ультракоротковолновый вибратор для летательных аппаратов
Классы МПК: | H01Q9/00 "Короткие" (в электрическом смысле) антенны с размерами, не превышающими удвоенную рабочую длину волны и составленные из электропроводящих активных излучающих элементов H01Q9/28 с коническими, цилиндрическими, клеточными, полосковыми, состоящими из металлической сетки, и им подобными элементами с увеличенной излучающей поверхностью; элементы, имеющие две конические поверхности с коллинеарными осями и смежными вершинами, питаемые двухпроводными линиями передачи |
Автор(ы): | Авдеев Алексей Романович (RU), Дворников Сергей Викторович (RU), Пономарев Александр Анатольевич (RU), Чернолес Владимир Петрович (RU) |
Патентообладатель(и): | Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-08-03 публикация патента:
27.09.2010 |
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано в качестве приемной и/или передающей бортовой антенны, в частности, на борту летательного аппарата (ЛА). Техническим результатом от использования вибратора является снижение его аэродинамического сопротивления при сохранении остальных электрических параметров. Ультракоротковолновый вибратор состоит из металлической пластины (МП) 1 в форме ромба, установленной вертикально над проводящей поверхностью (ПП) 2. Одна острая вершина ромбической МП 1 подключена к центральному проводнику коаксиального фидера 5, экранная оболочка которого подключена к ПП 2. К тупым углам ромбической МП 2 подключены проводники емкостной нагрузки (ПЕН) 3, которые изогнуты в плоскости МП 2. К ПЕН3 подключены шунты 4, нижние концы которых подключены к ПП 2. Определены оптимальные соотношения размеров элементов вибратора, при которых достигается технический результат. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
![ультракоротковолновый вибратор для летательных аппаратов, патент № 2400878](/images/patents/62/2400878/2400878-3.jpg)
![ультракоротковолновый вибратор для летательных аппаратов, патент № 2400878](/images/patents/62/2400878/2400878-4.jpg)
![ультракоротковолновый вибратор для летательных аппаратов, патент № 2400878](/images/patents/62/2400878/2400878-5.jpg)
![ультракоротковолновый вибратор для летательных аппаратов, патент № 2400878](/images/patents/62/2400878/2400878-6.jpg)
Формула изобретения
1. Ультракоротковолновый вибратор для летательных аппаратов, содержащий металлическую пластину высотой Н, установленную вертикально над проводящей поверхностью, металлическая пластина снабжена шунтами и проводниками верхней емкостной нагрузки, металлическая пластина подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, экранная оболочка которого подключена к проводящей поверхности, отличающийся тем, что металлическая пластина выполнена в виде ромба с углом при острых вершинах, к вершинам тупых углов металлической пластины подключены проводники емкостной нагрузки, которые выполнены изогнутыми и расположены в плоскости металлической пластины, причем внешние концы проводников емкостной нагрузки примыкают к острой вершине металлической пластины, вторая острая вершина которой подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, а шунты подключены одним концом к проводникам емкостной нагрузки, а другим к проводящей поверхности.
2. Ультракоротковолновый вибратор по п.1, отличающийся тем, что высота Н металлической пластины выбрана из условия Н 0,16
max, где
max - максимальная длина волны рабочего диапазона волн.
3. Ультракоротковолновый вибратор по п.1, отличающийся тем, что угол при острых вершинах металлической пластины выбран в интервале
=60-80°.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электрорадиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано в качестве приемной и/или передающей бортовой антенны, в частности, на борту летательного аппарата (ЛА) для работы с широкодиапазонными ультракоротковолновыми (УКВ) радиостанциями.
Известны УКВ вибраторы для ЛА, описанные, например, в книге: Болбот А.А. и др. «Связные и навигационные антенны самолетов». - М.: «Транспорт», 1978, с.100-105.
Известная антенна широкополосная самолетная (АШС) представляет собой антенну верхнего питания и описана в указанной книге на с.100-101, рис.3.6, АШС состоит из изолированной части, изолятора и основания (нижней части). Коаксиальный кабель расположен в полости основания и подключен центральным проводником к изолированной части, экранной оболочкой к верхней кромке основания.
Общая высота антенны составляет 0,25 ср, где
ср - средняя длина волны рабочего диапазона волн.
Недостатком известного аналога является его относительно большая высота, что нарушает аэродинамические свойства ЛА.
Известна также антенна широкополосная самолетная - изогнутая (АШС-И), конструкция которой описана в указанной книге на с.101-102. Конструкция АШС-И отличается от описанной выше АШС тем, что для улучшения аэродинамических качеств верхняя (изолированная) часть антенны изогнута.
Недостатком АШС-И является относительно небольшой диапазон рабочих частот и подверженность воздействию импульсных электромагнитных воздействий из-за наличия изолированной верхней части антенны.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному вибратору является широкополосный УКВ самолетный вибратор, описанный в книге: Гвоздев И.Н. и др. «Характеристики антенн радиосистем связи». - Л.: ВАС, 1976, с.212.
Вибратор-прототип выполнен в виде металлической пластины (МП) высотой Н, установленной вертикально над проводящей поверхностью (ПП). МП снабжена шунтом, подключенным одним концом к ее верхней кромке, другим - к ПП, и верхней емкостной нагрузкой в виде проводников, подключенных к верхней кромке МП. Коаксиальный фидер подключен центральным проводником к нижней кромке МП, а экранной оболочкой - к ПП.
При таком исполнении вибратора исключаются изолированные от корпуса ЛА по постоянному току части вибратора, что повышает его устойчивость к импульсным электромагнитным воздействиям. Применение емкостной нагрузки снижает вертикальные размеры вибратора.
Недостатком ближайшего аналога являются неудовлетворительные аэродинамические качества за счет увеличения его поперечных габаритов из-за необходимости применения проводов верхней емкостной нагрузки.
Целью изобретения является разработка УКВ вибратора для ЛА, обеспечивающего снижение аэродинамического сопротивления его конструкции при сохранении остальных электрических параметров в заданном диапазоне частот.
Поставленная цель достигается тем, что в известном УКВ вибраторе для ЛА, содержащем МП высотой Н, которая установлена вертикально над ПП и снабжена шунтами и проводниками верхней емкостной нагрузки, МП подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, экранная оболочка которого подключена к ПП. МП выполнена в виде ромба с углом при острых вершинах. К вершинам тупых углов МП подключены проводники емкостной нагрузки (ПЕН). ПЕН выполнены изогнутыми и расположены в плоскости МП. Внешние концы ПЕН примыкают к острой вершине МП. Вторая острая вершина МП подключена к центральному проводнику коаксиального фидера. Шунты подключены одним концом к ПЕН, а другим - к ПП.
Высота вибратора Н выбрана из условия Н 0,16
max, где
mах - максимальная длина волны рабочего диапазона волн, а угол при острых вершинах ромбической МП
=60-80°.
Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков в заявленном УКВ вибраторе достигается его «удлинение» за счет применения ПЕН без увеличения его физических габаритов, как по высоте, так и по ширине, что указывает на снижение аэродинамического сопротивления конструкции, т.е. на возможность достижения сформулированного технического результата.
Заявленный УКВ вибратор для ЛА поясняется чертежами, на которых показано:
на фиг.1 - конструкция вибратора (первый вариант);
на фиг.2 - конструкция вибратора (второй вариант);
на фиг.3 - эквивалентная схема вибратора;
на фиг.4 - результаты измерения электрических параметров вибратора.
Заявленный вибратор, показанный на фиг.1, состоит из МП 1 в форме ромба, установленного вертикально над ПП 2 и обращенного к ней одной из острых вершин. Высота МП 1 (длина большой диагонали ромба) равна Н, а угол при острых вершинах . К тупым углам ромбической МП 1 подключены (точки «с») ПЕН 3. Первый отрезок длиной
1 каждого из ПЕН 3 ориентирован как продолжение нижнего ребра МП 1 до высоты Н. Далее каждый ПЕН 3 изогнут в плоскости МП 1 с интервалом d. При этом верхние изгибы выполнены на уровне высоты Н МП 1, а нижние изгибы на уровне t от соответствующей верхней кромки МП 1. Внешние концы ПЕН 3 примыкают к верхней острой вершине МП 1 и на расстоянии друг от друга
. Проводник каждого шунта 4 шириной «к» подключен к верхним концом к верхнему концу отрезка проводника длиной
1 а нижним концом - к ПП 2. Проводники шунтов 4 установлены под углом
относительно плоскости ПП 2. Коаксиальный фидер 5 подключен центральным проводником к острой вершине МП 1 (точка «а»), а экранной оболочкой - к ПП 2 (точки «б»),
УКВ вибратор, показанный на фиг.2, отличается от УКВ вибратора на фиг.1 тем, что в нем использован один проводник шунта 4. Таким образом, вибратор на фиг.1 по своей структуре эквивалентен М-образному шунтовому вибратору, а вибратор на фиг.2 - N-образному шунтовому вибратору.
Для обеспечения механической прочности вибратор может заключаться в диэлектрическую оболочку (на фиг.1 и 2 не показано).
Заявленный УКВ вибратор работает следующим образом.
При возбуждении вибратора в сечении «а»-«б» возбуждаются два типа волн тока: синфазный и противофазный. Синфазный ток обусловлен протеканием тока проводимости Iпр от точки «а» вдоль кромок МП 1, по проводам нагрузки 3 и далее через ток смещения Iсм, ток проводимости Iпр ПП 2 замыкается в точках «б». Одновременно противофазный ток (ток шунта Iш) замыкается от точки «а» по цепи: кромки МП 1, отрезок проводника емкостной нагрузки 3 длиной 1, проводник шунта 4 и далее через ПП 2 к точкам «б».
Известно (см., например, Гавеля и др. Антенны. 4.1, - Л.: ВКАС, 1963, с.263-268), что эквивалентная схема такой антенны может быть представлена, как показано на фиг.3.
Схема включает эквивалентный вибратор высотой Hэ и короткозамкнутую (к.з.) линию длиной ш. Высота Hэ эквивалентного вибратора есть сумма его физической высоты Н и дополнительной высоты H д, определяемой эквивалентным удлинением вибратора за счет ПЕН 3, т.е. Hэ=H+Hд. Причем общее входное сопротивление антенны Za определяется параллельно включенными реактивным сопротивлением шунта Zш и сопротивлением Zв вибратора высотой Нэ, подключенного к входу антенны с коэффициентом трансформации
. Коэффициент
зависит от выбранной формы МП 1, ширины проводника шунта 4 и выбранного угла наклона
. Порядок его расчета известен и описан в указанной выше книге «Антенны».
В ходе отработки опытного образца заявленного вибратора были установлены следующие оптимальные размеры, при которых достигается указанный технический результат:
H 0,16
max; К=(00,6-0,08)H; d=(0,06÷0,08)H;
=(0,1÷0,12)H; t=(0,04÷0,06)H; p=(2-3)мм;
=60-80°;
=90°-
/2.
Для сравнительной оценки электрических параметров заявленного вибратора и прототипа проведено измерение качества согласования (коэффициента бегущей волны - КБВ) для следующих условий:
max=1,5 м; H=240 мм; К=16 м; d=16 мм;
=24 мм; р=3 мм; t=12 мм; d=60°;
=60°. Волновое сопротивление фидера
=50 Ом.
Из результатов измерений КБВ, показанных на фиг.4, следует, что заявленный вибратор с уровнем КБВ=0,4 начинает работать начиная с соотношения Н/ =0,16; прототип - с Н/
=0,175.
Следовательно, при практически равных электрических размерах и качестве согласования у заявленного вибратора отсутствуют выступающие за профиль треугольника какие-либо элементы конструкции, т.е. в сравнении с прототипом он будет обладать лучшими аэродинамическими характеристиками, тем самым обеспечивая достижение указного технического результата.
Класс H01Q9/00 "Короткие" (в электрическом смысле) антенны с размерами, не превышающими удвоенную рабочую длину волны и составленные из электропроводящих активных излучающих элементов
Класс H01Q9/28 с коническими, цилиндрическими, клеточными, полосковыми, состоящими из металлической сетки, и им подобными элементами с увеличенной излучающей поверхностью; элементы, имеющие две конические поверхности с коллинеарными осями и смежными вершинами, питаемые двухпроводными линиями передачи
гибридная щелевая антенна - патент 2507648 (20.02.2014) | ![]() |
дипольный излучатель - патент 2472261 (10.01.2013) | ![]() |
дипольная антенна - патент 2459326 (20.08.2012) | ![]() |
антенна - патент 2395142 (20.07.2010) | ![]() |
дискоконусная антенна для установки на телескопической мачте - патент 2386198 (10.04.2010) | |
мобильная шунтовая радиопеленгационная антенна - патент 2368043 (20.09.2009) | ![]() |
диапазонная шунтовая радиопеленгационная антенна - патент 2357336 (27.05.2009) | ![]() |
широкополосная антенна для стационарных и подвижных средств связи - патент 2356138 (20.05.2009) | |
биконическая антенна с укорочением - патент 2336614 (20.10.2008) | ![]() |
шунтовая радиопеленгационная антенна - патент 2287878 (20.11.2006) |