РУПОРНАЯ АНТЕННА

РУПОРНАЯ АНТЕННА


RU (11) 2302062 (13) C2

(51) МПК
H01Q 13/02 (2006.01) 

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

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005112422/09 
(22) Дата подачи заявки: 2005.04.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.04.25 
(43) Дата публикации заявки: 2006.11.10 
(45) Опубликовано: 2007.06.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1626291 A1, 07.02.1991. RU 2237954 C1, 10.10.2004. JP 2004207856, 22.07.2004. SU 240768, 20.07.1974. ЕР 1267445, 18.12.2002. 
(72) Автор(ы): Нефедьев Владислав Михайлович (RU); Коновалов Анатолий Григорьевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Войсковая часть 45807-Р (RU) 
Адрес для переписки: 119160, Москва, в/ч 45807-Р 

(54) РУПОРНАЯ АНТЕННА
Изобретение относится к антенной технике. Технический результат заключается в стабилизации ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот. Сущность изобретения состоит в том, что в рупоре с решетчатыми боковыми стенками, узлом возбуждения в виде Н-волновода и двумя экспоненциальными Н-образными выступами, выполненными с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, где t - ширина выступа в Н-волноводе, решетчатые боковые стенки выполнены в виде стержней диаметром D=0,1-0,11 макс, где макс - максимальная длина волны рабочего диапазона, расстояние d между стержнями изменяется от первого стержня, расположенного в раскрыве рупора, по закону геометрической прогрессии со знаменателем =0,7-0,73, а длина стержней l изменяется по тому же закону со знаменателем g=0,895-0,905, т.е. dn+1 =dn и ln+1=lng, где n - порядковый номер стержня. Верхняя и нижняя поверхности рупора имеют излом в точках крепления стержней. 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной широкополосной антенны, либо в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны.

Известна рупорная антенна, используемая в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны (Труды НИИР №3, «Антенно-фидерные устройства и техника СВЧ», стр.25, г.Москва, «Радио и связь», 1990 г.), содержащая рупор с решетчатыми боковыми стенками в Н-плоскости и сплошными стенками в Е-плоскости, внутри которого в плоскости Е расположены две экспоненциально расширяющиеся ножевые пластины, и узел возбуждения в виде Н-волновода.

Такое выполнение рупорной антенны расширяет диапазон рабочих частот. Однако при этом не реализуется потенциально достижимая степень согласования антенны с питающим фидером. Кроме того, не обеспечивается идентичность ширины диаграммы направленности (ШДН) в ортогональных плоскостях и ее постоянство в рабочем диапазоне частот. Ширина диаграммы направленности такой рупорной антенны с ростом частоты уменьшается, что приводит к снижению энергетического потенциала антенной системы в целом из-за недооблучения зеркала.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является выбранная в качестве прототипа рупорная антенна (Авт. свид. №1626291 А1, H01Q 13/02), содержащая рупор с решетчатыми боковыми стенками, узел возбуждения в виде Н-волновода и два экспоненциальных Н-образных выступа, выполненных с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, где t - ширина выступа в Н-волноводе.

Такое выполнение рупорной антенны улучшает согласование ее с питающим фидером и повышает идентичность ширины диаграммы направленности в ортогональных плоскостях. Однако частотная зависимость ширины диаграммы направленности остается по-прежнему достаточно значительной.

Техническая задача изобретения - стабилизация ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот.

Задача достигается тем, что в известной антенне, содержащей рупор с решетчатыми боковыми стенками, узел возбуждения в виде Н-волновода и два экспоненциальных Н-образных выступа, выполненных с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, где t - ширина выступа в Н-волноводе, согласно изобретению решетчатые боковые стенки выполнены в виде стержней диаметром D=0,1-0,11 макс, где макс - максимальная длина волны рабочего диапазона, расстояние d между которыми изменяется от первого стержня, расположенного в раскрыве рупора, по закону геометрической прогрессии со знаменателем =0,7-0,73, а длина стержней l изменяется по тому же закону со знаменателем g=0,895-0,905, т.е. dn+1 =dn и ln+1=lng, где n - порядковый номер стержня, при этом верхняя и нижняя поверхности рупора имеют излом в точках крепления стержней.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенная рупорная антенна отличается выполнением решетчатых стенок рупора в виде стержней диаметром D=0,1-0,11 макс, где макс - максимальная длина волны рабочего диапазона, расстояние d между которым изменяется от первого стержня, расположенного в раскрыве рупора, по закону геометрической прогрессии со знаменателем =0,7-0,73, а длина стержней l изменяется по тому же закону со знаменателем g=0,895-0,905, т.е. dn+1 =dn и ln+1=lng, при этом верхняя и нижняя поверхности рупора имеют изломы в точках крепления стержней.

Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения «новизна».

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что рупорные антенны с решетчатыми боковыми стенками в виде стержней известны, однако выполнение их с указанными размерами и связями позволяет обеспечить такую суперпозицию падающего поля из горловины рупора и полей, рассеянных от решетчатых боковых стенок, при которой обеспечивается стабилизация ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот.

Изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является промышленно применимым, так как оно может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

Сущность изобретения поясняется посредством фиг.1-2 и последующего описания.

На фиг.1 приведен общий вид рупорной антенны.

На фиг.2 приведен график зависимости ширины диаграммы направленности от частоты.

Конструктивно антенна содержит (фиг.1) рупор 1 с решетчатыми боковыми стенками 2 в Н-плоскости и сплошными стенками 3 в Е-плоскости, два экспоненциальных Н-образных выступа 4, выполненных с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, где t - ширина выступа в Н-волноводе, и узла возбуждения 5 в виде Н-волновода. Решетчатые боковые стенки 2 выполнены в виде стержней 6 диаметром D=0,1-0,11 макс, где макс - максимальная длина волны рабочего диапазона, расстояние d между которыми изменяется от первого стержня 6, расположенного в раскрыве рупора, по закону геометрической прогрессии со знаменателем =0,7-0,73, а длина стержней l изменяется по тому же закону со знаменателем g=0,895-0,905, т.е. dn+1 =dn и ln+1=lng, где n - порядковый номер стержня, при этом верхняя и нижняя поверхности 3 рупора имеют излом в точках крепления стержней 6. Такая конструкция рупорной антенны позволяет обеспечить стабилизацию ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот.

Рупорная антенна работает следующим образом

При подведении энергии к узлу возбуждения 5 происходит возбуждение рупора 1. Электромагнитная волна, распространяющаяся вдоль рупора 1, встречает на своем пути три неоднородности. Одна из них находится в горловине рупора, где он сочленяется с волноводом, другая - в решетчатых боковых стенках 2 рупора 1, где электромагнитная волна рассеивается на стрежнях 6 и третья - в раскрыве рупора, где электромагнитная волна выходит в пространство. В результате чего результирующее поле в дальней зоне рупора 1 представляет собой суперпозицию этих волн.

Амплитудно-фазовое распределение результирующего поля в дальней зоне существенно зависит от соотношения полей, излучаемых раскрывом рупора, и, прежде всего, от рассеянного стержнями 6 электромагнитного поля. В свою очередь рассеянное стержнями 6 электромагнитное поле существенно зависит от диаметра стержней D решетчатых боковых стенок рупора, их длины l и расстояния между ними d. Варьируя значениями D, l и d, можно подобрать такие их величины, при которых диаграмма направленности антенны будет оставаться практически постоянной в диапазоне рабочих частот.

Экспериментальные исследования показали, что оптимальным, с точки зрения стабилизации ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот и идентичности диаграмм направленности (ДН) в ортогональных плоскостях, является такое расположение стержней 6 решетчатых боковых стенок 2, при котором расстояние d между стержнями 6 изменяется по закону геометрической прогрессии со знаменателем =0,7-0,73, а их длина l изменяется по тому же закону со знаменателем g=0,895-0,905, т.е. dn+1=d n и ln+1=lng, где n - порядковый номер стержня. При этом отсчет ведется от стержня, расположенного в раскрыве рупора.

При выборе >0,73 и фиксированном значении g рупорная антенна приближается к рупору со сплошными стенками, вследствие чего ее ширина ДН в области верхних частот сужается. При выборе <0,7, т.е. при прореживании решетчатых боковых стенок, происходит заметное сужение ШДН на нижних частях. При фиксированном значении аналогичная картина наблюдается при выборе g>0,905 и g<0,895.

Диаметр стержней D в меньшей степени влияет на диаграмму направленности, однако при 0,11 макс<D<0,1 макс наблюдается ухудшение согласования входного сопротивления рупора с питающим фидером и волновым сопротивлением среды.

В силу того, что длина стержней и расстояние между ними изменяются по закону геометрической прогрессии с различными значениями знаменателей ( g), нижняя и верхняя поверхности рупора имеют изломы в точках крепления стержней.

При выбранных параметрах такая конструкция рупорной антенны обеспечивает высокую степень постоянства ширины диаграммы направленности в полосе рабочих частот с коэффициентом перекрытия 1:2,5.

Оценка работы предложенной рупорной антенны осуществлялась на макете со следующими конструктивными параметрами:

- раскрыв апертуры рупора аp×b r=(1,7 макс-1,7) макс;

- диаметр стержней D=1,07 макс;

- количество стержней - 7;

- =0,73; g=0,9.

На фиг.2 приведен график зависимости измеренных ширины диаграмм направленности рупора (2 ) в плоскости Е (сплошная линия) и в плоскости Н (пунктирная линия) от частоты.

Анализ их показывает, что в полосе рабочих частот с коэффициентом перекрытия 1:2,5 ширина диаграммы направленности (2 ) изменяется относительно ее среднего значения (2 ср) не более чем на ±11%, в то время, как у рупорной антенны-прототипа эта величина составляет ±20%.

Предложенное техническое решение позволяет при использовании рупорной антенны с решетчатыми боковыми стенками, в качестве облучателя зеркальной антенны, обеспечить эффективное облучение ее отражателя в рабочей полосе частот с коэффициентом перекрытия 1:2,5 и тем самым повысить энергетический потенциал приемной системы в целом.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Рупорная антенна, содержащая рупор с решетчатыми боковыми стенками, узел возбуждения в виде Н-волновода и два экспоненциальных Н-образных выступа, выполненных с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, где t - ширина выступа в Н-волноводе, отличающаяся тем, что решетчатые боковые стенки выполнены в виде стержней диаметром D=0,1-0,11 макс, где макс - максимальная длина волны рабочего диапазона, расстояние d между которыми изменяется от первого стержня, расположенного в раскрыве рупора, по закону геометрической прогрессии со знаменателем =0,7÷0,73, а длина стержней l изменяется по тому же закону со знаменателем g=0,895÷0,905, т.е. d n+1=dn и ln+1=lng, где n - порядковый номер стержня, при этом верхняя и нижняя поверхности рупора имеют изломы в точках крепления стержней.






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