зеркально-линзовая антенна

Формула изобретения

Зеркально-линзовая антенна, содержащая облучатель, основное зеркало, выполненное в виде поверхности вращения, и вспомогательное зеркало, выполненное в виде поверхности вращения, образующая которой представляет собой отрезок эллипса, отличающаяся тем, что основное зеркало выполнено в виде поверхности вращения, образующая которой представляет собой параболу с точечным фокусом, а вспомогательное зеркало размещено внутри однофокусной диэлектрической линзы, выполненной в виде тела вращения и установленной на облучателе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники и, в частности, к антенной технике и может быть использовано в качестве антенн средств связи и радиолокации преимущественно миллиметрового (ММВ) и сантиметрового (СМВ) диапазонов волн.

Известны используемые в радиорелейных и спутниковых системах связи зеркальные антенны типа Кассегрена и Грегори (в основном первого типа), содержащие облучатель, основное и вспомогательное зеркала. Обладая хорошими эксплуатационными характеристиками, эти антенны имеют существенные недостатки: большую обратную реакцию вспомогательного зеркала на облучатель, существенное затенение раскрыва вспомогательным зеркалом. Антенна Грегори, кроме того, имеет большой осевой размер.

Известна также зеркальная антенна со смещенной фокальной осью [1, 2] (антенна типа АДЭ - антенна двухзеркальная с малым зеркалом эллиптического профиля). Она содержит облучатель, большое (основное) зеркало и малое (вспомогательное) зеркало. Основное и вспомогательное зеркала выполнены в виде поверхностей вращения. Образующей основного зеркала служит отрезок параболы, фокальная ось которой смещена параллельно оси симметрии системы. Образующей малого зеркала является отрезок эллипса, первый фокус которого совмещен с фокусом параболы, а второй фокус совмещен с фазовым центром облучателя и лежит на оси симметрии антенны. Облучатель антенны создает сферическую волну, падающую на малое зеркало. Отраженные от малого зеркала лучи собираются в синфазное фокальное кольцо, образованное вращением первого фокуса вокруг оси симметрии антенны, создавая в раскрыве большого зеркала плоскую электромагнитную волну. При этом достигается реверс лучей: лучи, попадающие в центральную область вспомогательного зеркала, отражаются к периферии основного зеркала и, наоборот, крайние лучи облучателя отражаются в центральную часть основного зеркала. Наибольшая доля мощности облучателя переотражается вспомогательным зеркалом на периферию основного зеркала. Это приводит к более равномерному амплитудному распределению поля в раскрыве, а следовательно, и к увеличению коэффициента использования поверхности (КИП) антенны. По сравнению с обычной двухзеркальной антенной ход лучей, выходящих из фокуса параболы, остается таким же, но только вместо фокальной точки образуется фокальное кольцо. Влияние на согласование вспомогательного зеркала весьма мало, так как отраженные лучи почти не попадают в облучатель антенны. Вследствие того, что вспомогательное зеркало располагается на небольшом удалении от облучателя, антенна имеет сравнительно малый осевой размер. В целом, описанная антенна наиболее близка к заявляемой по уровню техники и принята за прототип.

Основным недостатком антенны-прототипа является необходимость применения зеркал специальной формы, что не позволяет использовать облучатель антенны-прототипа в качестве облучателя традиционных параболических зеркал с точечным фокусом.

Целью предлагаемого изобретения является сохранение достоинств антенны АДЭ, а именно высокого значения КИП и сравнительно малого осевого размера при сохранении профиля основного зеркала в форме параболы.

Указанная цель достигается тем, что вспомогательное зеркало размещается внутри устанавливаемой на облучатель однофокусной диэлектрической линзы. Линза представляет собой тело вращения, форма внутренней и внешней поверхностей которого определяется в зависимости от материала диэлектрика, из которого изготавливается линза. В этом случае фокальное кольцо, образованное вращением фокуса эллиптической образующей малого зеркала вокруг оси симметрии антенны, трансформируется в одиночный фокус, что позволяет использовать в качестве основного зеркала традиционную параболу с точечным фокусом. Таким образом, использование предлагаемого облучателя позволяет производить модернизацию старого парка зеркальных антенн. Линза также выполняет роль обтекателя.

Использование антенной конструкции, состоящей из облучателя, основного и вспомогательного зеркал является общим существенным признаком заявляемой антенны. Частным существенным признаком заявляемой антенны является размещение вспомогательного зеркала внутри устанавливаемой на облучатель однофокусной диэлектрической линзы, представляющей собой тело вращения, форма внутренней и внешней поверхностей которого определяется в зависимости от материала диэлектрика, из которого изготавливается линза.

Сопоставительный анализ заявляемой антенны с антенной-прототипом показывает, что заявляемая антенна отличается наличием технического решения, ранее не использовавшегося в классе зеркальных антенн, а именно тем, что вспомогательное зеркало размещается внутри устанавливаемой на облучатель однофокусной диэлектрической линзы, представляющей собой тело вращения, форма внутренней и внешней поверхностей которого определяется в зависимости от материала диэлектрика, из которого изготавливается линза. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с антенной-прототипом показывает, что конструкция заявляемой антенны имеет существенные отличия от конструкции антенны-прототипа, что обеспечивает достижение цели изобретения, а именно позволяет достичь высокого значения КИП и сравнительно малого осевого размера при сохранении профиля основного зеркала в форме параболы. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения "изобретательский уровень".

Поскольку применение двух зеркал для построения антенн хорошо известно [1-3] и известно также применение в антенных конструкциях диэлектрических линз [4-6], то это позволяет сделать вывод о возможности технической реализации заявляемого решения. Возможность технической реализации и удовлетворение заявляемой антенной предъявляемых функциональных требований к классу зеркальных антенн для техники связи и радиолокации диапазонов ММВ и СМВ позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения "промышленная применимость".

Рисунок антенны-прототипа, поясняющий принцип ее функционирования представлен на фиг.1. На фиг.2 изображена конструкция заявляемой антенны.

Антенна-прототип, представленная на фиг.1, состоит из облучателя 1, основного зеркала 2 и вспомогательного зеркала 3. Основное 2 и вспомогательное 3 зеркала выполнены в виде поверхностей вращения. Образующей основного зеркала 2 служит отрезок параболы, фокальная ось которой смещена параллельно оси симметрии системы А-А. Образующей малого зеркала 3 является отрезок эллипса, первый фокус которого совмещен с фокусом параболы F, а второй фокус совмещен с фазовым центром облучателя О и лежит на оси симметрии антенны. Облучатель антенны создает сферическую волну, падающую на малое зеркало. Отраженные от малого зеркала лучи собираются в синфазное фокальное кольцо, образованное вращением фокуса F вокруг оси А-А, создавая в раскрыве большого зеркала плоскую электромагнитную волну. Лучи облучателя, попадающие в центральную область вспомогательного зеркала, отражаются к периферии основного зеркала, а крайние лучи облучателя отражаются в центральную часть основного зеркала.

Заявляемая антенна изображена на фиг.2, она состоит из облучателя 1, основного зеркала 2, вспомогательного зеркала 3 и диэлектрической однофокусной линзы 4. Основное зеркало 2 имеет форму традиционной параболы с точечным фокусом. Вспомогательное зеркало 3 выполнено в виде поверхности вращения, образующая которой представляет собой отрезок эллипса, и размещено внутри устанавливаемой на облучатель 1 однофокусной диэлектрической линзы 4. Линза представляет собой тело вращения, форма внутренней и внешней поверхностей которого определяется в зависимости от материала диэлектрика, из которого изготавливается линза. Облучатель 1 антенны создает сферическую волну, падающую на малое зеркало 3. Отраженные от малого зеркала лучи собираются в синфазное фокальное кольцо, образованное вращением фокуса F вокруг оси А-А, и трансформируются линзой 4 в сферическую волну, идентичную излучению из мнимого фокуса F1, создавая в раскрыве большого параболического зеркала 2 плоскую волну. Таким образом, фокальное кольцо, образованное вращением фокуса эллиптической образующей малого зеркала вокруг оси симметрии антенны А-А, трансформируется в одиночный фокус, что и позволяет достичь цели изобретения, а именно использовать в качестве основного зеркала традиционную параболу, сохраняя высокий КИП и малый осевой размер антенны.

Источники информации

[1] Марков Г.Т. и Сазонов Д.М. Антенны: Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: "Энергия", 1975. - С.452-455.

[2] Метрикин А.А. Антенны и волноводы РРЛ. - М.: Связь, 1977. - С.53-62.

[3] US Patent №3995275, Int. Cl. H01Q 19/18. Reflector antenna having main and subreflector of diverse curvature / Shinichi Betsudan; Masanao Iimori; Motoo Mizusawa; Shuji Urasaki (Japan). - Appl. №:482903; Patented: Nov. 30, 1976; Priority Data: July 12, 1973; Filed: June 25, 1974.

[4] US Patent №3518686, Int. Cl. H01Q 19/10, 19/11. Cassegrain antenna with dielectric lens mounted in main reflector / Hans Siebecker (Germany). - Ser. №:658399; Patented: June 30, 1970; Priority Data: Aug. 5, 1966; Filed: Aug. 4, 1967.

[5] Патент РФ №2017283, МКИ Н01Q 19/10. Двухзеркальная антенна / Попов М.П. (Россия). - Заявлено 03.11.1986. Опубл. 30.07.1994.

[6] Линзы-обтекатели из однородного диэлектрика // Радиоэлектроника за рубежом. - 1981. - №5. - С.3-5.