способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна

Классы МПК:H01Q19/10 с использованием отражающих поверхностей 
H01Q15/14 отражающие поверхности; эквивалентные конструкции 
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Жутиков Михаил Алексеевич (RU),
Жутиков Алексей Михайлович (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2005-01-27
публикация патента:

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат заключается в повышении технологичности изготовления. Сущность изобретения состоит в том, что отражатель зеркальной антенны выполнен в виде конической поверхности вращения или ее сектора, а облучатель - в виде антенны прямой или обратной вытекающей волны с питанием соответственно со стороны дальнего или ближнего конца по отношению к вершине конической поверхности вращения, облучатель ориентирован вдоль оси конической поверхности вращения и излучает в направлении отражателя конический фронт волны. 3 ил., 2 табл.

способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037

Формула изобретения

Зеркальная антенна, содержащая отражатель в виде конической поверхности вращения или ее сектора и облучатель в виде линейной антенны, ориентированной вдоль оси конической поверхности вращения и излучающей в направлении отражателя конический фронт волны, отличающаяся тем, что облучатель выполнен в виде антенны прямой или обратной вытекающей волны с питанием соответственно со стороны дальнего или ближнего конца по отношению к вершине конической поверхности вращения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области антенной техники.

Известен способ построения зеркальных антенн и известно устройство зеркальная антенна, описанные в литературе [1]. Способ состоит в использовании отражателя в форме параболоида вращения и точечного облучателя, размещенного в его фокусе и создающего сферический фронт волны, а устройство представляет собой такой отражатель, объединенный с точечным облучателем.

Недостатком этих способа и устройства является необходимость изготовления отражающей поверхности двойной кривизны. Технологические проблемы становятся особенно существенны в случае изготовления больших зеркал с высокой точностью (например, антенн радиотелескопов).

Целью изобретения является повышение технологичности изготовления.

С этой целью заявляемый способ построения состоит в использовании отражателя в форме конической поверхности вращения и линейного облучателя, ориентированного вдоль оси отражателя и излучающего в направлении его внутренней поверхности конический фронт волны с образующей, наклоненной к оси системы под определенным углом, таким, что отраженный фронт волны в раскрыве отражателя преобразуется в плоский. Угол при вершине конуса отражателя может быть как больше, так и меньше 90°. В случае равенства этого угла 90° фронт волны облучателя является цилиндрическим.

Заявляемое устройство содержит отражатель, выполненный в форме конической поверхности вращения, и линейный облучатель, ориентированный вдоль оси конуса и излучающий в направлении его внутренней поверхности конический (в случае угла при вершине, равного 90° - цилиндрический) фронт волны.

Цель достигается тем, что коническая поверхность вращения, в отличие от параболической, развертывается на плоскость и более технологична. Технологические проблемы изготовления отражателя переносятся, таким образом, на проблемы изготовления линейного облучателя, существенно более простые.

Дополнительное отличие от прототипа (способа и устройства) обусловлено применением линейного облучателя и состоит в том, что отражатель расположен не в дальней зоне точечного, а в ближней зоне линейного облучателя, и, в соответствии с принципом Гюйгенса, следует говорить о фазовом фронте, формируемом облучателем, а не о его диаграмме направленности. Соответственно, амплитудное распределение в раскрыве зеркала определяется амплитудным распределением вдоль облучателя, а не его диаграммой направленности, как в случае прототипа.

Способ построения показан на Фиг.1, а соответствующее устройство - на Фиг.3. На фиг.2 показан принцип качания луча. На чертежах обозначены: 1 - отражатель, 2 - облучатель, 3 - фронт волны облучателя, 4 - вход антенны, 5 - излучающие щели, 6 - согласованная нагрузка. Буквенные обозначения: 2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 - угол при вершине конуса отражателя, l - длина образующей, R - радиус раскрыва, L - длина облучателя, способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 - угол отклонения облучателя и луча антенны, Е - вектор электрического поля. Направление излучения линейного облучателя образует угол способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 относительно нормали к нему, определяемый из условия формирования плоского фронта в раскрыве:

способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 -90°.

Положительное направление способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 показано на фиг.1а. В зависимости от угла при вершине конуса 2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 >90°, 2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =90° или 2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 <90° угол способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 >0, способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =0 или способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 <0 соответственно (фиг.1a, б, в). Длина облучателя, из условия полного использования раскрыва, равна:

L=R/Sin2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 .

Наиболее перспективна конфигурация на фиг.1а (2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 >90°) как имеющая больший диаметр раскрыва и меньшую габаритную глубину конуса при равной боковой поверхности отражателя. В то же время при 2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 >90° длина облучателя растет с увеличением способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 (см. Табл.1), поэтому необходим компромисс между требованием максимизации раскрыва и ограничением на длину облучателя. Компромиссный выбор угловых размеров целесообразен в интервале, примерно, 2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =100...140°.

Табл.1
2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 °6070 8090100 110120 130140150 180
L/R1,155 1,0641,015 1,01,0151,064 1,1551,3051,556 2,0 

Из табл.1 видно, что минимальная длина облучателя достигается при 2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =90°. Однако площадь раскрыва остается при этом существенно меньше боковой поверхности отражателя, а габаритная глубина конуса велика. Кроме того, в силу того, что облучатель в этом случае излучает по нормали к оси, необходимы меры по уменьшению в нем отражений, обусловленных «эффектом нормали». Поэтому данная конфигурация не может считаться оптимальной. Предпочтительнее другой критерий оптимума: максимум отношения площади раскрыва к длине облучателя (имеющий размерность длины) достигается, как нетрудно получить, при значении способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 , 2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 109,5°.

Облучатель при данном способе построения может питаться как со стороны вершины конуса, так и с противоположной. Выбор того или иного направления определяется, помимо конструктивных предпочтений, возможностью обеспечения требуемой величины угла способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 с заданной точностью в заданной полосе частот.

На фиг.3а показан пример исполнения устройства с облучателем на основе волноводно-щелевой антенны, при его питании с ближнего конца (от вершины конуса). Раскрыв антенны круговой. На фиг.3б показан облучатель. Он имеет продольные щели на широких стенках, попеременно отнесенные от оси по разные стороны. Для обеспечения синфазности верхней и нижней половин раскрыва соответственные щели на верхней и нижней стенках отнесены от оси в противоположные стороны, а для обеспечения минимальной фазовой ошибки размер узкой стенки выбран возможно меньшим. Остаточная мощность поглощается в оконечной нагрузке 6. Угол способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 определяется из соотношения:

способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 ,

где d - шаг между соседними излучателями, способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 - длина волны, а - размер широкой стенки волновода. Расчетные величины d/способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 приведены в Табл.2 для трех значений угла при вершине конуса и различных значений способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 /2а.

Табл.2
 2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =110° (способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =20°)2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =120° (способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =30°)2способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =130° (способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =40°)
способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 /2a=0,52d/способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =0,418d/способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =0,369d/способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =0,334
способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 /2a=0,6d/способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =0,438d/способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =0,385d/способ построения зеркальных антенн и устройство зеркальная антенна, патент № 2294037 =0,346

На фиг.3в, г, д показаны примеры исполнения устройства при питании облучателя с дальнего конца. Раскрыв антенны полукруговой (использована одна половина конуса). На фиг.3в показана схема питания. Со входа 4 питание подается по регулярному волноводу. После его изгиба на 180° в нем возбуждаются щели, прорезанные в стенке, продольная ось которой совмещена с осью конуса. Остаточная мощность поглощается в нагрузке 6. На фиг.3г показано устройство с облучателем на основе волноводно-щелевой антенны с наклонными щелями по узкой стенке, на фиг.3д - устройство с облучателем на основе волноводной антенны «вытекающей волны». Приведенные примеры не исчерпывают возможных типов облучателя. Он может быть выполнен на основе диэлектрических, полосковых, щелевых и других типов линий и замедляющих структур, с использованием активных элементов, его поляризация может быть также эллиптической и круговой.

При качании облучателя в небольшом секторе телесных углов возможно качание луча антенны в том же секторе, как показано на фиг.2. При этом луч отклоняется в диаметрально противоположную сторону от облучателя на ту же величину угла.

Источники информации

1. Г.Т. Марков, Д.М. Сазонов, М., 1975.

Класс H01Q19/10 с использованием отражающих поверхностей 

способ оптимального размещения и ориентации приемного/передающего излучателя в виде коаксиально расположенных диэлектриков цилиндрической формы в фокальной области используемых коллимирующих поверхностей -  патент 2461929 (20.09.2012)
"карусельная" антенна кругового излучения с квадратно-рамочными элементами -  патент 2360339 (27.06.2009)
широкополосная многолучевая зеркальная антенна -  патент 2342748 (27.12.2008)
антенна -  патент 2331957 (20.08.2008)
зеркально-линзовая антенна -  патент 2298863 (10.05.2007)
облучатель параболической антенны -  патент 2273921 (10.04.2006)
диапазонная направленная антенна -  патент 2256265 (10.07.2005)
диапазонная направленная антенна -  патент 2187867 (20.08.2002)
диапазонная направленная антенна -  патент 2157580 (10.10.2000)
широкополосная антенна -  патент 2153742 (27.07.2000)

Класс H01Q15/14 отражающие поверхности; эквивалентные конструкции 

Наверх