антенна с круговой или секторной диаграммой направленности
Классы МПК: | H01Q25/00 Антенны или антенные системы, имеющие по меньшей мере две диаграммы направленности H01Q3/46 активные линзы или отражающие решетки |
Автор(ы): | Дыгай А.И., Снисаренко И.В., Рыбачек М.С., Нагучев Д.Ш., Душенин Ю.В. |
Патентообладатель(и): | Дыгай Александр Иванович, Снисаренко Иван Васильевич, Рыбачек Михаил Семенович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-01-28 публикация патента:
10.03.2000 |
Изобретение относится к области антенной техники, приборам и устройствам для излучения акустических волн в заданный сектор или зону обзора. Техническим результатом является снижение неравномерности излучения в области обзора; увеличение зоны обзора; повышение коэффициента осевой концентрации; устранение дополнительных лепестков в диаграмме направленности при изменении от частоты излучения; достижение постоянства ширины характеристики направленности в широкой полосе частот; увеличение крутизны ската диаграммы направленности; упрощение конструкции антенны и цепей ее питания. Антенна с круговой или секторной диаграммой направленности содержит ряд направленных преобразователей накачки параметрических акустических излучателей с плоской апертурой раскрыва, расположенных на криволинейной образующей радиуса r и развернутых один относительно другого так, что пространственные области взаимодействия двух соседних преобразователей накачки не пересекаются, при этом угол между их осями
o, линейный размер отдельного направленного преобразователя накачки a, в соответствующей плоскости сканирования, стрела прогиба h между ними, сектор области обзора
, ширина характеристики направленности и число отдельных направленных преобразователей накачки N, необходимых для перекрытия области обзора
, связаны определенными соотношениями. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
Формула изобретения
Антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, содержащая ряд направленных преобразователей с плоской апертурой раскрыва, отличающаяся тем, что направленные преобразователи выполнены в виде преобразователей накачки параметрических излучателей, расположены на криволинейной образующей радиусом r и развернуты один относительно другого так, что акустические оси двух соседних направленных преобразователей накачки не пересекаются, при этом угол![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146063/955.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146063/955.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146310/920.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146408/2146408-4t.gif)
0,5
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146063/955.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146005/8773.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146005/8773.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146063/955.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146408/2146408-5t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к антенной техникe, приборам и устройствам для излучения акустических волн в заданный сектор или зону обзора. Известна антенна, содержащая преобразователи, расположенные на криволинейной образующей поверхности излучения, выполненная в виде дуги окружности или сектора цилиндра [1]. Антенна состоит из цилиндра, образующая которого набрана из отдельных ненаправленных активных элементов, запитываемых сигналами рабочей частоты через фазовращающие цепи или линии задержки. Антенна может быть использована для секторного или кругового обзора, то есть для излучения акустической энергии в секторе пространства обзора. Причинами, препятствующими использованию рассмотренной антенны кругового или секторного обзора, являются высокий уровень бокового поля - до 25-30%, т.е. излучения вне заданного сектора; значительная неравномерность излучения энергии в различных направлениях внутри заданного сектора (более 3 дБ); низкий коэффициент осевой концентрации из-за большого взаимного влияния отдельных ненаправленных активных элементов при формировании направленного излучения; большая крутизна ската амплитуды характеристики направленности на краях заданного сектора; сложность изготовления активной излучающей поверхности цилиндрической формы и практическая невозможность получения идеальной поверхности при больших абсолютных размерах антенны (при диаметре более 15-20 см); высокая чувствительность характеристик антенны к частоте излучаемого сигнала. Признаками схожести рассмотренной антенны с изобретением являются наличие криволинейной образующей поверхности излучения; секторная или круговая зона обзора. Известна антенна с секторной диаграммой направленности [2]. Известная антенна состоит из плоского многоэлементного преобразователя, плоская излучающая поверхность которого набрана из отдельных активных ненаправленных элементов, запитываемых через фазовращающие цепи или линии задержки. Причинами, препятствующими применению рассмотренной антенны секторного обзора, являются малая зона обзора (обычно порядка 60o), высокий уровень дополнительных лепестков или малая крутизна диаграммы направленности, невозможность регулировать независимо друг от друга уровень дополнительных лепестков и крутизну диаграммы направленности, необходимость значительно (в несколько раз) увеличивать ее линейные размеры для улучшения на несколько процентов характеристик диаграммы направленности, сложность питания активных элементов, зависимость ширины диаграммы направленности от частоты. Признаками схожести рассмотренной антенны с изобретением являются плоские многоэлементные преобразователи, плоская излучающая поверхность, секторная зона обзора. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является "широкополосная антенна с постоянной шириной лепестка" [3]. Известная антенна имеет секторную диаграмму направленности и состоит из набора плоских направленных секций преобразователей, расположенных на плоской поверхности излучения, набранных из отдельных ненаправленных активных элементов, запитываемых через фазовращающие цепи или линии задержки. Причинами, препятствующими применению рассмотренной антенны, являются большая зависимость неравномерности диаграммы направленности от частоты и от разбросов электромеханических параметров активных элементов антенны; ограниченная зона обзора (порядка 60o); малый коэффициент осевой концентрации; высокий уровень дополнительных лепестков; зависимость крутизны ската диаграммы направленности на краях сектора от частоты излучаемого сигнала; сложность цепей питания элементов антенны, так как постоянство ширины диаграммы направленности в заданной полосе рабочих частот на стандартном уровне 0,707 достигается за счет выбора геометрического размера плоской секции и фазовращающих цепей или линий задержки практически для каждой из частот; сложность конструкции антенны. Признаками схожести рассмотренной антенны с изобретением являются набор плоских направленных секций; плоская излучающая поверхность, постоянная ширина диаграммы направленности в полосе частот; секторная зона обзора. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение неравномерности излучения в область обзора; увеличение зоны обзора; повышение коэффициента осевой концентрации; устранение дополнительных лепестков в диаграмме направленности при изменении частоты излучения; достижение постоянства ширины характеристики направленности в широкой полосе рабочих частот; увеличение крутизны ската диаграммы направленности; упрощение конструкции антенны и цепей ее питания. Для достижения технического результата в антенне с круговой или секторной диаграммой направленности, содержащей ряд направленных преобразователей с плоской апертурой раскрыва, эти направленные преобразователи выполнены в виде преобразователей накачки параметрических излучателей, расположены на криволинейной образующей радиусом r и развернуты один относительно другого так, что акустические оси двух соседних направленных преобразователей не пересекаются, при этом угол![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146063/955.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146063/955.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146310/920.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146408/2146408-2t.gif)
0,5
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146063/955.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146005/8773.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146005/8773.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146063/955.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146408/2146408-3t.gif)
Теоретическое обоснование возможности достижения технического результата заключается в следующем. Так как в качестве направленных преобразователей накачки могут быть использованы преобразователи накачки параметрических излучателей, то известно [4] , что наиболее эффективно нелинейное взаимодействие волн накачки имеет место в случае, если их волновой фронт является плоским, а распространение их является коллинеарным. В реальном случае при распространении волн накачки наиболее эффективное взаимодействие волн происходит, если преобразователь имеет плоскую апертуру, так как в этом случае в ближней зоне преобразователя (равной ID) распространяется плоская волна. Поэтому в устройстве выбрана плоская апертура преобразователей, а не, например, цилиндрическая или сферическая. Так как в устройстве преобразователи развернуты друг относительно друга на определенный угол
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146063/955.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146005/8773.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146005/8773.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146063/955.gif)
Устройство работает следующим образом. Для излучения акустических волн в заданный сектор или в зону обзора на преобразователи накачки 1 подают две или несколько частот накачки. Цифрами 3, 4 обозначены пространственные области нелинейной среды распространения частот волн накачки для каждого отдельного направленного преобразователя, в которых генерируются сигналы и формируются диаграммы направленности 5 рабочей (разностной) частоты. Все преобразователи 1 одновременно излучают волны накачки, то есть каждый из этих преобразователей излучает акустические сигналы, например, с двумя частотами fн и fв. В среде распространения 3 в результате нелинейного взаимодействия формируются сигналы рабочей частоты F_ = fв
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146019/177.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
![антенна с круговой или секторной диаграммой направленности, патент № 2146408](/images/patents/325/2146014/945.gif)
1. Смарышев М.Д. Направленность гидроакустических антенн.- Л., 1973, с. 127-131. 2. Зелкин Е.Г. Построение излучающей системы по заданной диаграмме направленности. - Л., 1963, с. 176-184. 3. Д. Такер. Гидролокаторы/ В кн. "Подводная акустика" под ред. Л.М. Бреховских, М.: Мир, 1965, с. 45 - 47. 4. Новиков Б.К, Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика/Л. : Судостроение, 1981, с. 264.
Класс H01Q25/00 Антенны или антенные системы, имеющие по меньшей мере две диаграммы направленности