедшего через обтекатель поля падающей волны.

Обтекатель с резонансной полуволновой стенкой, изготовленный по данному техническому решению, вносит минимально возможные искажения в поле падающей волны на резонансной частоте, но пропорционально увеличению рабочей полосы значительно возрастает величина искажений, вносимых обтекателем в поле падающей волны.

Известна оболочка обтекателя для работы в двух диапазонах разнесенных радиоволн, которая выбирается оптимальной по радиопрозрачности в области пересечения зависимостей коэффициента прохождения на средней частоте между первым и вторым диапазонами [Гуртовник И.Г., Соколов В.Н., Трофимов Н.Н., Шалгунов С.Г. Радиопрозрачные изделия из стеклопластиков. - М.: Мир, 2002. - 368 с. 237 стр. Рисунки 7.4.4, 7.4.5, 7.4.6].

Недостатком этого решения является то, что, используя в конструкции обтекателя стенку по этому решению, невозможно реализовать оптимальные условия прохождения в широкой полосе частот, потому что условия выбора структуры стенки соответствуют только одной частоте.

Наиболее близким к заявляемому решению является широкополосная система «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных диапазонах, содержащая широкополосную антенну и обтекатель со стенкой из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, отличающаяся тем, что электрическая толщина стенки обтекателя соответствует половине длины волны на средней частоте верхнего диапазона и четверти длины волны на средней частоте нижнего диапазона по патенту РФ [№2459324 H01Q 1/42. Широкополосная система "антенна-обтекатель» авторов Крылова В.П., Подольхова И.В., Ромашина В.Г.].

Выбор кратных частот совмещенных диапазонов позволяет выполнить кратными четверти длины волны эффективную электрическую толщину стенки обтекателя, удовлетворяя на частотах разнесенных диапазонов оптимальным условиям прохождения волны через обтекатель и тем самым обеспечивая наилучшие радиотехнические характеристики системы «антенна-обтекатель».

Недостатком прототипа является то, что не всегда возможно выбрать средние частоты совмещенных диапазонов кратными. Если частоты совмещенных диапазонов не кратны друг другу, то выбранная геометрическая толщина стенки обтекателя также не является оптимальной для всех частотных диапазонов работы системы «антенна-обтекатель», что приводит к резкому ухудшению радиотехнических характеристик.

Задачей изобретения является улучшение радиотехнических характеристик при создании широкополосных систем «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных не кратных частотных диапазонах.

Решение задачи достигается тем, что предлагается широкополосная система «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных частотных диапазонах, содержащая обтекатель со стенкой из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, отличающаяся тем, что электрическая толщина стенки для среднего угла падения плоской волны на обтекатель на нижней кратной частоте, расположенной ниже средней частоты нижнего рабочего диапазона на величину, равную сумме четверти от средней частоты верхнего рабочего диапазона и половины средней частоты нижнего рабочего диапазона, кратна π, причем стенка выполнена с профилем по толщине, подобранным при доводке на радиотехническом стенде.

Авторы провели расчеты и установили, что использование в широкополосной системе «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных некратных диапазонах обтекателя, имеющего электрическую толщину стенки для среднего угла падения плоской волны на обтекатель на нижней кратной частоте, расположенной ниже средней частоты нижнего рабочего диапазона на величину, равную сумме четверти от средней частоты верхнего рабочего диапазона и половины средней частоты нижнего рабочего диапазона, кратна π, позволяет настроить работу системы «антенна-обтекатель» на некратные рабочие диапазоны, снизив искажения, вносимые стенкой в фазу поля падающей волны, и заметно улучшить радиотехнические характеристики всей системы.

Для подтверждения преимуществ предложенного решения проведены расчетные эксперименты, результаты которых представлены ниже.

Авторы установили, что достижение приемлемых радиотехнических характеристик заявляемой системы «антенна-обтекатель» достигается минимизацией искажений, вносимых обтекателем в поле падающей волны.

Основные искажения в поле падающей волны вносит стенка обтекателя, поэтому оптимальный выбор структуры стенки позволяет улучшить радиотехнические характеристики всей системы.

Для обеспечения широкополосности в системе «антенна-обтекатель», которые невозможно решить использованием в конструкции оболочки однослойной монолитной стенки, применяют более широкополосные многослойные стенки, имеющие более высокий коэффициент прохождения в широкой полосе частот.

Технология изготовления многослойных стенок из термостойких материалов очень трудоемка из-за высоких требований, предъявляемых к точности изготовления слоев и сложности процесса их соединения в единую конструкцию.

Предлагаемое решение может быть использовано для любого количества слоев, но применение решения рассмотрим на примере наиболее оптимальной с точки зрения практической реализации трехслойной конструкции стенки.

Определение структуры стенки, соответствующей наибольшему коэффициенту прохождения из минимальных, проводилось решением задачи поиска оптимальной структуры многослойной стенки, как многомерной, зависящей от многих параметров:

где Tmin - устанавливаемый уровень минимальной величины коэффициента прохождения многослойной стенки,

F1…n - диапазон используемых частот,

PTM, TE - поляризация падающей волны,

α0…90 - диапазон изменения углов падения падающей волны,

- толщины слоев стенки с слоев,

- комплексная диэлектрическая проницаемость слоев,

- комплексная магнитная проницаемость слоев.

Применение многослойной стенки в конструкции обтекателя позволяет по критерию поиска максимального коэффициента прохождения из минимальных в полосе частот расширить рабочий частотный диапазон по сравнению с обтекателем, имеющим монолитную стенку.

На фиг. 1 представлено расположение нижнего и верхнего ( и ) рабочих частотных диапазонов между нижней и верхней и кратными частотами для средних частот ( и ), для которых выполняются следующие условия:

величины фазы электрической толщины трехслойной стенки корпуса Δϕ0 определяются для указанных частот:

где Δϕ1 - величина фазы внешнего слоя,

Δϕ2 - величина фазы среднего слоя,

Δϕ3 - величина фазы внутреннего слоя,

n1=1, 2, 3…N.

Установлено, что наибольший коэффициент прохождения по критерию (1) определяется для той структуры стенки обтекателя, для которой изменение фазы по частотному диапазону равно представленному выше.

Основным критерием выбора полной фазы электрической толщины стенки является то, что для выбранных средних частот рабочих диапазонов и полная фазовая электрическая толщина стенки должна иметь одинаковые относительные отклонения по сравнению с фазой электрической толщины на кратных частотах, поэтому

Тогда, как показано на Фиг. 1

Так как: то

По предложенному техническому решению подбираются оптимальные соотношения расположения рабочих диапазонов и кратных частот, при которых находятся наилучшие радиотехнические характеристики системы «антенна-обтекатель». Достаточным условием для выполнения этого условия является определение значения нижней кратной частоты.

При заданных параметрах стенки:

- диэлектрической проницаемости внешних слоев ε1;

- диэлектрической проницаемости внутреннего слоя ε2;

- толщина внутреннего слоя d2.

для настройки трехслойной симметричной стенки на нижней кратной частоте из условия кратности фазы электрической толщины π, определяется толщина внешних слоев симметричной трехслойной стенки обтекателя:

где C - скорость света,

θ - средний угол падения падающей волны на обтекатель.

Авторами с помощью расчетных экспериментов установлена возможность настройки системы «антенна-обтекатель» для работы на совмещенных некратных диапазонах путем направленного подбора параметров конструкции трехслойной стенки для получения высоких радиотехнических характеристик.

На фиг. 2 для оптимальных конструкций стенки, найденных из условия выполнения критерия (1), представлены расчеты частотных зависимостей коэффициента прохождения трехслойной стенки симметричной конструкции для совмещенных не кратных частотных диапазонов, когда положение нижнего диапазона со средней частотой неизменно, а верхний диапазон перемещается относительно нижнего с полосой В таблице 1 приведены параметры стенки, соответствующие характеристикам, представленным на фиг. 2, которые были найдены при проведении расчетных экспериментов и представлены рассчитанные величины:

- электрических толщин, соответствующих средней частоте верхнего диапазона рассчитанные по критерию 1,

- нижней кратной частоты, найденных в соответствии с предложенным решением которые использовались для определения электрических толщин, соответствующих средней частоте верхнего диапазона, найденных в соответствии с предложенным решением

На фиг. 3 на основе данных таблицы 1, для сравнения, представлены зависимости электрической толщины от величины средней частоты верхнего диапазона, полученные в результате расчетного эксперимента и по предложенному решению.

Применив трехслойную стенку типа B-Sandwich с найденной в расчете структурой слоев с параметрами:

наружного слоя d1=4,2 мм, ε1=3,2, tgδ1=0,0001,

среднего слоя d2=2,8 мм, ε2=5,5, tgδ2=0,0001,

внутреннего слоя d3=4,2 мм, ε3=3,2, tgδ3=0,0001,

по электродинамической модели системы «антенна-обтекатель», с пеленгующей антенной диаметром 300 мм, проведен расчет для оболочки оживальной формы с удлинением 2,5 для совмещенных не кратных частотных диапазонов: нижнего и верхнего

На Фиг. 4-15 приведены рассчитанные зависимости от угла поворота антенны пеленгационных ошибок Δα(α), крутизны пеленгационных ошибок S(α) и коэффициента прохождения |T|2(α) системы «антенна-обтекатель» с совмещенными некратными диапазонами. Пеленгационные ошибки достигают максимальной величины Δαmax(α)=52 мин, а максимальная крутизна достигает величины Smax=0,12 в области носовых углов. Улучшение радиотехнических характеристик Δα(α) и S системы «антенна обтекатель» возможно проводить известными способами профилирования стенки оболочки по толщине поясами или секторами на наружной и внутренней поверхностях.

Рассчитанные РТХ системы «антенна-обтекатель» с совмещенными некратными диапазонами для профилированной по толщине стенки оболочки имели максимальные пеленгационные ошибки до Δα=30 мин, а максимальную крутизну до

Разбив задачу поиска оптимальной конструкции обтекателя на две части:

- в первой при расчетном моделировании стенки подбором толщин и диэлектрических проницаемостей слоев удалось найти оптимальную структуру стенки,

- во второй, применив в расчетной модели системы «антенна-обтекатель» с совмещенными некратными диапазонами оптимальную структуру стенки, позволило при профилировании внешних слоев получить удовлетворительные РТХ характеристики и высокий коэффициент прохождения в обоих диапазонах.

При расчетном поиске оптимальной структуры трехслойной стенки реализовался известный в оптике принцип построения просветляющих покрытий соответствующих условию а с понижением величины диэлектрических проницаемостей слоев стенки коэффициент прохождения увеличивался в вне зависимости от структуры стенки, что прямо следует из теории оптики [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Наука, 1973. - 720 с.].

На Фиг. 16, 17 и 18 приведены различные варианты расположения рабочих диапазонов относительно выбранных положений кратных частот. Расчетные эксперименты показали, что при использовании варианта расположения рабочих диапазонов, представленного на Фиг. 1 и соответствующего предлагаемому техническому решению, получен наибольший коэффициент прохождения на средних частотах рабочих диапазонов.

Для защиты от влаги конструкции стенки на поверхность оболочки наносятся дополнительные влагозащитные слои, геометрическая толщина которых значительно меньше длины волны, поэтому их влияние на радиотехнические характеристики не значительно.

Таким образом, использование в широкополосной системе «антенна-обтекатель», работающей с некратными совмещенными диапазонами, обтекатель, имеющий электрическую толщину стенки для среднего угла падения плоской волны на обтекатель на нижней кратной частоте, расположенной ниже средней частоты нижнего рабочего диапазона на величину, равную сумме четверти от средней частоты верхнего рабочего диапазона и половины средней частоты нижнего рабочего диапазона, кратна π, позволяет настроить работу системы «антенна-обтекатель» на некратные рабочие диапазоны, снизив искажения, вносимые стенкой в фазу поля падающей волны, и по сравнению с прототипом улучшить ее радиотехнические характеристики.

Широкополосная система «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных частотных диапазонах, содержащая обтекатель со стенкой из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, отличающаяся тем, что электрическая толщина стенки для среднего угла падения плоской волны на обтекатель на нижней кратной частоте, расположенной ниже средней частоты нижнего рабочего диапазона на величину, равную сумме четверти от средней частоты верхнего рабочего диапазона и половины средней частоты нижнего рабочего диапазона, кратна π, причем стенка выполнена с профилем по толщине, подобранным при доводке на радиотехническом стенде.



 

Похожие патенты:

Изобретение «Антенный обтекатель ракеты из кварцевой керамики и способ его изготовления» относится к конструкции и технологии изготовления антенных обтекателей ракет из керамических материалов, а точнее из кварцевой керамики.
Изобретение относится к способу изготовления антенных обтекателей ракет из кварцевой керамики, работающих в сложных климатических условиях. Способ включает формование керамической оболочки методом шликерного литья из водной суспензии кварцевого стекла в гипсовой форме, сушку, обжиг и механическую обработку оболочки алмазным инструментом, герметизацию и упрочнение оболочки органополимером, радиодоводку, сборку оболочки с металлическим шпангоутом при помощи герметика.

Изобретение относится к области ракетной техники, преимущественно к головным обтекателям летательных аппаратов различных классов.Головной антенный обтекатель ракеты включает оболочку из керамического материала, переходной металлический шпангоут, согласованный по КТЛР с материалом оболочки, соединенный с оболочкой по сопрягаемым коническим поверхностям эластичным термостойким адгезивом, стыковой шпангоут, переходной шпангоут, соединенный со стыковым шпангоутом соосно и ограниченный от осевого перемещения с одной стороны двумя взаимно ответными буртиками, выполненными на внутренней поверхности стыкового шпангоута и на наружной поверхности переходного шпангоута, а с другой стороны - штифтами, зафиксированными в стыковом шпангоуте и установленными с зазором в глухие отверстия переходного шпангоута, уплотнительное кольцо, установленное в проточку на торце переходного шпангоута.

Изобретение относится к радиопрозрачному компоненту. Радиопрозрачный компонент (1), который включает в себя радиопрозрачное тело (3), предпочтительно пластиковое тело, причем по меньшей мере часть поверхности имеет слой (5), состоящий в основном из кремния, причем толщина состоящего в основном из кремния слоя (5) находится в пределах от 10 нм до 100 нм, причем между радиопрозрачным телом и состоящим в основном из кремния слоем (5) нанесен промежуточный слой (7), включающий в себя полимерный слой, который состоит из отверждаемого УФ-излучением лака, для сглаживания возможных поверхностных структур, при этом на состоящий в основном из кремния слой (5) в качестве защищающего от окружающей среды слоя нанесен полимерный слой (9), который состоит из отверждаемого ультрафиолетовым излучением лака.

Изобретение относится к области авиационно-ракетной техники, преимущественно к конструкциям носовых радиопрозрачных обтекателей. Антенный обтекатель содержит керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенное соосно между ними теплоизоляционное кольцо, выполненное из термостойкого стеклопластика с низким модулем нормальной упругости при растяжении и тепловым коэффициентом линейного расширения, превышающим тепловой коэффициент линейного расширения керамики, соединенное с оболочкой и шпангоутом термостойкими адгезивами.

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к радиопрозрачным обтекателям скоростных летательных аппаратов различных классов.

Изобретение относится к авиационной технике. Самолет с обтекателем антенн содержит радиопрозрачный обтекатель и элементы его стыковки с поверхностью фюзеляжа.

Использование: изобретение относится к области судостроения, а именно к способам изготовления обтекателей антенн гидроакустических станций, и касается вопросов их конструирования.

Изобретение относится к области радиотехники и касается разработки конструкций с пониженным коэффициентом отражения радиоволн для защиты плавающих средств от воздействия падающего излучения и внешних факторов окружающей среды.
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и касается изготовления антенных обтекателей скоростных ракет различных классов. Узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата содержит металлический шпангоут, в котором равномерно по окружности по центру склейки выполнены продольные сквозные пазы, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного клея, и уплотнительное кольцо.
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей высокоскоростных ракет класса «поверхность - поверхность». Обтекатель включает керамическую оболочку, соединенную с переходником эластичным адгезивом, стыковой элемент, опорное кольцо. Керамическая оболочка выполнена конической с малым удлинением, не превышающим полуторократное. Смежные поверхности торцев керамической оболочки и опорного кольца выполнены коническими, образующие которых перпендикулярны образующей наружной поверхности керамической оболочки. Начало зоны соединения адгезивом керамической оболочки с переходником удалено от торца керамической оболочки на величину 1,5-2,0 толщины керамической оболочки в ее торцевой части. Между торцом керамической оболочки и началом зоны соединения керамической оболочки с переходником выполнена воздушная полость за счет уменьшения толщины стенки переходника в 1,5-2,0 раза. Толщина слоя эластичного адгезива между торцом керамической оболочки и опорным кольцом составляет 0,7-1,5 толщины слоя адгезива в зоне соединения керамической оболочки с переходником. Технический результат заключается в повышении температурных и силовых эксплуатационных параметров и надежности обтекателей ракет. 1 ил.

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей высокоскоростных ракет различных классов. Обтекатель включает керамическую оболочку, внутренняя поверхность которой соединена слоем эластичного термостойкого адгезива с металлическим шпангоутом, на наружной поверхности которого выполнены кольцевые или винтовые проточки, расположенные на всей длине соединения или ее части. В проточки введен термокомпенсатор, выполненный в виде полости или пор в полом или пористом элементе. Объем полости или пор устанавливается с учетом вытеснения эластичного адгезива при нагреве соединения, при этом соотношение минимальной толщины слоя адгезива, превышающего разницу температурных радиальных расширений оболочки и шпангоута в соединении, к шагу проточек устанавливается не более 0,1. Технический результат заключается в повышении эксплуатационных температурных параметров обтекателя, улучшении технологии изготовления конструкции обтекателя и повышении надежности термокомпенсационной способности шпангоута. 2 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к головным радиопрозрачным обтекателям пеленгационных сверхширокополосных антенн, работающих в диапазоне ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот, и может быть использовано при проектировании и изготовлении радиопрозрачных обтекателей самонаводящихся ракет. Заготовку антенного обтекателя оживальной формы формируют из порошка политетрафторэтилена многоступенчатым компактированием с последующим радиационным модифицированием и механической обработкой. Формирование заготовки проводят в три этапа. На первом этапе прессуют цилиндрическую часть заготовки. На втором оформляют среднюю линейную часть заготовки, на третьем верхнюю сферическую. Далее заготовку подвергают радиационному модифицированию, а окончательную форму обтекателю придают механической обработкой. Технический результат заключается в повышении прочности и термостойкости, а также в минимизации влияния на параметры антенны. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к широкополосным системам «антенна-обтекатель», предназначенным для работы в совмещенных диапазонах. Широкополосная система «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных частотных некратных диапазонах содержит обтекатель со стенкой из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, у которого электрическая толщина стенки для среднего угла падения плоской волны на обтекатель на нижней кратной частоте, расположенной ниже средней частоты нижнего рабочего диапазона на величину, равную сумме четверти от средней частоты верхнего рабочего диапазона и половины средней частоты нижнего рабочего диапазона, кратна π, причем внутренний и внешний слои выполнены с профилем по толщине, подобранным при доводке на радиотехническом стенде. Технический результат заключается в снижении искажений, вносимых стенкой в фазу поля падающей волны. 18 ил., 1 табл.

Наверх