АНТЕННЫ СВЧ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН В диапазоне ультракоротких радиоволн используются преимущественно антенны, обладающие острой направленностью хотя бы в одной плоскости. При малой длине волны такие антенны получаются достаточно компактными, что дает возможность, не встречая больших технических трудностей, делать их вращающимися. Благодаря этому имеется возможность, получая большой выигрыш в мощности и уменьшая взаимные помехи станций, осуществлять связь по любым желаемым направлениям. В диапазоне метровых волн наиболее часто используются описанные выше многовибраторные синфазные и противофазные системы. На волнах дециметрового и сантиметрового диапазонов для создания острой направленности широко используются отражатели различного типа, особенно часто применяются параболические зеркала, выполняемые обычно из дюралюминиевого листа. Принцип их действия основан на известном свойстве параболических зеркал, заключающемся в том, что лучи, идущие параллельно оси зеркала, собираются в одной точке, находящейся перед ним и называемой фокусом отражателя. Естественно, что если использовать систему в обратном порядке, т.е. поместить в фокусе F зеркала излучатель, то его лучи будут собраны отражателем в параллельный пучок (рис. 6-50). Однако это имеет место только при идеальном точечном излучателе.

Рис. 6-50. Фокусировка параболическим отражателем излучения точечного вибратора в параллельные лучи.

Реальные излучатели обычно представляют собой полуволновые вибраторы, питаемые через коаксиальный кабель и симметрирующий четвертьволновый трансформатор, который изолирует одну из половин вибратора от внешней оплетки кабеля (рис. 6-51, а).

Рис. 6-51. Вибратор параболической антенны. а - способ подключения к коаксиальному фидеру; б - установка вибратора с контррефлектором.

Для возможно большего сужения диаграммы направленности и уничтожения ее боковых лепестков нужно, чтобы размеры отражателя (его диаметр D) были во много раз больше размеров излучателя l :

Получение узкой диаграммы направленности возможно только при изготовлении параболического зеркала с высокой степенью точности. Для уменьшения веса и сопротивления ветру часто отражатели изготовляются из металлической сетки. Ширина диаграммы направленности может быть рассчитана по формуле:

(6-21)

Эта формула показывает, что при достаточно большом диаметре зеркала можно получить весьма узкую диаграмму направленности. Так, при D = 20 , что вполне осуществимо на сантиметровых и даже на дециметровых волнах, ширина луча  . Искажения диаграммы направленности возникают также вследствие того, что не всё излучение вибратора попадает на отражатель; около половины его расходится в разные стороны непосредственно от слабонаправленного вибратора. Для устранения этого недостатка впереди вибратора часто устанавливают контррефлектор (рис. 6-51, б). В случае металлических вибраторов, которые можно условно называть электрическими излучателями, излучение вызывается перемещением электрических зарядов и их полем, направленным вдоль вибратора и изменяющимся по синусоидальному закону. Если создать устройство, в котором часть пространства, имеющая форму такого же вибратора, будет заполнена по тому же закону переменным магнитным полем, то этот "магнитный вибратор" будет создавать излучение так же, как электрический, только с заменой электрического поля на магнитное и обратно. Примером такого устройства может служить полуволновая щель, прорезаемая в дне прямоугольного волновода параллельно его широкой стороне (рис. 6-52). В этом случае магнитные силовые линии будут направлены вдоль отверстия, так же, как электрические силовые линии направлены вдоль металлического диполя. Поэтому такой излучатель можно назвать магнитным диполем; его резонансные и излучающие свойства будут полностью совпадать со свойствами металлического диполя той же формы при замене магнитного поля на электрическое и наоборот. Например, для точной настройки в резонанс он должен быть, как и металлический вибратор, несколько укорочен.

Рис. 6-52. Полуволновая щелевая антенна (магнитный вибратор).

Для получения максимальной широкополосности ширину отверстия следует делать возможно большей (при этом требуемое укорочение увеличивается). Наилучшей широкополосностью обладает отверстие, сделанное во всю ширину волновода. Для его настройки требуется довольно значительное укорочение, т.е. частичное закрытие выхода волновода (рис. 6-53). Использовать излучение из отверстий в металлических поверхностях впервые было предложено М.С.Нейманом, который назвал их дифракционными излучателями. В настоящее время в сантиметровом диапазоне излучатели такого типа применяются весьма часто.

Рис. 6-53. Настройка открытого конца волновода.

Из сказанного вытекает, что открытый конец волновода должен обладать малой направленностью излучения, так как он подобен линейному вибратору. Рупор, устанавливаемый часто на конце волновода, увеличивает направленность излучения (рис. 6-54, а). Чем шире отверстие рупора и больше его длина, тем плавнее переход от узкого волновода к открытому пространству и тем уже его диаграмма направленности. Отверстие рупора в этом случае представляет собой систему синфазных магнитных вибраторов, вытянутых в одну линию (рис. 6-54, б), что по своим излучающим свойствам равноценно системе такого же числа синфазных электрических вибраторов, расположенных в перпендикулярном направлении. Поэтому рупор имеет резко выраженный максимум излучения в направлении своей оси и несколько боковых лепестков (рис. 6-54, в).

Рис. 6-54. Рупорная антенна. а - конструкция; б - отверстие рупора как система синфазных магнитных вибраторов; в - диаграмма направленности.

Для получения высокой направленности, как уже было сказано, нужно, чтобы длина рупора была много больше длины волны. Например, для получения ширины диаграммы направленности в 50° нужно иметь рупор длиной (8-10) . Для сужения диаграммы направленности в 2 раза приходится длину рупора увеличивать в 5 раз. Естественно, что это технически осуществимо только на сантиметровых и миллиметровых волнах. Чем больше длина рупора, тем меньше можно сделать угол его раствора для получения заданного размера отверстия, а следовательно, и коэффициента направленности. Рупор, изображенный на рис. 6-54, а, называется секторным, так как расширение у него производится лишь в одном направлении. Рупоры такого типа обладают направленным действием только в одной плоскости. Для сужения диаграммы направленности в плоскости, перпендикулярной рассмотренной, нужно создать раствор рупора и в этой плоскости. Полученный таким образом пирамидальный рупор (рис. 6-55) по сути дела представляет собой многоэтажную систему синфазных магнитных вибраторов, которая обладает диаграммой направленности, суженной в двух направлениях.

Рис. 6-55. Пирамидальный рупор.

При использовании круглых волноводов рупор приобретает вид усеченного конуса (рис. 6-56).

Рис. 6-56. Конический рупор.

В ряде случаев желательно иметь острую направленность в вертикальной плоскости с главным излучением в горизонтальном направлении (что особенно важно для получения максимальной дальности связи на УКВ) и ненаправленное излучение в горизонтальной плоскости. Эту задачу успешно решают биконические рупоры. В них два конуса (рис. 6-57, а) питаются от коаксиального кабеля. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости (рис. 6-57, б) будет тем уже, чем больше электрическая длина рупора и меньше угол его раствора. В горизонтальной же плоскости (рис. 6-57, в) антенна излучает по всем направлениям одинаково. Вместо такой симметричной антенны можно применить более простую - несимметричную, в которой нижняя половина заменена проводящей плоскостью (рис. 6-57, г), создающей зеркальное изображение верхней половины. Такая антенна получила название дискоконусной.

Рис. 6-57. Биконические антенны. а - биконический рупор; б - диаграмма направленности в вертикальной плоскости; в - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости; г - дискоконусная антенна.

Дифракционные (щелевые) антенны могут быть выполнены самым различным образом в зависимости от того, какую диаграмму направленности они должны иметь. При их построении руководствуются теми же принципами, что и при создании металлических антенн. Необходимо только щели располагать так, чтобы магнитные силовые линии проходили вдоль них, а поверхностные токи на металлических стенках, в которых прорезаны щели, пересекали их под прямым углом. На рис. 6-58, а, изображена конструкция щелевой антенны из системы синфазных полуволновых щелей, прорезанных в широкой стенке волновода, закрытого на конце. Максимум излучения такой системы будет лежать в направлении перпендикуляра к широкой стенке. На рис. 6-58, б, представлена антенна, состоящая из системы щелей, прорезанных в стенке коаксиального кабеля. Такая антенна будет иметь ненаправленное излучение в горизонтальной и направленное в вертикальной плоскости.

Рис. 6-58. Щелевые (дифракционные) антенны. а - синфазная система щелей в волноводе; б - синфазная система щелей в коаксиальном фидере.

Для возбуждения волн определенного типа в волноводе нужно создавать такую систему возбуждения, для которой свойственно излучение волн длинной структуры. Так, например, для возбуждения основной магнитной волны в прямоугольном волноводе линейный вибратор обычно располагают посредине широкой стенки волновода (рис. 6-59, а). Вибратор питают от коаксиального кабеля, внешнюю оплетку которого соединяют со стенкой волновода. Позади вибратора устанавливают подвижную отражающую стенку на расстоянии, близком к четверти волны. Изменяя ее положение, можно установить наивыгоднейшие условия возбуждения волновода. Максимальная напряженность электрического поля создается около вибратора, и поле имеет направление вдоль его оси, что соответствует структуре волны H10 в волноводе. Для возбуждения основной волны в круглом волноводе возбуждающий вибратор помещают в середине торца круглого волновода (рис. 6-59, б).

Рис. 6-59. Возбуждение электромагнитных волн в волноводах. а - возбуждение основной магнитной волны в прямоугольном волноводе; б - возбуждение основной магнитной волны в круглом волноводе.

Направленное излучение может быть создано с помощью диэлектрических антенн - стержней, в которых небольшой вибратор возбуждает электромагнитные волны (рис. 6-60, а). Позади вибратора устанавливается отражающая стенка. Стержень имеет переменное сечение. Электромагнитные волны, попадая на границу раздела стержень-воздух, вначале испытывают полное внутреннее отражение. По мере сужения стержня угол падения возрастает и волны начинают выходить из стержня под малыми углами к его оси. Форма стержня выбирается такой, чтобы лучи выходили из него приблизительно под одинаковыми углами к оси, что и придает излучению антенны направленный характер. Направленное действие антенны возрастает по мере увеличения длины стержня. При длине стержня 5  удается получить ширину диаграммы направленности порядка 30°. Чтобы получить более острую диаграмму направленности, составляют из нескольких стержней систему синфазных излучателей (рис. 6-60, б).

Рис. 6-60. Диэлектрические антенны. а - конструкция излучателя; б - система синфазных диэлектрических излучателей.

Для получения очень острых диаграмм направленности в настоящее время используют металлические линзовые антенны. Принцип их действия основан на эффекте увеличения фазовой скорости распространения электромагнитных волн между металлическими поверхностями. Линза составляется из некоторого количества параллельных металлических пластин специальной формы, которые ставятся на выходе рупора, направляющего все излучение возбуждающего вибратора в одну сторону (рис. 6-61).

Рис. 6-61. Металлическая линзовая антенна.

Сферическая волна излучателя, проходя через линзу, превращается в плоскую. Это достигается тем, что боковые лучи 1 проходят между металлическими пластинами больший путь, чем лучи 2, имеющие направление, близкое к оси. Форма пластин подбирается такой, что все лучи, вышедшие в один и тот же момент времени под разными углами из излучателя, выходят из линзы одновременно. При этом поверхность равных фаз, т.е. фронт волны, становится плоской и диаграмма приобретает вид острого луча. Практически выполнимы линзы, создающие диаграмму направленности шириной, измеряемой в минутах. Подобные устройства особенно выгодны для таких стационарных линий связи, как радиорелейные линии.

Изобретение относится к области радиотехники и, в частности, к антенной технике и может быть использовано в антеннах средств связи и радиолокации с широкоугольным электрическим сканированием преимущественно миллиметрового и сантиметрового диапазонов волн. Функциональное назначение антенн - круговое сканирование лучом. В состав объекта-устройства входят: однородная тороидальная диэлектрическая линза, образованная вращением вокруг оси апланатического фокусирующего геометрического профиля; волноводно-щелевой облучатель, состоящий из короткозамкнутого отрезка круглого волновода и переключаемых щелей в волноводе, расположенных вокруг оси вращения на фокальной окружности линзы и соосных окружностях; короткозамыкатель в виде управляемого отражательного фазовращателя. Техническим результатом является обеспечение электронного сканирования лучом тороидальной диэлектрической линзовой антенны как в азимутальной, так и в угломестной плоскостях. Сканирование осуществляется поочередным электронным переключением щелей при помощи переключательных диодов, управляющее напряжение на которые подается по линиям управления. Число щелей в азимутальной плоскости соответствует числу дискретных положений ДН антенны в азимутальной плоскости, а число рядов щелей соответствует числу дискретных положений ДН антенны в угломестной плоскости. Включением щели на излучение и одновременной установкой фазовращателем максимума пучности волны в волноводе по центру щели достигается максимальное излучение электромагнитной энергии из щели и, следовательно, максимальный коэффициент усиления антенны. 4 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и, в частности, к антенной технике и может быть использовано в антеннах средств связи и радиолокации с широкоугольным электрическим сканированием преимущественно миллиметрового (ММВ) и сантиметрового (СМВ) диапазонов волн. Функциональное назначение антенн - круговое сканирование лучом.

Известна сканирующая тороидальная линзовая антенна, содержащая тороидальную диэлектрическую линзу, образованную вращением вокруг оси идеально фокусирующего профиля - окружности с изменяющейся в ее плоскости относительной диэлектрической проницаемостью   по закону Люнеберга [1]. При вращении профиля его фокус образует вокруг оси непрерывную фокальную окружность. Сканирование лучом антенны является круговым в плоскости фокальной окружности линзы и обеспечивается тем, что облучатель антенны состоит либо из излучателя, механически перемещаемого по фокальной окружности линзы, либо из множества излучателей, расположенных на фокальной окружности. В последнем случае сканирование лучом достигается поочередным электронным переключением излучателей. Изготовление неоднородной тороидальной линзы осуществляется сборкой из множества отдельных частей. Это обусловливает значительную технологическую сложность и высокую стоимость изготовления линз и делает их практически непригодными для работы в диапазоне ММВ вследствие возрастания требований к точности обеспечения требуемой зависимости диэлектрической проницаемости, идентичности составляющих частей и точности их стыковки, а также из-за роста потерь на клеевых соединениях.

Существенно более простая конструкция тороидальной линзовой антенны реализуется при использовании однородного диэлектрика. Сканирующая тороидальная линзовая антенна с однородной диэлектрической линзой, образованной вращением окружности вокруг оси, и кольцевым облучателем с электронно переключаемыми излучателями предложена в [2, 3]. Одним из недостатков антенны является то обстоятельство, что при одних и тех же размерах антенн масса однородной линзы существенно больше, чем неоднородной. Другим недостатком антенны является ограничение ее усиления при увеличении относительных размеров линзы в сравнении с длиной волны. Причина ограничения - неидеальные фокусирующие свойства линзы из однородного диэлектрика с круговым профилем, вызванные наличием сферической аберрации, присущей таким конструкциям.

Указанные недостатки устраняются при использовании сканирующей тороидальной линзовой антенны [4], содержащей однородную тороидальную диэлектрическую линзу, образованную вращением вокруг оси неапланатического фокусирующего геометрического профиля, и волноводно-щелевой облучатель, состоящий из короткозамкнутого отрезка круглого волновода с короткозамыкателем в виде металлической пластины и полуволновых резонансных щелей, включаемых на излучение с помощью pin-диодов, управляющее напряжение на которые подается по линиям управления. Щели, каждая из которых является отдельным излучателем, расположены на фокальной окружности тороидальной линзы. Возможны также другие конструктивные варианты построения облучателя, например, на основе рупорных или микрополосковых излучателей. Дополнительное снижение массы линзы достигается тем, что ее профиль является зонированным. Описанная антенна наиболее близка заявляемой по уровню техники и принята за прототип.

Недостатком антенны-прототипа является то обстоятельство, что ее конструкция позволяет осуществлять сканирование только в плоскости фокальной окружности линзы (азимутальной плоскости). Вместе с тем многие реальные системы связи и радиолокации диапазонов ММВ и СМВ предполагают не только круговое сканирование в азимутальной плоскости, но и функционирование антенн в достаточно широком секторе углов в ортогональной (угломестной) плоскости [5].

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение электронного сканирования лучом тороидальной диэлектрической линзовой антенны как в азимутальной, так и в угломестной плоскостях.

С этой целью сканирующая тороидальная линзовая антенна, содержащая однородную тороидальную диэлектрическую линзу, образованную вращением вокруг оси фокусирующего геометрического профиля, и волноводно-щелевой облучатель, состоящий из короткозамкнутого отрезка круглого волновода и переключаемых щелей в волноводе, расположенных вокруг оси вращения, отличается тем, что тороидальная линза антенны образована вращением вокруг оси апланатического фокусирующего геометрического профиля, щели облучателя расположены на фокальной окружности линзы и соосных окружностях, а короткозамыкатель выполнен в виде управляемого отражательного фазовращателя.

Принцип работы заявляемой антенны и антенны-прототипа одинаков. Открытая щель облучает фокусирующую тороидальную диэлектрическую линзу, формирующую диаграмму направленности (ДН) антенны. Сканирование осуществляется поочередным электронным переключением щелей при помощи переключательных диодов, управляющее напряжение на которые подается по линиям управления. В то же время заявляемая антенна имеет апланатический фокусирующий геометрический профиль, что позволяет путем смещения облучателя относительно фокуса отклонять ДН без практически заметных искажений ее формы. Волноводно-щелевой облучатель имеет несколько рядов щелей, расположенных на фокальной окружности линзы, как в антенне-прототипе, и на соосных окружностях, а короткозамыкатель на конце отрезка круглого волновода выполнен в виде управляемого отражательного фазовращателя. Число щелей в азимутальной плоскости соответствует числу дискретных положений ДН антенны в азимутальной плоскости, а число рядов щелей соответствует числу дискретных положений ДН антенны в угломестной плоскости. Открывая щель и одновременно устанавливая фазовращателем максимум пучности волны в волноводе по центру щели, достигаем максимального излучения щели и, следовательно, максимального коэффициента усиления антенны.

Использование однородной тороидальной диэлектрической линзы, образованной вращением вокруг оси фокусирующего геометрического профиля, и волноводно-щелевого облучателя, состоящего из короткозамкнутого отрезка круглого волновода и переключаемых щелей в волноводе, расположенных вокруг оси вращения, являются общими существенными признаками заявляемой антенны и антенны-прототипа. Апланатический фокусирующий геометрический профиль однородной тороидальной диэлектрической линзы заявляемой антенны, расположение переключаемых щелей в круглом волноводе как на фокальной окружности линзы, так и на соосных окружностях, а также использование в качестве короткозамыкателя управляемого отражательного фазовращателя являются частными существенными признаками заявляемой антенны.

Сопоставительный анализ заявляемой антенны с антенной-прототипом показывает, что заявляемая антенна отличается наличием технического решения, ранее не использовавшегося в классе тороидальных линзовых антенн, а именно тем, что однородная тороидальная диэлектрическая линза имеет апланатический фокусирующий геометрический профиль; систему переключаемых щелей в круглом волноводе, расположенных как на фокальной окружности линзы, как в антенне-прототипе, так и на соосных окружностях, и короткозамыкатель в виде управляемого отражательного фазовращателя. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения “новизна”.

Сравнение заявляемого решения с антенной-прототипом показывает, что конструкция заявляемой антенны имеет принципиальные отличия от конструкции антенны-прототипа, что обеспечивает достижение цели изобретения, а именно электронного сканирования лучом тороидальной диэлектрической линзовой антенны в угломестной плоскости при сохранении электронного кругового сканирования в азимутальной плоскости. Достигнутое новое качество дает возможность установки таких антенн на существенно более мобильные мачтовые устройства станций диапазонов ММВ и СМВ, чем в случае антенны-прототипа, поскольку снижаются требования к отклонению вершины ствола мачты при воздействии ветровых нагрузок. Кроме того, применение антенн предложенной конструкции на мачтах позволяет устранить потери сигнала, связанные со случайным характером перепадов высот антенн при расположении станций на пересеченной местности. И, наконец, в значительной степени устраняются проблемы при использовании антенн с круговым сканированием на движущихся объектах (автомобили, самолеты и т.д.), которые связаны со скоростью и амплитудой колебаний транспортной базы (крен, тангаж, рыскание). Сказанное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения “изобретательский уровень”.

Применение однородных тороидальных диэлектрических линз с фокусирующим геометрическим профилем, отличным от окружности, и волноводно-щелевых облучателей, состоящих из короткозамкнутого отрезка круглого волновода и полуволновых резонансных щелей, включаемых на излучение с помощью переключательных диодов, управляющее напряжение на которые подается по линиям управления, известно [4], а отражательные фазовращатели широко используются в технике СВЧ. Это позволяет сделать вывод о возможности технической реализации заявляемого решения. Возможность технической реализации и удовлетворение заявляемой антенной функциональным требованиям, предъявляемых к сканирующим тороидальным линзовым антеннам для техники связи и радиолокации диапазонов ММВ и СМВ, позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения “промышленная применимость”.

Ниже предлагаемое изобретение описано более подробно со ссылками на чертежи. На фиг.1 и фиг.2 представлен общий вид соответственно антенны-прототипа и заявляемой антенны. На фиг.3 приведен вариант апланатического фокусирующего профиля. На фиг.4 приведен вариант зонированного апланатического фокусирующего профиля.

Изображенная в общем виде на фиг.1 антенна-прототип включает однородную тороидальную диэлектрическую линзу 1. Линза образована вращением неапланатического профиля 2 с одной (гиперболической) преломляющей поверхностью. В локальном разрезе линзы показан волноводно-щелевой облучатель 3, состоящий из короткозамкнутого отрезка круглого волновода 4 (короткозамыкатель 5 в виде металлической пластины) и полуволновых резонансных щелей 6, включаемых на излучение при помощи pin-диодов 7, управляющее напряжение на которые подается по линиям управления 8.

В изображенном на фиг.2 общем виде заявляемой антенны приняты те же обозначения элементов, что и на фиг.1. Диэлектрическая тороидальная линза 1 заявляемой антенны образована вращением апланатического фокусирующего геометрического профиля 2. В локальном разрезе линзы показан волноводно-щелевой облучатель 3, состоящий из короткозамкнутого отрезка круглого волновода 4 (короткозамыкатель 5 выполнен в виде управляемого отражательного фазовращателя) и нескольких рядов полуволновых резонансных щелей 6, расположенных на фокальной окружности линзы и соосных окружностях, включаемых на излучение при помощи переключательных диодов 7, управляющее напряжение на которые подается по линиям управления 8.

Апланатическая линза заявляемой антенны на фиг.2 имеет плосковыпуклый фокусирующий геометрический профиль [6]. Аналогичный вид будут иметь линзы заявляемой антенны с апланатическим фокусирующим геометрическим профилем других вариантов. В частности, это могут быть бифокальные линзы (фиг.3) или линзы с тремя точками фокусировки [6, 7]. Траектории лучей, выходящих из источников, расположенных в фокусах А и A₁ бифокальной линзы, показаны на фиг.3. Такие линзы обеспечивают практически безыскаженное сканирование в широком секторе углов; который может достигать 10 ширин ДН антенны и более [7]. Снижение массы линзы, как и в антенне-прототипе, может быть достигнуто зонированием геометрического профиля линзы (фиг.4).

Источники информации

1. Robert L. Horst et al. Non-uniform dielectric toroidal lensis: US patent, №3255453, кл. 343-754, 1966.

2. Левченко С.Н., Харланов Ю.Я. Исследование линзовой антенны на основе диэлектрического тора // Конференция по приборам, технике и распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн (Харьков, июнь 1992, ИРЭ АН УР): Тез. докл. - Харьков, 1992. - С. 25.

3. Захаров Е.В., Левченко С.Н., Харланов Ю.Я. Исследование и оптимизация характеристик тороидальных линзовых антенн // Радиотехника и электроника. - 1998. - Т. 43.- №5. - С. 571-573.

4. Левченко С.Н., Харланов Ю.Я. Сканирующая тороидальная линзовая антенна - Патент РФ RU 2147150 C1, 26.05.1998, опубл. 27.03.2000, кл. 7 H 01 Q 15/08.

5. Харланов Ю.Я. Результаты исследований и перспективы применения линзовых антенн в средствах связи диапазонов ММВ и СМВ // XLIX Научн. сесс., посвящ. Дню радио, Москва, 1994.: Тез. докл., Ч.1/Рос.НТО радиотехн., электрон. и связи. - М., 1994. - С. 39-40.

6. Зелкин Е.Г., Петрова Р.А. Линзовые антенны. - М.: Советское радио, 1974. - 280 с.

7. Brown R.M. Dielectric bifocal lenses // IRE Cov. Rec. - 1956. - V.4 - №1.

Формула изобретения

Сканирующая тороидальная линзовая антенна, содержащая однородную тороидальную диэлектрическую линзу, образованную вращением вокруг оси фокусирующего геометрического профиля, и волноводно-щелевой облучатель, состоящий из короткозамкнутого отрезка круглого волновода и переключаемых щелей в волноводе, расположенных вокруг оси вращения, отличающаяся тем, что тороидальная линза антенны образована вращением вокруг оси апланатического фокусирующего геометрического профиля, щели облучателя расположены на фокальной окружности линзы и соосных окружностях, а короткозамыкатель является управляемым отражательным фазовращателем.

В Красноярске создается линзовая антенна для определения всех типов сигналов

20-11-2012, 11:06

В настоящее время красноярская научная группа работает при поддержке Краевого научного фонда над строительством линзовой сферической антенны из неоднородного искусственного диэлектрика, которая будет способна к приему всех типов сигналов – спутниковой телефонной связи, интернета, а также телевидения. Устройство ориентировано на использование на движущихся объектах и на труднодоступных удаленных местностях.  Ученые уже создали полностью работающий макет, но до того, как запустить свою новую антенну в серийное производство, они должны провести также комплекс конструкторских тестовых работ. Юрий Саломатов, заведующий кафедрой радиотехники расположенного в Красноярске Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета, который выступает руководителем проекта по созданию антенны, сообщил, что для изготовления новой линзовой антенны ученые использовали диэлектрик, произведенный в России, который обрабатывается определенным образом – фрезеруется, получает правильную форму, проходит через лазерную резку, после чего внутрь вставляются линзы. Значимость данного проекта состоит в том, что линзовая сферическая антенна, или, как ее еще называют, антенна Люнеберга, которая способна обеспечить возможность кругового обзора пространства, может также обеспечивать непрерывную работу систем передачи данных в движении, что позволит устанавливать высокопроизводительные радиоустройства на поездах, автомобилях, судах, либо же в условиях переменчивого трафика, когда в каком-нибудь отдаленном регионе требуется оперативно увеличить суммарное количество существующих радиоканалов. Пользователи при этом смогут получить телефонную связь, бесперебойный доступ в сеть интернет, а также телевидение. В этом случае линзовые антенны являются намного более эффективными, чем традиционные зеркальные, которые для слежения за источником сигнала необходимо поворачивать. В нынешнем году данный проект получил из средств Краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности финансирование в сумме полутора миллионов рублей. Специалисты Сибирского федерального университета также представили в Железногорске новые антенны для спутниковых телекоммуникационных квазиоптических систем.

ЛИНЗОВАЯ АНТЕННА

- антенное устройство, работающее по принципу оптич. линзы, т. е. осуществляющее преобразованиеформы фазового фронта электромагнитной волны. Как правило, размеры апертуры Л. а. значительнобольше длины волны принимаемого или излучаемого поля, поэтому аналогия с оптич. линзамираспространяется и на методы их расчёта (геом. и физ. оптика). Далее речь идёт об эл.-магн. Л. а. (нек-рыеих разновидности имеют аналоги в акустике и гидроакустике, возможны гравитац. Л. а.). Все поясненияотносятся к Л. а., работающим в режиме излучения. Л. а. состоит из линзы и первичного излучателя,расположенного в её фокусе.

Рис. 3. Зональная линза.

Обычно Л. а. предназначаются для работы в средах с показателем преломления   (с малымипотерями). Изменение фазы  вдоль луча при прохождении участка  =s₂-s₁. такой среды определяетсясоотношением где  - угл. частота, с- скорость света   в вакууме. Преобразованиефазового фронта достигается либо профилированием границы Л. а.,  (системы соднородным n), либо применением сред с неоднородным n(s). Часто используют искусств. диэлектрич.среды, когда в обычные диэлектрики с   вкрапливают с разл. плотностью металлич. или диэлектрич.элементы (шарики, сфероиды, диски и др.) или металлич. порошок, достигая изменения эфф. показателяпреломления практически по любому закону. Используют также искусств. среды, выполненные в виде блоковиз обычных волноводов (одинакового или различного сечения) или параллельных гофрированных металлич.листов, Если электрич. вектор перпендикулярен металлич. листам, то между ними будет распространятьсяволна типа ТЕМ, фазовая скорость к-рой равна c. Наличие гофр создаёт эффект замедления: волна будтобы распространяется с Если же электрич. вектор параллелен   металлич.   листам, томежду ними будет распространяться волна типа ТЕ и соответствующий набор ведёт себя как искусств.диэлектрик с Если блок выполнен из волноводов различного сечения или из металлич. пластин сразличными расстояниями между ними, то получаем среду с неоднородным n _эф.

Наиб. простым типом Л. а. являются линзы из однородного диэлектрика с соответствующим образомрассчитанным профилем одной или обеих её поверхностей.

Для уменьшения массы линзы больших размеров выполняют зонированными (рис. 1), при этом фаза волныв каждой зоне отличается на   (m=1, 2, ...). Зонированные линзы работают удовлетворительно в болееузком диапазоне длин волн, чем обычные. Кроме того, у края каждой зоны возникают дифракц. явления,ухудшающие характеристики Л. а. Фокусирующие свойства неоднородных линз обеспечиваются выбраннымзаконом изменения коэф. преломления. Первая линза из неоднородного диэлектрика исследована Дж. К.Максвеллом (J. С. Maxwell) в 1860. Она имеет форму полусферы. Линза с центр. симметрией в форме шарапредложена Р. К. Люнебергом (R. К. Luneberg) в 1944.

Рис. 1. Зонированная диэлектрическая линза.

Плоский фронт образуется на нек-рой плоскости, находящейся вне линзы. Такие линзы допускают поворотлуча без искажения его формы в широком секторе углов до 360°, их изготавливают из большого числасферич. слоев с пост. п. Число слоев, их толщину и п выбирают, исходя из допустимой фазовой ошибки. Влинзе Микаэляна, наз. линзой равной толщины, коэф. преломления зависит только от одной координаты. Всетри линзы - фокусирующие, т. е. создают на выходе параллельный пучок лучей.

Применяют также широконаправленные и отражательные линзы. В широконаправленных линзах фазовыйфронт на выходе должен быть сферическим или цилиндрическим. Отражат. линзы применяют, когданеобходимо переотражать падающее на них излучение в заданном направлении. Известны два типаотражат. линз: рефлектор Люнеберга и линза Итона - Липмана. Первый тип представляет собой обычнуюлинзу Люнеберга, в к-рой часть поверхности покрыта металлич. слоем. Падающая на линзу волнафокусируется в соответствующей точке металлич. покрытия и затем отражается. Проходя через линзу, онаизлучается в направлении, обратном направлению падения. Линза Итона-Липмана имеет форму шара (рис.2). Коэф. преломления определяется ф-лой п(r)   Л. <а. нашли применение врадиолокации. Они удобны при работе в широкой полосе частот без перестройки, для обеспечения нужнойдиаграммы направленности; с их помощью легко осуществить поворот луча в широком секторе углов.

Рис. 2. Линза Итона - Липмана.

Лит.: Зелкин Е. Г., Петрова Р. А., Линзовые антенны, М., 1974; Авдеев С. М., Бей Н. А., Морозов А. Н.,Линзовые антенны с электрически управляемыми диаграммами направленности, М., 1987. Е. Г. Зелпип.

АНТЕННА ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ П6-23М

Обсудить (0 мнений)Главная / / Контрольно-измерительные приборы / Антенны измерительные

144 550руб. Начало формы Конец формы Начало формы Гарантия: 24 мес. Госреестр: есть Производитель: Беларусь Конец формы  Антенна измерительная П6-23М одноканальная с линейной поляризацией представляет собой рупорно-линзовую антенну со стандартным коаксиальным входом.   Антенна П6-23М предназначена для измерения плотности потока энергии, создания электромагнитного поля с заданной плотностью, измерения параметров антенн различных типов, мониторинга электромагнитной обстановки. Антенна П6-23М по условиям эксплуатации относиться к группе 1.7 климатического исполнения УХЛ ГОСТ В 20.39.304-76.    Антенна П6-23М может комплектоваться треногой или опорно-поворотным устройством (ОПУ), обеспечивающими ориентацию антенны по азимуту, углу места и плоскости поляризации и высоте. Точность установки угломестных координат треноги не менее 1о, ОПУ – не менее 0,1о. Высота установки антенны П6-23М от 1,4 до 2,5 м.    К антенне П6-23М может придаваться кабель длиной 2 м с ослаблением не более 5 дБ на верхней рабочей частоте антенны.     Технические характеристики антены измерительной П6-23М: ● Рабочий диапазон частот- 0,85 – 17,44 ГГц ● Волновое сопротивление входа - 50 Ом ● Коэффициент стоячей волны (КСВ) входа <= 1.7 ● Уров.сигнала при ортогон.поляриз.- <= – 25 дБ ● Уровень боковых лепестков - <= – 10 дБ ● Предел дополнит. относительной погрешности эффективной площади А0эфф. <= ± 15 % ● Габаритные размеры- 936х416х320 мм ● Масса - 26,0 кг ● Рабоч.условия экспуатации:- – 50 <= t° <= + 60°С RH – 95 % при t° = 35°С Рмин.= 60 кПа (460 мм рт.ст.) ● Антенна П6-23М может поставляться с опорно-поворотным устройством (треногой) и без него

Антенна измерительная П6-23М доступен(на) для заказа. Указанная цена не является публичной офертой (ст. 437 Гражданского кодекса Российской Федерации), определяется как справочная информация и может быть изменена в любое время без предупреждения. Наличие, сроки поставки, цену на товар "Антенна измерительная П6-23М" Вы можете уточнить у наших менеджеров по тел./факсу +7 (495) 661-71-02 или отправив заявку на электронную почту info@baz-alt.ru