Патент на изобретение №2311706

Предлагаемое техническое решение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокации, связи и других антенных системах, размещенных на летательных аппаратах (ЛА).

Известна сверхширокополосная приемопередающая антенна (патент RU №2205478, МПК H01Q 5/01, 08.06.01), расположенная над экраном, содержащая коаксиальный вход, устройство согласования и излучатели электромагнитной энергии, которые выпонены в виде несимметричных вибраторов одинакового сечения с электрическими длинами 3_н/4, 3_в/4, 3_ср/4 соответственно, где _н, _в, _ср – длина волны низкой, высокой и средней частот излучения. Самый длинный и самый короткий вибраторы соединены между собой короткозамыкателем с тем же сечением, что и вибраторы, при этом полоса согласования антенны определяется расстоянием от устройства согласования до короткозамыкателя, причем вибраторы формируют воронкообразную диаграмму направленности в плоскости вибраторов, а в ортогональной плоскости – ненаправленную диаграмму направленности.

Кроме того, межосевое расстояние между вибраторами электрическими длинами _н, _ср выбирают равными периметру сечения одного вибратора, причем периметр сечения короткозамыкателя равен периметру сечения вибратора.

Три несимметричных вибратора расположены по прямой линии, причем центральный вибратор имеет электрическую длину 3_в/4, а боковые вибраторы соответственно электрические длины 3_в/4, 3_в/4.

Три несимметричных вибратора расположены в углах равнобедренного треугольника, причем угол при вершине больше равен /3, кроме того, вибратор электрической длиной 3_в/4 расположен в вершине равнобедренного треугольника, а вибраторы электрической длиной 3_в/4 и 3_в/4 расположены в углах при основании.

Недостатками этого технического решения являются низкая помехозащищенность, низкие электрическая и механическая прочность, а также большие габариты антенны.

Наиболее близкой по технической сущности является приемопередающая антенна (патент RU №2249280, МПК H01Q 1/28, 27.03.05), расположенная в плоскости, перпендикулярной экрану и содержащая устройство согласования и излучатели электромагнитной энергии, выполненые в виде трех несимметричных вибраторов, формирующих воронкообразную диаграмму направленности в угломестной плоскости и ненаправленную в азимутальной плоскости. Электрические длины каждого из излучателей соответствуют 0.2-0.3_н, 0.18-0.25_н и 0.09-0.22_н, а межосевые расстояния между центральным и боковыми излучателями выбираются равными 0.05-0.1_н, где _н – длина волны нижней границы частотного диапазона. Кроме того, излучатели электромагнитной энергии и устройство согласования размещены в заполненном диэлектрическим материалом объеме с диэлектрической проницаемостью не более 2.0.

Недостатками такой антенны являются ненаправленная диаграмма направленности в азимутальной плоскости и, как следствие, низкий коэффициент направленного действия.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что приемопередающая антенна расположена в плоскости, перпендикулярной экрану, и содержит устройство согласования и активные излучатели электромагнитной энергии, выполненные в виде трех несимметричных вибраторов, и трех пассивных вибраторов.

Новым в заявляемом техническом решении является то, что активные излучатели электромагнитной энергии установлены последовательно один за другим с расстоянием между ними 0,1-0.25_н, где _н – длина волны нижней границы частотного диапазона, а электрические длины каждого из активных излучателей электромагнитной энергии равны соответственно 0.55-0.65_н, 0.4-0.55_н и 0.15-0.35_н. Со стороны активного излучателя длиной 0.15-0.35_н на расстояниях 0.13-0.18_н и 0.25-О.3_н соответственно установлены на экране два пассивных вибратора длиной 1.1-1.3_н и 0.55-0.65_н. На расстоянии 0.2-0.25_н со стороны активного излучателя длиной 0.55-0.65_н установлен пассивный вибратор длиной 0.25-0.35_н. Пассивный вибратор длиной 1.1-1.3_н изогнут в сторону активного излучателя длиной 0.15-0.35_н.

Активные излучатели электромагнитной энергии и пассивные вибраторы размещены в объеме, заполненном диэлектрическим материалом с диэлектрической проницаемостью не более 2.

Активные излучатели и пассивные вибраторы выполнены в виде пластин, причем пассивные вибраторы расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения активных излучателей электромагнитной энергии.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является формирование направленной диаграммы направленности в азимутальной плоскости и расширение полосы пропускания в сторону низких частот.

На фиг.1 представлен пример выполнения приемопередающей антенны с прямыми пассивными вибраторами.

На фиг.2 представлен пример выполнения приемопередающей антенны с изогнутым пассивным вибратором.

На фиг.3 показана диаграмма согласования приемопередающей антенны в полосе частот F_н–F_в с диэлектриком и без диэлектрика.

На фиг.4 представлены диаграммы направленности приемопередающей антенны в азимутальной и угломестной плоскостях на частотах F_н.

На фиг.5 представлены диаграммы направленности приемопередающей антенны в азимутальной и угломестной плоскостях на частотах 1.5F_н.

Приемопередающая антенна состоит из экрана 1, активных излучателей 2, выполненных в виде трех несимметричных вибраторов 3₂, 4₂ и 5₂ соответственно с длиной 0.58_н, 0.53_н и 0.26_н, подключенных к входу 6 через устройство согласования 7, трех пассивных вибраторов 8, 9 и 10, расположенных вдоль одной оси с активными излучателями 2 перпендикулярно поверхности экрана 1. На расстоянии 0.17_н и 0.3_н от короткого активного излучателя 5₂ установлены непосредственно на экране 1 два пассивных вибратора 8 и 9 длиной 1.2_н и 0.65_н. Для уменьшения габаритов пассивный вибратор 8 может быть изогнут в сторону короткого активного излучателя 5₂ на высоте 0.65_н, причем радиус изгиба составляет не менее 0.05_н. Расстояние от короткого активного излучателя 5₂ до поверхности изогнутой части пассивного вибратора 8 должно быть не менее 0.05_н. Кроме того, на расстоянии 0.23_н от длинного активного излучателя 5₂ установлен еще один пассивный вибратор 10 длиной 0.3_н. Активные излучатели 3₂, 4₂ и 5₂ и пассивные вибраторы 8, 9 и 10 выполнены в виде пластин шириной 0.07_н.

Приемопередающая антенна работает следующим образом.

Активные излучатели, выполненные в виде трех несимметричных вибраторов 3₂, 4₂ и 5₂, создают ненаправленное электромагнитное поле в плоскости экрана. Введенные в конструкцию антенны пассивные вибраторы 8, 9 и 10 создают дополнительные пространственные колебательные контуры, имеющие сильную связь между собой и частично перекрывающие друг друга в ограниченном конструкцией объеме. Взаимное размещение пассивных вибраторов и активных излучателей позволяет усилить взаимные связи между образованными контурами. При изменении частоты входного сигнала изменяется действующий размер приемопередающей антенны, при этом наиболее активным является тот активный излучатель, электрическая длина которого с учетом влияния всех остальных наилучшим образом соответствует частоте подаваемого сигнала. Таким образом, активные излучатели и пассивные вибраторы предлагаемой антенны образуют многоконтурную систему (до 12 контуров), формирующую расширенную рабочую полосу частот от F_н до 4 F_н, где F_н – нижняя граница рабочего диапазона частот. Длины пассивных вибраторов, место и способ их размещения над экраном выбраны таким образом, чтобы имело место последовательное запаздывание фаз и токов в них. При этом в направлении расположения пассивного вибратора 10 со стороны длинного активного вибратора 3₂ происходит сложение полей от всех вибраторов, а в обратном направлении – их более или менее полная взаимная компенсация, то есть формируется направленность электромагнитного поля антенны при вертикальной поляризации сигнала.

Как видно на фиг.3, значение КСВН на входе антенны с приведенными размерами не превышает 1.8 в окнах прозрачности в полосе частот от F_н – 4 F_н. Представленные на фиг.4 и 5 экспериментальные диаграммы направленности указывают на повторяемость их формы при изменении частоты входного сигнала.

Предлагаемое технической решение обеспечивает создание сверхширокополосной (многополосной) антенны, формирующей направленную диаграмму направленности в азимутальной плоскости и обладающей расширенной полосой пропускания до 4 октав с фиксированными окнами прозрачности и уменьшенными габаритами, кроме того, образуется дополнительное окно прозрачности на частотах ниже F_н.

Формула изобретения

1. Приемопередающая антенна, расположенная в плоскости, перпендикулярной экрану, содержащая устройство согласования и активные излучатели электромагнитной энергии, выполненные в виде трех несимметричных вибраторов, отличающаяся тем, что активные излучатели электромагнитной энергии установлены последовательно один за другим с расстоянием между ними 0,1-0,25_н, где _к – длина волны нижней границы частотного диапазона, а электрические длины каждого из активных излучателей электромагнитной энергии равны соответственно 0,55-0,65_н, 0,4-0,55_н и 0,15-0,35_н, со стороны активного излучателя длиной 0,15-0,35_н на расстояниях 0,13-0,18_н и 0,25-0,3_н соответственно установлены на экране два пассивных вибратора длиной 1,1-1,3_н и 0,55-0,65_н, а на расстоянии 0,2-0,25_н со стороны активного излучателя длиной 0,55-0,65_н установлен пассивный вибратор длиной 0,25-0,35_н.

2. Приемопередающая антенна по п.1, отличающаяся тем, что активные излучатели электромагнитной энергии и пассивные вибраторы размещены в объеме, заполненном диэлектрическим материалом с диэлектрической проницаемостью не более 2.

3. Приемопередающая антенна по п.1, отличающаяся тем, что пассивный вибратор длиной 1,1-1,3_н изогнут в сторону активного излучателя длиной 0,15-0,35_н.

4. Приемопередающая антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что активные излучатели и пассивные вибраторы выполнены в виде пластин, причем пассивные вибраторы расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения активных излучателей электромагнитной энергии.

РИСУНКИ