АНТЕННА

АНТЕННА


RU (11) 2006998 (13) C1

(51) 5 H01Q15/16 

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

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

(21) Заявка: 4845425/09 
(22) Дата подачи заявки: 1990.04.09 
(45) Опубликовано: 1994.01.30 
(71) Заявитель(и): Ерухимович Ю.А.; Мамчиц Е.А. 
(72) Автор(ы): Ерухимович Ю.А.; Мамчиц Е.А. 
(73) Патентообладатель(и): Ерухимович Юрий Абрамович 

(54) АНТЕННА 

Изобретение относится к зеркальным антеннам. Цель изобретения - повышение коэффициента усиления, симметрирования диаграммы направленности по плоскостям поля, увеличение эксплуатационной надежности и уменьшение высоты и массы при сохранении площади излучающего раскрыва - достигается геометрией рупора и его размещением и ориентацией. 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано на линиях радиорелейной связи СВЧ-диапазона.

Современное состояние техники в указанной области и тенденции ее развития отражены в литературе.

Изобретение направлено на частное решение задачи повышения в рупорно-параболической антенне коэффициента усиления, симметрирования диаграммы направленности по плоскостям поля, увеличения эксплуатационной надежности и уменьшения высоты и массы при сохранении площади излучающего раскрыва.

Известна антенна с вынесенным облучением и вертикально питаемым рупорным излучателем. В этой антенне - АНК - 1,5 уменьшен вертикальный размер и симметрирована ДН. Однако вследствие открытого рупора его непосредственное излучение за края отражающего зеркала вызывает повышенный уровень дальних боковых лепестков, для уменьшения которых приходится устанавливать боковые стенки в антенне. Открытость рупора также снижает эксплуатационную надежность. Последнее объясняется тем, что от осадков в антенне защищен радиопрозрачной крышкой только раскрыв рупора. Попадание на эту крышку пыли, грязи или снега приводит к ухудшению параметров антенны. Кроме того, необходимость повысить жесткость конструкции по отношению к ветровым нагрузкам до уровня РПА приводит к ее существенному утяжелению.

Известна также антенна типа РПА, выпускаемая фирмой Anrew, с круглым излучающим раскрывом, конической рупорной частью и цилиндрическим экраном, описанным вокруг излучающего раскрыва, соединенных между собой в единую конструкцию. При этом плоскость раскрыва закрыта радиопрозрачным укрытием, а внутренний объем антенны герметизирован. В варианте антенны внутренняя поверхность конуса и цилиндра покрыты радиопоглощающим материалом. Недостатками антенны (при диаметре раскрыва 3 м) являются большая высота - 7,3 м, масса - 0,838 т, относительно невысокий КУ (соответственно КИП = 0,54 на средней частоте диапазона). При этом в горизонтальной плоскости для Е-поляризации уровень I-го бокового лепестка равен - 13 дБ, для Н-поляризации - 16 дБ.

Известна антенна типа РПА, в которой питающий конический рупор продлен до пересечения его стенок с параболическим отражателем, а в его передней стенке сделан вырез, повторяющийся в проекции на плоскости раскрыва круг диаметром, равным диаметру излучающего раскрыва. Вырез защищен радиопрозрачным материалом, продолжающим поверхность конуса. В варианте конструкции стенки конуса покрыты радиопоглощающим материалом.

Недостатки антенны такие же, как и предыдущей антенны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой является антенна РПА-2П-2, которая имеет высокое согласование, КСВ < 1,02, низкий уровень бокового излучения, удобство питания при установке на мачтах с вертикально подвешенным круглым волноводом. Рупорная часть антенны выполнена в виде четырехгранной усеченной пирамиды, раскрыв имеет форму сектора, усеченного сверху и снизу по линиям стыковки граней пирамиды с параболическим отражателем.

В этой антенне питающий рупор выполняет современно функции излучателя и защитного кожуха. Поэтому его габариты соизмеримы с размерами антенны. Собственная расфасовка такого рупоpа весьма велика и может составлять (6-10) и более, а с учетом разных расстояний до точек зеркала 1 она к тому же быстро меняется. При этом претерпевает заметные изменения распределение амплитуд и фаз на поверхности зеркала. Эти изменения искажают синфазность поля в раскрыве РПА и придают осциллирующий характер распределению амплитуд. В результате падает КУ и растет фон дальнего бокового излучения. Кроме того, положение фазового центра такого рупора не совпадает с его вершиной 0, что также ведет к уменьшению КУ.

Недостатками также являются большая высота - 6,8 м при эквивалентном диаметре излучающего раскрыва 3 м, большая масса - 1390 кг, недостаточная симметрия как главного лепестка, так и уровня первых боковых лепестков (-11 дБ в пл. Е и -23 дБ в пл. Н), а также низкая эксплуатационная надежность. Последнее связано с тем, что в процессе эксплуатации в устье рупора, соединенного с питающим волноводом, на радиопрозрачной пленке герметизирующей вставки скапливаются пыль, грязь и конденсат влаги, образующийся на стенках рупора, а это в ряде случае ведет к перерывам связи, необходимо время для очистки пленки или выпуска скопившейся воды в антенне.

Целью изобретения является повышение коэффициента усиления для антенны типа РПА, симметрирование диаграммы по плоскостям поля, увеличение эксплуатационной надежности и уменьшение высоты и массы при сохранении площади излучающего раскрыва.

Поставленная цель достигается тем, что рупор помещен внутрь защитного кожуха, собственная расфазировка рупора не превышает (2-3) , его плоскость раскрыва перпендикулярна или наклонена к плоскости раскрыва антенны, а фазовый центр совмещен с фокусом параболоида, кроме того, рупор крепится к днищу, например горизонтальному, ограничивающему снизу защитный кожух. Для совмещения фазового центра рупора с фокусом параболоида рупор может перемещаться вдоль вертикали.

На фиг. 1 показано сечение предлагаемой антенны в плоскости симметрии, где 1 - параболический отражатель; 2 - рупор; 3 - днище; 4 - защитный кожух; 5 и 6 - поглотитель; на фиг. 2 - распределение поля в раскрыве антенны при той же диаграмме рупора и разных углах облучения ближней и дальней кромок зеркала; на фиг. 3 - геометрия и сечение предлагаемой антенны с коническим кожухом (7 - вырезка из цилиндра) на фиг. 4 - геометрия и сечение предлагаемой антенны с пирамидальным кожухом (8 - защитная крышка).

Антенна содержит отражатель 1 - несимметричную вырезку из параболоида вращения с фокусом 0 и фокальной осью А-А, рупорный излучатель 2, установленный на днище 3, и защитный кожух 4. Днище 3 имеет бесщелевой электрический контакт с кожухом 4. Рупорный излучатель выполнен в виде малогабаритного расфазированного рупора с собственной расфазировкой не более (2-3). Он может перемещаться вдоль вертикали ВО, проходящей через фокус параболоида. Рупор 2 размещен внутри защитного кожуха 4, его плоскость раскрыва СС перпендикулярна или наклонена к плоскости излучающего раскрыва антенны, а фазовый центр рупора совмещен с фокусом параболоида 0, кроме того, рупор крепится к днищу 3, ограничивающему снизу защитный кожух, и имеет возможность перемещения вдоль вертикали ВО1. Угол 1 из фокуса 0 на дальнюю точку Q кромки отражателя 1 больше, чем угол 2 - угол из того же фокуса на ближнюю точку Р кромки.

Описанная часть устройства антенны одинакова для устройства с коническим или пирамидальным кожухом, одинаковы и их сечения в плоскости симметрии (см. фиг. 1 и 4).

Антенна с круглым излучающим раскрывом имеет защитный кожух 4, который может быть выполнен в виде вырезки из конуса или пирамиды с вершиной в точке O1. Вершина O1 конуса (пирамиды) 4 смещена вниз и вправо от фокуса параболоида, а ось симметрии конуса 4 (пирамиды) O1R наклонена под углом RОB к вертикали ВО влево, при этом углы 1 и 2(в плоскости симметрии), составленные образующими конуса (пирамиды) О1Р и О1Q с фокальной осью А-А различны, причем угол 2 , составленный образующей О1Р к нижней точке Р параболы 1 меньше, чем угол 1 к верхней точке Q параболы 1, коническая поверхность 4 стыкуется с зеркальным отражателем 1 по линии их взаимного пересечения РК (см. фиг. 3), кроме того, защитный кожух 4 выполнен вырезкой 7 из цилиндра с диаметром излучающего раскрыва QD и осью GH, параллельной фокальной оси параболоида. Значения углов 1 и 2 выбирают из конструктивных соображений.

Малогабаритный рупор 2 (см. фиг. 1) облучает поверхность параболического отражателя 1. После отражения поля от последней в раскрыве антенны OD образуется плоский волновой фронт. Ход лучей в антенне показан тонкими линиями со стрелками. Следовательно, предложенная антенна работает так же, как прототип, но имеет меньшие габариты и лучшие характеристики.

Поясним способ выбора геометрии предложенной антенны при заданной форме диаграммы направленности F(), = - малогабаритного рупорного излучателя , отсчитывается от оси А-А, - от точки ОВ, а также проиллюстрируем изобретение соответствующим примером.

На пути лучей от рупора к плоскости раскрыва проявляется действие двух факторов: спад поля при удалении от оси симметрии ОВ рупора в обе стороны, т. е. фактически изменение уровня в диаграмме рупора F( ); пространственное затухание, определяемое расстоянием от фазового центра 0 до точек отражения на поверхности параболоида. Чем больше это расстояние, тем больше и величина затухания. На пути лучей от параболы до плоскости раскрыва распространяется неоднородная плоская волна, которая с большой степенью точности не имеет пространственного затухания. Поэтому всегда можно уравнять поле в точках Q и Р, используя соотношение



или F(2)Cos2 = F(1)Cos2 = q

Задав уровень q на краю раскрыва и какой-либо из углов 1 или 2 из этого соотношения, а также зная форму F() диаграммы рупора, найдем значение второго искомого угла 2 или 1соответственно. Еще одно соотношение имеем для горизонтальной плоскости

F(*)Cos2 = q

где

Указанные соотношения, использованные совместно, позволяют решить задачу определения геометрии вырезки из параболоида в предложенной антенне, т. е. найти значения углов * и 2 при заданных значениях поля F(*) и 1 .

Пример соответствующего выполнения при заданных значениях F(*) на кромке антенны в горизонтальной плоскости, равных -14 дБ и 1= 26о приведен на фиг. 2. При этом 2 = 44о, * = 70о, а характер распределения в плоскости симметрии антенны и изоклины поля весьма близки к осесимметричному случаю. Максимум распределения амплитуд в плоскости раскрыва антенны (0 дБ) заметно приблизился к центру раскрыва, а уровень поля вдоль кромки колеблется в небольших пределах - 13. . . 14 дБ. Такому распределению соответствует повышенный КИП и улучшенная симметрия в области главного и первого бокового лепестка. Выбрав описанным путем положение крайних точек Р( ) и Q( ), увязываем их с диаметром излучаемого раскрыва

2r = 2Ftg - tg через Fo через Fо, где Fo - фокусное расстояние образующей параболы. Задавая 2 r, отсюда можно найти фокусное расстояние параболоида, который должен проходить через точки Р и Q. Выписанные соотношения позволяют полностью определить все независимые геометрические параметры в предложенной антенне. В прототипе рупор не имеет возможности перемещаться относительно отражающего зеркала, так как его фазовый центр не совпадает с геометрической вершиной конуса, совмещенной с фокусом параболоида, то отсутствует некоторая несинфазность поля в раскрыве РПА, что снижает ее КУ. В предложенной антенне рупор может перемещаться вдоль вертикали, а это позволяет совместить его фазовый центр с фокусом параболоида. Степень совмещения контролируется соответствующим изменением сигнала на входе приемной антенны, расположенной в дальней зоне поля. На макете антенны получено повышение КИП до 0,75 по сравнению с 0,6 в прототипе.

Относительное уменьшение высоты антенны в сравнении с высотой РПА с той же площадью излучающего раскрыва может быть определено по формуле



В сравнении с антенной РПА-2П имеем = 0,559, т. е. общая высота предложенной антенны, в 1,8 раза меньше высоты антенны по прототипу.

Таким образом, в предложенной антенне достигается практически осесимметричная ДН, высокий КУ, уменьшение высоты и массы при сохранении площади излучающего раскрыва.

Эксплуатационная надежность предложенной антенны заметно выше, чем антенны по прототипу, так как конденсат влаги с пылью и грязью, образующийся на стенках защитного кожуха, стекает на днище кожуха, откуда он легко может быть смыт без нарушения режима работы антенны.

Действие антенны по п. 2 аналогично, но имеется возможность дополнительно снизить уровень дальнего бокового излучения за счет подавления полей, отраженных от стенок защитного кожуха. (56) О направленных свойствах РПА. - Под ред. А. А. Пистольнерса. Вып. 17. М. : Связь, 1973, с. 3-14. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. АНТЕННА с вертикальной плоскостью симметрии, содержащая рефлектор в виде вырезки из параболоида вращения, рупорный излучатель с вертикальным питанием и защитный кожух в виде части конуса или пирамиды, опирающихся основанием на кромку рефлектора, причем часть защитного кожуха, затеняющая раскрыв, выполнена из радиопрозрачного материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента усиления, симметрирования диаграммы направленности по плоскостям поля, увеличения эксплуатационной надежности и уменьшения высоты и массы при сохранении площади излучающего раскрыва, рупорный излучатель выполнен в виде малогабаритного расфазированного рупора с собственной расфазировкой не более (2-3) , , вершина защитного кожуха смещена в плоскости симметрии от фокуса параболоида и размещена между фокальной осью и вертикальной осью рупорного излучателя, причем угол 1 между фокальной осью и направлением из вершины защитного кожуха на кромку рефлектора у его раскрыва больше угла 2 между фокальной осью и направлением из вершины защитного кожуха на тыльную кромку рефлектора, защитный кожух ограничен снизу плоским днищем, на котором установлен рупорный излучатель с возможностью перемещения вдоль своей оси, а его фазовый центр совмещен с фокусом рефлектора.

2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя сторона защитного кожуха частично или полностью покрыта радиопоглощающим материалом.




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