ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА С СЕКТОРНОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ В Н-ПЛОСКОСТИ

ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА С СЕКТОРНОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ В Н-ПЛОСКОСТИ


RU (11) 2119215 (13) C1

(51) 6 H01Q13/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93054892/09 
(22) Дата подачи заявки: 1993.12.02 
(45) Опубликовано: 1998.09.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: GB, патент, 2213997, кл. H 01 Q 13/02, 1989. 
(71) Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" 
(72) Автор(ы): Стуров А.Г.; Вернигора В.Н.; Логвиненко Е.Л.; Кашубин Б.Т.; Наумова О.К.; Бобков Н.И.; Яшин Н.Н. 
(73) Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" 

(54) ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА С СЕКТОРНОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ В Н-ПЛОСКОСТИ 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антеннам СВЧ. Антенна позволяет сформировать секторную диаграмму направленности в Н-плоскости с высокой крутизной скатов и низким уровнем излучения за пределами сектора работы антенны. Антенна содержит плавный переход от прямоугольного волновода к лунарному, выход которого соединен с узким концом секторного коаксиального рупора. Широкий конец рупора является раскрывом антенны. Симметрично относительно рупора расположены два идентичных поглощающих экрана, представляющих собой незамкнутую многогранную поверхность. Каждый экран содержит переднюю, боковые, задние и верхнюю стенки. Расположение экранов и стенок экранов относительно секторного коаксиального рупора определенным образом обеспечивает достигаемый технический результат. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антеннам СВЧ.

Известна рупорная антенна (патент Великобритании N 2 105 112, H 01 Q 13/02, опубл. 16.03.83), содержащая широкоугольный рупор, возбуждаемый с помощью коаксиального кабеля. Она позволяет сформировать широкую диаграмму направленности (ДН) в H-плоскости косинусоидальной формы.

Широкополосная антенна (патент Великобритании N 2213997, H 01 Q 13/02, 1989), как наиболее близкая по технической сущности, принята за прототип.

Прототип содержит плавный переход от прямоугольного волновода к лунарному, выход которого соединен с узким концом секторного коаксиального рупора. Широкий конец рупора является раскрывом антенны. Эта антенна имеет ДН в H-плоскости с низкой крутизной скатов и высоким уровнем излучения вне сектора работы антенны (не более -7 дБ). Это объясняется следующим. Плавный переход от прямоугольного волновода к лунарному преобразует волну H10 прямоугольного волновода в волну H10 секторного коаксиального рупора, которая без возбуждения высших типов волн трансформируется с выхода перехода к раскрыву антенны. На раскрыве рупора формируется косинусоидальное синфазное распределение поля. Вектор при этом направлен перпендикулярно боковым стенкам рупора. Дифракционные процессы на раскрыве большого радиуса невелики, поэтому в H-плоскости формируется ДН, главный лепесток которой также имеет косинусоидальную форму, т. е. ДН антенны в H-плоскости имеет низкую крутизну скатов и высокий уровень излучения вне сектора работы антенны.

Задача настоящего изобретения - формирование секторной ДН в H-плоскости с высокой крутизной скатов и низким уровнем излучения за пределами сектора работы антенны.

Задача решается тем, что в широкополосную антенну с секторной диаграммой направленности в H-плсокости, содержащую плавный переход от прямоугольного волновода к лунарному волноводу, выход которого соединен с узким концом секторного коаксиального рупора, широкий конец которого является раскрывом антенны, введены два идентичных поглощающих экрана, расположенных симметрично относительно секторного коаксиального рупора, каждый из которых выполнен в виде незамкнутой многогранной поверхности и содержит переднюю, боковые, задние и верхнюю стенки, причем поглощающие экраны расположены таким образом, что угол между биссектрисой угла раскрыва антенны и перпендикуляром из продольной оси антенны на ближайшую параллельную оси кромку передней стенки поглощающих экранов составляет



где

- 2 ширина диаграммы направленности в H-плоскости по уровню половинной мощности,

расстояние от этой кромки до продольной оси антенны



где

- наибольшая длина волны рабочего диапазона частот;

S - отношение ширины диаграммы направленности по уровню -1 дБ к ширине диаграммы направленности по уровню -10 дБ,

передняя, боковые и задние стенки поглощающих экранов расположены параллельно продольной оси антенны, при этом угол между перпендикулярном из продольной оси антенны на ближайшую параллельную ей кромку передней стенки поглощающих экранов и плоскостью передней стенки более 10o, крайняя задняя стенка расположена так, что угол между ней и боковой стенкой секторного коаксиального рупора составляет 0 - 20o, боковые стенки поглощающих экранов выполнены таким образом, что в плоскости, перпендикулярной продольной оси антенны, в каждой точке боковых стенок поглощающих экранов нормаль к внутренней поверхности боковой стенки и направление из этой точки на вертикальную прямую, проходящую через центр боковой кромки раскрыва, расположены по одну сторону от прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности боковой стенки поглощающего экрана и продольную ось антенны, причем выполнены соотношения

2>, <45,

где

- угол между направлением из точки на внутренней поверхности боковой стенки поглощающего экрана на продольную ось антенны и нормалью к внутренней поверхности боковой стенки поглощающего экрана в этой точке;

- угол между направлениями из точки на внутренней поверхности боковой стенки поглощающего экрана на продольную ось и на вертикальную прямую, проходящую через центр боковой кромки раскрыва,

первая задняя стенка поглощающих экранов выполнена таким образом, что в плоскости, перпендикулярной продольной оси антенны, в каждой точке первой задней стенки поглощающего экрана нормаль к ее внутренней поверхности и направление из этой точки на ближайшую параллельную оси кромку передней стенки поглощающего экрана расположены по одну сторону от прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности первой задней стенки и продольную ось антенны, причем выполнено соотношение

21>1 ,

где

1 - угол между направлением из точки на внутренней поверхности первой задней стенки поглощающего экрана на продольную ось антенны и нормалью к внутренней поверхности задней стенки поглощающего экрана в этой точке;

1- угол между направлениями из точки на внутренней поверхности первой задней стенки поглощающего экрана на продольную ось антенны и на ближайшую параллельную оси кромку передней стенки поглощающего экрана,

верхние стенки поглощающих экранов выполнены таким образом, что в каждой точке верхней стенки поглощающего экрана в плоскости, проходящей через продольную ось антенны и эту точку, нормаль к внутренней поверхности и направление из этой точки на точку нижней кромки боковых или задних стенок поглощающего экрана, расположены по одну сторону от прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности верхней стенки поглощающего экрана и вершину секторного коаксиального рупора, причем выполнено соотношение

22>2 ,

где

2- угол между нормалью к внутренней поверхности верхней стенки поглощающего экрана и прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности верхней стенки с вершиной секторного коаксиального рупора;

2- угол между прямой, соединяющей точку внутренней поверхности верхней стенки и вершину секторного коаксиального рупора, и направлением из этой точки верхней стенки поглощающего экрана на точку нижней кромки боковых или задних стенок поглощающего экрана.

На чертеже приведено:

фиг. 1 - общий вид предлагаемой антенны; фиг. 2 - вид предлагаемой антенны сверху; фиг. 3 - экспериментальные ДН предлагаемой антенны (а) и прототипа (б).

Антенна содержит плавный переход 1 от прямоугольного волновода к лунарному, секторный коаксиальный рупор 2 и два идентичных поглощающих экрана 3.

Выход перехода 1 соединен с узким концом секторного коаксиального рупора 2, широкий конец которого является раскрывом антенны и расположен ортогонально направлению на максимум ДН в Е-плоскости.

Поглощающие экраны 3 представляют собой незамкнутую многогранную поверхность. Каждый экран 3 содержит переднюю 4, боковые 5, задние 6, 7 и верхнюю 8 стенки. Передние, боковые и задние стенки экрана 3 параллельны продольной оси антенны.

Поглощающие экраны 3 расположены симметрично относительно секторного коаксиального рупора 2 таким образом, что угол (экр.) между биссектрисой угла раскрыва антенны и перпендикуляром из продольной оси антенны на ближайшую параллельную оси кромку 9 передней стенки 4 составляет



где

- ширина ДН в H-плоскости по уровню половинной мощности,

расстояние от кромки 9 до продольной оси антенны определяется по формуле



где

- наибольшая длина волны рабочего диапазона частот,

S - отношение ширины ДН по уровню -1 дБ к ширине ДН по уровню -10 дБ.

Крайняя задняя стенка 7 экрана 3 соединена с боковой стенкой секторного коаксиального рупора 2 и расположена под углом 0 - 20o к ней.

Передняя стенка 4 экрана 3 расположена так, что составляет с перпендикуляром, опущенным из продольной оси антенны на кромку 9 передней стенки 4, угол более 10o.

Боковые стенки 5 экрана 3 расположены таким образом, чтобы прямые и отраженные лучи с интенсивностью 16 дБ не попадали в раскрыв антенны и сектор ее работы, а угол между лучами, идущими из раскрыва антенны на каждую точку боковых стенок не превышал 45o. Эти условия выполняются, если в плоскости, перпендикулярной продольной оси антенны, в каждой точке боковых стенок 5 экрана 3 нормаль к внутренней поверхности стенки 5 и направление из этой точки на вертикальную прямую, проходящую через центр боковой кромки раскрыва, располагаются по одну сторону от прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности боковой стенки 5 и продольную ось антенны, причем выполняются соотношения 2>, <45, где - угол между направлением из точки на внутренней поверхности боковой стенки 5 экрана 3 на продольную ось антенны и нормалью к внутренней поверхности боковой стенки 5 в этой точке, - угол между направлениями из точки на внутренней поверхности боковой стенки 5 на продольную ось и на вертикальную прямую, проходящую через центр боковой кромки раскрыва.

Возможно выполнение боковых стенок 5 в виде плавно изогнутой поверхности.

Первая задняя стенка 6 поглощающих экранов 3 расположена таким образом, что в плоскости, перпендикулярной продольной оси антенны, в каждой точке стенки 6 нормаль к ее внутренней поверхности и направление из этой точки на кромку 9 передней стенки 4 располагаются по одну сторону от прямой, соединяющей эту точку и продольную ось антенны, причем выполняется соотношение 21>1 , где 1- угол между направлением из точки на внутренней поверхности стенки 6 на продольную ось антенны и нормалью к внутренней поверхности стенки 6 в этой точке, 1- угол между направлениями из точки на внутренней поверхности стенки 6 на продольную ось антенны и на кромку 9 передней стенки 4.

Верхняя стенка 8 крепится к задним и боковым так, чтобы прямые и отраженные от верхней стенки 8 лучи с интенсивностью свыше -16 дБ не попадали в раскрыв антенны и сектор ее работы. Эти условия выполняются, если верхняя стенка 8 расположена таким образом, что в каждой точке верхней стенки 8 в плоскости, проходящей через продольную ось антенны и эту точку, нормаль к внутренней поверхности и направление из этой точки на точку нижней кромки боковых 5 или задних 6, 7 стенок экрана 3 располагаются по одну сторону от прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности стенки 8 и вершину секторного коаксиального рупора 2, причем выполняется соотношение 22>2 , где 2- угол между нормалью к внутренней поверхности верхней стенки 8 и прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности стенки 8 с вершиной секторного коаксиального рупора 2, 2- угол между прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности верхней стенки 8 и вершину секторного коаксиального рупора 2, и направлением из этой точки на точку нижней кромки боковых 5 или задних 6, 7 стенок экрана 3.

При необходимости снижения уровня излучения в нижней полуплоскости можно к задним 6, 7 и боковым 5 стенкам прикрепить нижнюю стенку.

Все стенки соединены между собой вплотную, допускается наличие зазора между задней 6 и боковой 5 стенками не более (2-4), где -- наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, при этом уровень излучения, проходящего через этот зазор в пространство, не должен превышать заданной величины.

Экраны выполнены из металла, покрытого радиопоглощающим материалом с коэффициентом отражения по мощности не более 4%.

Предлагаемая антенна работает следующим образом.

На входе плавного перехода 1 поступает электромагнитная волна типа H10 прямоугольного волновода, в переходе 1 она преобразуется в волну H10 секторного коаксиального рупора 2. При распространении волны в рупоре 2 волновые векторы разворачиваются в угловом секторе , где -- угловой размер раскрыва антенны. В результате на раскрыве рупора 2 формируются цилиндрический фронт волны, если ДН не поднята в E-плоскости, или конический фронт, если ДН поднята в Е-плоскости на угол от 0 до 90o, с синфазным косинусоидальным распределением поля на нем. Вектор при этом расположен перпендикулярно боковым стенкам секторного коаксиального рупора 2. Дифракционные процессы на раскрыве большого радиуса невелики, поэтому ДН антенны в H-плоскости в области главного лепестка имеет косинусоидальную форму.

При выбранных положении, конфигурации и радиопоглощающем материале поглощающих экранов 3 значительная часть электромагнитной энергии, излучаемой антенной за пределы сектора работы в направлении экранов, поглощается ими.

Непоглотившаяся часть электромагнитной энергии после отражения от одних боковых стенок 5 и верхней стенки 8 попадает на заднюю стенку 6, 7 и на другие боковые стенки 5 и поглощается. Так как боковые стенки экрана расположены таким образом, что угол падения лучей не превышает 45o, обеспечивается максимальное поглощение. При увеличении угла падения происходит увеличение коэффициента отражения большинства радиопоглощающих материалов.

Электромагнитная энергия, падающая из раскрыва антенны на кромки 9 передних стенок 4 экранов 3 дифрагирует на них, образуя кромочную дифракционную волну. Крутизна скатов ДН антенны определяется крутизной скатов распределения поля кромочных дифракционных волн. При выбранных размерах экранов 3 крутизна скатов кромочной волны максимальна. За счет сложения прямой и кромочной дифракционной волн вершина ДН приближается к более плоской форме.

Часть электромагнитной энергии кромочной волны, распространяющейся в секторе от р+(10-15)o до 180o и от -р -(10-15)o до -180o (где р- половина сектора работы антенны) поглощается передними стенками 4 экранов 3.

Дифракционные лучи, возникающие на кромках боковых стенок антенны, поглощаются задней стенкой 7.

Так как угол между плоскостью задней стенки 7 и лучами, распространяющимися от края раскрыва антенны, составляет 0 - 20o, энергия, излучаемая в сектор работы поглощается незначительно, и снижения коэффициента усиления антенны в секторе работы не происходит.

Таким образом, предлагаемая антенна позволяет сформировать секторную ДН в H-плоскости с высокой крутизной скатов и низким уровнем излучения за пределами сектора работы антенны.

На предприятии изготовлена и испытана предлагаемая антенна. На фиг. 3 показаны ДН предлагаемой антенны и прототипа. Крутизна скатов ДН прототипа (фиг. 3, б) не превышает 0,57, уровень излучения за пределами сектора работы антенны не более -7 дБ.

Крутизна скатов ДН предлагаемой антенны (фиг. 3, а) не менее 0,86, уровень излучения за пределами сектора работы антенны не более -19,5 дБ. Минимальный коэффициент усиления в секторе работы антенны не уменьшился. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Широкополосная антенна с секторной диаграммой направленности в H-плоскости, содержащая плавный переход от прямоугольного волновода к лунарному волноводу, выход которого соединен с узким концом секторного коаксиального рупора, широкий конец которого является раскрывом антенны, отличающаяся тем, что введены два идентичных поглощающих экрана, расположенных симметрично относительно секторного коаксиального рупора, каждый из которых выполнен в виде незамкнутой многогранной поверхности и содержит переднюю, боковые, задние и верхнюю стенки, причем поглощающие экраны расположены таким образом, что угол между биссектрисой угла раскрыва антенны и перпендикуляром из продольной оси антенны на ближайшую параллельную оси кромку передней стенки поглощающих экранов составляет



где - ширина диаграммы направленности в H-плоскости по уровню половинной мощности,

расстояние от этой кромки до продольной оси антенны



где - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот;

S - отношение ширины диаграммы направленности по уровню-1 дБ к ширине диаграммы направленности по уровню-10 дБ,

передняя, боковые и задние стенки поглощающих экранов расположены параллельно продольной оси антенны, при этом угол между перпендикуляром из продольной оси антенны на ближайшую параллельную ей кромку передней стенки поглощающих экранов и плоскостью передней стенки более 10o, крайняя задняя стенка расположена так, что угол между ней и боковой стенкой секторного коаксиального рупора составляет 0 - 20o, боковые стенки поглощающих экранов выполнены таким образом, что в плоскости, перпендикулярной продольной оси антенны, в каждой точке боковых стенок поглощающих экранов нормаль к внутренней поверхности боковой стенки и направление из этой точки на вертикальную прямую, проходящую через центр боковой кромки раскрыва, расположены по одну сторону от прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности боковой стенки поглощающего экрана и продольную ось антенны, причем выполнены соотношения

2>, <45,

где - угол между направлением из точки на внутренней поверхности боковой стенки поглощающего экрана на продольную ось антенны и нормалью к внутренней поверхности боковой стенки поглощающего экрана в этой точке;

- угол между направлениями из точки на внутренней поверхности боковой стенки поглощающего экрана на продольную ось и на вертикальную прямую, проходящую через центр боковой кромки раскрыва,

первая задняя стенка поглощающих экранов выполнена таким образом, что в плоскости, перпендикулярной продольной оси антенны, в каждой точке первой задней стенки поглощающего экрана нормаль к ее внутренней поверхности и направление из этой точки на ближайшую параллельную оси кромку передней стенки поглощающего экрана расположены по одну сторону от прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности первой задней стенки и продольную ось антенны, причем выполнено соотношение

21>1,

где 1 - угол между направлением из точки на внутренней поверхности первой задней стенки поглощающего экрана на продольную ось антенны и нормалью к внутренней поверхности задней стенки поглощающего экрана в этой точке;

1 - угол между направлениями из точки на внутренней поверхности первой задней стенки поглощающего экрана на продольную ось антенны и на ближайшую параллельную оси кромку передней стенки поглощающего экрана,

верхние стенки поглощающих экранов выполнены таким образом, что в каждой точке верхней стенки поглощающего экрана в плоскости, проходящей через продольную ось антенны и эту точку, нормаль к внутренней поверхности и направление из этой точки на точку нижней кромки боковых или задних стенок поглощающего экрана, расположены по одну сторону от прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности верхней стенки поглощающего экрана и вершину секторного коаксиального рупора, причем выполнено соотношение

22>2,

где 2 - угол между нормалью к внутренней поверхности верхней стенки поглощающего экрана и прямой, соединяющей точку на внутренней поверхности верхней стенки с вершиной секторного коаксиального рупора;

2 - угол между прямой, соединяющей точку внутренней поверхности верхней стенки и вершину секторного коаксиального рупора, и направлением из этой точки верхней стенки поглощающего экрана на точку нижней кромки боковых или задних стенок поглощающего экрана.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru