Патент на изобретение №2236728
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) МОНОИМПУЛЬСНЫЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ
(57) Реферат:
Моноимпульсный облучатель может использоваться в антенной технике как самостоятельно, так и в качестве облучателя зеркальных, линзовых и др. антенн, а также фазированных антенных решеток, формирующих суммарно-разностные характеристики излучения на двух взаимно ортогональных поляризациях. Техническим результатом является формирование суммарно-разностных диаграмм направленности одновременно на двух взаимно ортогональных поляризациях. Пирамидальный рупор моноимпульсного облучателя запитывается четырьмя волноводными излучателями квадратного сечения, примыкающими вплотную друг к другу, имеющими по два входа, сигнал от одного из которых возбуждает волну Н10, а от другого H01 и, соответственно, поля с взаимно ортогональными поляризациями, четыре однотипных входа, например, для волны 10, объединены с помощью одного суммарно-разностного узла возбуждения, со входов которого формируются суммарно-разностные диаграммы направленности для одного типа поляризации, а четыре входа для волны H01 – с помощью другого суммарно-разностного узла возбуждения, со входов которого формируются аналогичные диаграммы направленности с ортогональной первому типу поляризацией, требуемые электрические характеристики моноимпульсного облучателя реализуются с помощью выступающей за пределы пирамидального рупора крестообразной перегородки и элементов настройки на ней, ширина диаграммы направленности для взаимно ортогональных типов поляризаций выравнивается с помощью стенок пирамидального рупора, края которых со стороны излучающей апертуры выполнены из металлических полос, параллельных краям стенок. 2 ил.
Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности средств связи и может использоваться в антенной технике как самостоятельно, так и в качестве облучателя зеркальных, линзовых и др. антенн и фазированных антенных решеток, формирующих суммарно-разностные характеристики излучения на двух взаимно ортогональных поляризациях. Известны суммарно-разностные облучатели, выполненные на основе различных балансных делителей мощности (Н и Е – тройников, Н, Е и Т – мостов и др.) [“Антенны и устройства СВЧ” ред. Воскресенский Д.И., Москва, “Сов. радио”, 1972 г., стр.291-294]. Известны облучатели моноимпульсных антенн, выполненные на основе четырех “точечных” излучателей (вибраторов, щелей, рупоров и т.д.), возбуждение которых в определенных фазовых соотношениях обеспечивается узлом формирования суммарно-разностных диаграмм направленности [“Справочник по элементам радиоэлектронных устройств”, ред. Куликовский А.А., Дулин В.И, Жук М.С., Москва, “Энергия”, 1977 г., стр.555-557]. Недостатком всех этих технических решений является формирование поля лишь с одной ориентацией вектора Е излученного СВЧ-сигнала. Изменение этой ориентации на 90 Известен волноводный излучатель [“Активные фазированные антенные решетки” стр.260, авторов Гостюхина В.А., Трусова В.Н. и др., изд. “Радиосвязь”], работающих одновременно на двух взаимно ортогональных поляризациях, но он не является суммарно-разностным и при этом меняет ширину диаграммы направленности в любой из плоскостей, например вертикальной или горизонтальной, при повороте вектора Е на 90 Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является суммарно-разностный облучатель для моноимпульсной антенны [Пат. Р.Ф. №2109377 от 31.07.96г.]. Основным недостатком этого известного технического решения также является то, что облучатель может формировать суммарно-разностные диаграммы направленности только на одной линейной поляризации, обусловленной ориентацией составляющих поля волны Н10 в запитывающих пирамидальный рупор прямоугольных волноводах. Конструкция облучателя и все его элементы настройки определяются именно этим однополяризационным режимом работы, при котором ориентация векторов Е и Н в рупоре и относительно рупора в пространстве однозначно зафиксирована. В частности: – плоская металлическая перегородка разделяет пирамидальный рупор пополам в плоскости Е и ориентирована в Н-плоскости, а форма и размеры ее выступающей части используются в качестве элемента настройки разностного Е при соответствующей ориентации рупора (угломестного) – канала; – облучатель имеет четыре входных канала (суммарный ( – емкостной элемент настройки суммарного канала расположен на осевой линии перегородки, посередине между двумя запитывающими рупор волноводными каналами, разнесенными в плоскости Н, и обеспечивает настройку суммарного канала за счет изменения высоты волновода (в пл. Е) на участке, равном размеру элемента настройки; – пирамидальный рупор имеет различную эквивалентную длину в плоскостях Е и Н, что позволяет выравнивать ширину диаграмм направленности в этих плоскостях. Невозможность сформировать с помощью такого облучателя поле с другой поляризацией очевидна: – прежде всего, отсутствуют дополнительные входные каналы, запитывая которые можно было бы реализовать работу на другой поляризации, ортогональной первой; – волны Н10 в прямоугольных, запитывающих рупор волноводах, формируют в нем три аналогично поляризованных типа электромагнитной волны: Н10 – по суммарному каналу, Н20 – по разностному Н-каналу и Н10 – все излучающие и настроечные элементы рассчитаны только на этот вид поляризации, изменение которой на ортогональную делает эти элементы неработоспособными. Техническим результатом предлагаемого суммарно-разностного облучателя является достижение возможности получения на двух взаимно-ортогональных линейных поляризациях близких по ширине диаграмм направленности. Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что моноимпульсный облучатель содержит суммарно-разностный узел возбуждения, пирамидальный рупор с перегородкой, выступающей за его продольный габарит, и настроечные элементы, установленные на перегородке с возможностью перемещения. Отличительными признаками заявляемого моноимпульсного облучателя являются введение второго суммарно-разностного узла возбуждения и четырех волноводных излучателей квадратного сечения с двумя волноводными входами в каждом. Сигнал от одного из волноводных входов возбуждает в излучателе волну Н10 и формирует в пирамидальном рупоре электромагнитное поле с поляризацией, соответствующей ориентации вектора Е возбуждающей волны, а другой возбуждает волну H01 и формирует поле, соответственно, с ортогональной поляризацией. Четыре выхода каждого из двух суммарно-разностных узлов возбуждения подключены к входам волноводных излучателей, формирующим электромагнитное поле на одной из поляризаций, при этом общее количество суммарно-разностных входов равно восьми: по четыре для каждой поляризации. Волноводные излучатели вплотную примыкают стенками, не содержащими волноводных входов, к двум соседним волноводным излучателям. Внутренние стенки волноводных излучателей соединены с перегородкой, имеющей крестообразное сечение и разделяющей пирамидальный рупор на четыре равные части, в каждой из которых на взаимно ортогональных плечах перегородки установлены по одному настроечному элементу с возможностью их перемещения как параллельно, так и перпендикулярно продольной оси пирамидального рупора. Внешние стенки волноводных излучателей соединены со стенками пирамидального рупора, края которого со стороны излучающей апертуры выполнены из металлических полос, параллельных краям стенок, с шагом <0,2 На фиг.1 изображен пирамидальный рупор предлагаемого моноимпульсного облучателя. На фиг.2 изображены диаграммы направленности моноимпульсного облучателя на двух поляризациях. Моноимпульсный облучатель состоит из пирамидального рупора 1, первого суммарно-разностного узла возбуждения с четырьмя входами 2, второго суммарно-разностного узла возбуждения с четырьмя входами 3, первого волноводного излучателя 4, второго волноводного излучателя 5, третьего волноводного излучателя 6, четвертого волноводного излучателя 7, каждый из которых имеет по два волноводных входа Вх Принцип работы предлагаемого моноимпульсного облучателя, показанного на фиг.1, состоит в следующем: СВЧ-сигнал, поданный на вход Четыре квадратных выхода волноводных излучателей 4-7, вплотную примыкающих друг к другу, запитывают соответственно четыре равные части пирамидального рупора 1, разделенного перегородкой 8. Каждая четверть пирамидального рупора 1 и пирамидальный рупор 1 в целом для любой из поляризаций настраивается своей системой настроечных элементов: для одного типа поляризации, например, – это элементы, расположенные на горизонтальных плечах крестообразной перегородки 8, а для ортогонального типа поляризации – на вертикальных. Таким образом моноимпульсный облучатель без изменения своего положения может формировать поля двух взаимно ортогональных поляризаций. И обратное, при подаче СВЧ-сигнала на суммарно-разностный узел возбуждения от пирамидального рупора через волноводные излучатели на входах АЗ Одной из основных проблем, решенных в предлагаемом моноимпульсном облучателе, является проблема выравнивания по ширине диаграмм направленности (ДН) для двух взаимно ортогональных поляризаций. Задача сводится к получению в рупоре с квадратной апертурой одинаковых по ширине ДН в пл. Е и Н для каждой из поляризаций. В обычных квадратных рупорных антеннах с линейной поляризацией ДН в плоскостях Е и Н отличаются из-за различных амплитудных распределений, формируемых волной Н10 (или H01) – постоянного в плоскости Е и Сложность этой проблемы для пирамидального рупора, работающего на двух взаимно ортогональных поляризациях, обусловлена тем, что корректировку апертуры рупора в одной из плоскостей допустить нельзя. Необходимый эффект в предлагаемом облучателе достигается за счет выполнения по всему периметру краев пирамидального рупора на длине “l ” из металлических полос, параллельных краям стенок и расположенных с шагом <0,2 Технико-экономические преимущества предложенного решения по сравнению с прототипом заключаются в формировании на двух взаимно ортогональных поляризациях диаграмм направленности (ДН) с высоким КПД, хорошими развязками и минимальным КСВ и обеспечении возможности создания близких по ширине ДН на двух взаимно ортогональных поляризациях по всем каналам. Результаты практической реализации предложенного технического решения не вызывают сомнения. Изготовлен и прошел испытание макет моноимпульсного облучателя. Измеренные на этом макете диаграммы направленности приведены на фиг.2. Расчет и испытания подтвердили возможность достижения заявленного технического эффекта. Создан моноимпульсный облучатель, формирующий одновременно суммарно-разностную ДН на двух взаимно ортогональных поляризациях; 1. Стабилизированы характеристики излучения квадратного рупора: – суммарные ДН при повороте вектора Е на 90 – крутизна разностной ДН для двух взаимно ортогональных поляризаций отличается не более чем на 10%; 2. Поляризационные развязки получены не хуже 20-25 дБ. Формула изобретения
Моноимпульсный облучатель, содержащий суммарно-разностный узел возбуждения, пирамидальный рупор с перегородкой, выступающей за его продольный габарит и настроечные элементы, установленные на перегородке с возможностью перемещения, отличающийся тем, что введены второй суммарно-разностный узел возбуждения и четыре волноводных излучателя квадратного сечения с двумя волноводными входами в каждом, причем сигнал от одного из волноводных входов возбуждает в излучателе волну Н10 и формирует в пирамидальном рупоре электромагнитное поле с поляризацией, соответствующей ориентации вектора Е возбуждающей волны Н10, а другой возбуждает волну H01 и формирует ортогонально поляризованное поле, соответствующее ориентации вектору Е волны H01, четыре выхода каждого из двух суммарно-разностных узлов возбуждения соединены с входами волноводных излучателей, формирующих электромагнитное поле на одной из поляризаций, при этом общее количество суммарно-разностных входов равно восьми – по четыре для каждой поляризации, волноводные излучатели вплотную примыкают стенками, не содержащими волноводных входов, к двум соседним волноводным излучателям, причем внутренние стенки волноводных излучателей соединены с перегородкой, имеющей крестообразное сечение и разделяющей пирамидальный рупор на четыре равные части, в каждой из которых на взаимно-ортогональных плечах перегородки установлено по одному настроечному элементу с возможностью их перемещения как параллельно, так и перпендикулярно продольной оси пирамидального рупора, а внешние стенки волноводных излучателей соединены со стенками пирамидального рупора, края которого со стороны излучающей апертуры выполнены из металлических полос, параллельных краям стенок, с шагом <0,2 РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||