RU140955U1

RU140955U1 - HORN ANTENNA WITH AN INCLINED POLARIZATION

Info

Publication number: RU140955U1
Application number: RU2013156643/08U
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Горин; Наталья Александровна Радченко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Таганрогский научно-исследовательский институт связи" (ОАО "ТНИИС")
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-05-20

Abstract

Рупорная антенна с наклонной поляризацией, содержащая гладкий рупор с раскрывом, равным А, высотой, равной В, длиной, равной L, фланцами крепления рупора к волноводу, сечением a×b, и к прибору, отличающаяся тем, что L=0,825A, рупор выполнен пирамидальным и снабжён вращателем плоскости поляризации на 45°, расстояние от раскрыва рупора до вращателя поляризации равно (0,065±0,065)λ, вращатель поляризации толщиной T=(0,32±0,11)λвыполнен плоским из четырёх слоёв стеклопроволочной ткани, в первом слое, ближайшем к раскрыву рупора, проводники ткани ориентированы относительно горизонтальной плоскости с наклоном (11±5)°, во втором слое - под углом (22±5)°, в третьем слое - под углом (33±5)° и в четвертом слое - под углом (45±5)°, расстояние между слоями равно 0,133·λ, между слоями ткани вплотную расположены стеклопластиковые сотовые заполнители, вращатель плоскости поляризации крепится к фланцу крепления рупора к прибору винтами, рупор и припаянные по его концам фланцы крепления рупора к волноводу и прибору изготавливаются из одинакового металла.Horn antenna with oblique polarization, containing a smooth horn with an opening equal to A, a height equal to B, a length equal to L, flanges for attaching the horn to the waveguide, cross-section a × b, and to the device, characterized in that L = 0.825A, horn made pyramidal and equipped with a polarization plane rotator by 45 °, the distance from the mouth of the horn to the polarization rotator is (0.065 ± 0.065) λ, the polarization rotator with a thickness T = (0.32 ± 0.11) λ is made flat of four layers of fiberglass fabric, in the first the layer closest to the mouth of the mouthpiece, the fabric conductors are oriented relatively horizontal plane with an inclination of (11 ± 5) °, in the second layer at an angle (22 ± 5) °, in the third layer at an angle (33 ± 5) ° and in the fourth layer at an angle (45 ± 5) ° , the distance between the layers is 0.133 · λ, the fiberglass honeycomb placements are closely located between the fabric layers, the polarization plane rotator is attached to the horn mounting flange to the device with screws, the horn and the horn fastening horn to the waveguide and the device are made of the same metal.

Description

Предлагаемая рупорная антенна с наклонной поляризацией относится к области антенной техники и может быть использована для приема линейно и эллиптически поляризованных волн или излучения СВЧ колебаний, поляризованных под углом 45° к горизонтальной плоскости.The proposed horn antenna with oblique polarization relates to the field of antenna technology and can be used to receive linearly and elliptically polarized waves or microwave radiation, polarized at an angle of 45 ° to the horizontal plane.

Известны рупорные антенны [Рудольф Кюн. Микроволновые антенны. Перевод с нем. под ред. проф. М.П. Долуханова, стр. 227-228, рис. 5.23 и 239-240. рис. 5.31 а), в). Изд-во Судостроение, 1967 г.], в которых с помощью металлических пластин можно формировать диаграмму направленности (ДН). При возбуждении рупора линейно поляризованной волной, электрический вектор которой наклонен под углом 45° к горизонтали, для получения одинаковой по ширине ДН при приеме горизонтально и вертикально поляризованных волн в рупоре вблизи раскрыва помещают металлические полосы. Расстояние между полосами или, соответственно, расстояние от них до стенок рупора должно быть меньше

, λ - длина волны СВЧ колебаний, чтобы часть рупора, заполненная полосами, оставалась закритической для волны, поляризованной параллельно полосам.Known horn antennas [Rudolf Kuhn. Microwave antennas. Translation from it. under the editorship of prof. M.P. Dolukhanova, p. 227-228, fig. 5.23 and 239-240. fig. 5.31 a), c). Sudostroenie Publishing House, 1967], in which with the help of metal plates it is possible to form a radiation pattern (ND). When a horn is excited by a linearly polarized wave, the electric vector of which is inclined at an angle of 45 ° to the horizontal, metal strips are placed in the horn near the aperture when receiving horizontally and vertically polarized waves in a horn near the aperture. The distance between the strips or, accordingly, the distance from them to the walls of the horn should be less

, λ is the wavelength of microwave oscillations so that the part of the horn filled with bands remains supercritical for a wave polarized parallel to the bands.

Недостаток такого метода выравнивания ДН состоит в том, что из-за наличия полос могут легко возникать волны более высокого порядка, в частности, H₁₁-волны. и при этом распределение поля в апертуре искажается.The disadvantage of this method of alignment of the pattern is that due to the presence of bands, waves of a higher order, in particular, H ₁₁ waves, can easily arise. and the field distribution in the aperture is distorted.

Известен пирамидальный рупорный излучатель [Рудольф Кюн. Микроволновые антенны. Перевод с нем. под ред. проф. М.П. Долуханова, стр. 240, рис. 5.31 б). Изд-во Судостроение, 1967 г.], содержащий гладкий пирамидальный рупор с раскрывом, равным A×B (A - размер в горизонтальной плоскости, B - размер в вертикальной плоскости) и длиной, равной L, и диэлектрическую пластину, расположенную по оси рупора, запитываемый волноводом сечения a×b. При помещении в рупор диэлектрической пластины с соответствующим выбором ее размеров и относительной диэлектрической проницаемости ε можно производить выравнивание ширины ДН в плоскости пластины.The famous pyramidal horn emitter [Rudolf Kuhn. Microwave antennas. Translation from it. under the editorship of prof. M.P. Dolukhanova, p. 240, fig. 5.31 b). Sudostroenie Publishing House, 1967], containing a smooth pyramidal horn with an opening equal to A × B (A is the size in the horizontal plane, B is the size in the vertical plane) and a length equal to L, and a dielectric plate located along the axis of the horn fed by the waveguide section a × b. When a dielectric plate is placed in the horn with an appropriate choice of its dimensions and relative permittivity ε, it is possible to equalize the width of the beam in the plane of the plate.

Недостатком данного метода является невозможность получить стабильную и одинаковую по ширине ДН в широком диапазоне частот при приеме такой рупорной антенной эллиптически, горизонтально и вертикально поляризованных волн.The disadvantage of this method is the inability to obtain a stable and uniform in width of the beam in a wide frequency range when such a horn antenna receives elliptically, horizontally and vertically polarized waves.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является построение рупорной антенны с наклонной поляризацией с одинаковой шириной ДН в диапазоне частот с отношением,

, где f_макс, f_мин - максимальная и минимальная рабочие частоты СВЧ колебаний, при приеме эллиптически, горизонтально и вертикально поляризованных волн.The technical problem to which the utility model is directed is the construction of a horn antenna with oblique polarization with the same beam width in the frequency range with the ratio

where f _max , f _min - the maximum and minimum operating frequencies of microwave oscillations when receiving elliptically, horizontally and vertically polarized waves.

Технический результат достигается тем. что рупорная антенна с наклонной поляризацией, содержащая гладкий пустотелый рупор с раскрывом, равным A, высотой, равной B, длиной, равной L, фланцами крепления рупора к волноводу, сечением a×b, и к прибору, L=0,825A, рупор выполнен пирамидальным и снабжен вращателем плоскости поляризации на 45°, расстояние от раскрыва рупора до вращателя поляризации равно (0,065±0,065)λ_макс, вращатель плоскости поляризации выполнен плоским из четырех слоев стеклопроволочной ткани, в первом слое, ближайшем к раскрыву рупора, проводники стеклопроволочной ткани ориентированы относительно горизонтальной плоскости с наклоном (11±5)°, во втором слое - под углом (22±5)°, в третьем слое - под углом (33±5)° и в четвертом слое - под углом (45±5)°, расстояние между слоями равно 0,133·λ_макс, между слоями ткани вплотную расположены стеклопластиковые сотовые заполнители, вращатель плоскости поляризации крепится к фланцу крепления рупора к прибору винтами, рупор и припаянные по его концам фланцы изготавливаются из одинакового металла.The technical result is achieved by that. that the oblique polarized horn antenna containing a smooth hollow horn with an opening equal to A, a height equal to B, a length equal to L, flanges for attaching the horn to the waveguide, a × b section, and to the device, L = 0.825A, the horn is made pyramidal and is provided with a rotator the polarization plane by 45 °, the distance from the aperture of the horn is equal to the polarization rotator (0,065 ± 0,065) λ _max, the polarization plane rotator is formed of four flat layers stekloprovolochnoy fabric in a first layer, closest to the aperture of the horn, the conductors stekloprovolochnoy tissue orientable are aligned relative to the horizontal plane with an inclination of (11 ± 5) °, in the second layer at an angle (22 ± 5) °, in the third layer at an angle (33 ± 5) ° and in the fourth layer at an angle (45 ± 5) °, the distance between layers is equal to 0,133 · λ _max, between the layers of tissue disposed closely fiberglass honeycomb cores, rotator is fastened to the mounting flange to the device speaker screws mouthpiece and soldered by its ends flanges are made of the same metal.

Существенные признаки, отличающие заявленную рупорную антенну с наклонной поляризацией от прототипа, не поддаются самостоятельной квалификации, так как не отделяемы от целого объекта. Взаимное положение и размеры всех элементов, входящих в рупорную антенну с наклонной поляризацией, рассчитаны и окончательно определены экспериментально и позволяют построить рупорную антенну с наклонной поляризацией, у которой в широком диапазоне частот одинаковая ширина ДН на уровне минус 3 дБ при приеме эллиптически, горизонтально и вертикально поляризованных волн, уровень боковых лепестков ниже минус 30 дБ и КСВН не более 1,4.The essential features that distinguish the claimed horn antenna with oblique polarization from the prototype cannot be self-qualified, since they cannot be separated from the whole object. The relative position and dimensions of all elements included in the horn antenna with oblique polarization are calculated and finally determined experimentally and make it possible to construct a horn antenna with oblique polarization, in which, in a wide frequency range, the same beam width is minus 3 dB when received elliptically, horizontally and vertically polarized waves, the level of the side lobes below minus 30 dB and the VSWR is not more than 1.4.

На Фиг. приведен чертеж предлагаемой рупорной антенны с наклонной поляризацией, на которой изображено: 1 - рупор; 2 - фланец крепления рупора к волноводу; 3 - фланец крепления рупора к прибору; 4 - вращатель плоскости поляризации; 5 - слои стеклопроволочной ткани; 6 - стеклопластиковые сотовые заполнители; 7 - винты крепления вращателя плоскости поляризации к фланцу крепления рупора к прибору.In FIG. a drawing of the proposed horn antenna with oblique polarization, which shows: 1 - horn; 2 - flange of the horn to the waveguide; 3 - flange for fastening the horn to the device; 4 - rotator of the plane of polarization; 5 - layers of fiberglass fabric; 6 - fiberglass honeycomb core; 7 - screws attaching the rotator of the plane of polarization to the flange of the horn to the device.

Рупор 1 выполнен пирамидальным, пустотелым, гладким, с сечением фланца крепления рупора к волноводу (волноводного входа) a×b, с раскрывом, равным A, высотой, равной B, длиной, равной L, изготавливается из металла (например, из латуни).The horn 1 is made pyramidal, hollow, smooth, with a cross section of the horn mounting flange to the waveguide (waveguide input) a × b, with an opening equal to A, a height equal to B, a length equal to L, is made of metal (for example, brass).

Фланец крепления рупора к волноводу 2 и фланец крепления рупора к прибору 3 также металлические и крепятся соответственно на концах рупора методом пайки.The flange for fastening the horn to the waveguide 2 and the flange for attaching the horn to the device 3 are also metal and are fastened respectively to the ends of the horn by soldering.

Вращатель плоскости поляризации 4 выполнен плоским и состоит из четырех слоев стеклопроволочной ткани 5, причем в первом слое, ближайшем к раскрыву рупора 1, проводники стеклопроволочной ткани ориентированы относительно горизонтальной плоскости с наклоном (11±5)°, во втором слое - под углом (22±5)°, в третьем слое - под углом (33±5)° и в четвертом слое - под углом (45±5)°. Расстояние между слоями равно 0,133·λ_макс, между слоями стеклопроволочной ткани вплотную расположены стеклопластиковые сотовые заполнители 6. Вращатель плоскости поляризации 4 крепится к фланцу 3 крепления рупора к прибору винтами 7.The rotator of the plane of polarization 4 is made flat and consists of four layers of fiberglass fabric 5, and in the first layer closest to the opening of the speaker 1, the conductors of the fiberglass fabric are oriented relative to the horizontal plane with an inclination of (11 ± 5) °, in the second layer - at an angle (22 ± 5) °, in the third layer at an angle of (33 ± 5) ° and in the fourth layer at an angle of (45 ± 5) °. The distance between the layers is 0.133 · λ _max , between the layers of fiberglass fabric there are close-coupled fiberglass honeycomb placeholders 6. The rotator of the plane of polarization 4 is attached to the flange 3 of the horn to the device with screws 7.

Рупорная антенна с наклонной поляризацией в режиме излучения работает следующим образом: СВЧ сигнал через волновод возбуждает волну типа H₁₀ в рупоре 1. При предлагаемой конфигурации рупора 1 в его раскрыве в плоскости магнитного вектора формируется амплитудно-фазовое распределение электромагнитного поля, которое обеспечивает одинаковую ширину ДН на уровне минус 3 дБ в широком диапазоне частот, а вращатель поляризации 4 вертикальную поляризацию рупора разворачивает на 45° для излученной волны.A horn antenna with oblique polarization in the radiation mode works as follows: a microwave signal excites a wave of type H ₁₀ in a horn through a waveguide 1. With the proposed configuration of a horn 1, an amplitude-phase distribution of the electromagnetic field is formed in its aperture in the plane of the magnetic vector, which ensures the same beam width at the level of minus 3 dB in a wide frequency range, and the polarization rotator 4 rotates the horn vertical polarization by 45 ° for the emitted wave.

В режиме приема обеспечивается прием эллиптически, горизонтально и вертикально поляризованных волн.In receive mode, elliptically, horizontally and vertically polarized waves are received.

Экспериментально исследованы макеты заявляемого устройства с размерами: A=115 мм, B=26 мм, L=95 мм и L=97 мм. Вход рупора 1 имеет сечение (a×b=23×10) мм. Вращатель плоскости поляризации 4 толщиной T=16 мм на основе стеклопроволочной ткани располагался на расстояниях 0, 5 и 10 мм от раскрыва рупора 1.Experimentally investigated models of the claimed device with dimensions: A = 115 mm, B = 26 mm, L = 95 mm and L = 97 mm. The input of the speaker 1 has a cross section (a × b = 23 × 10) mm. The rotator of the plane of polarization 4 with a thickness of T = 16 mm based on fiberglass fabric was located at distances of 0, 5 and 10 mm from the aperture of the mouthpiece 1.

В диапазоне частот

рупорная антенна с наклонной поляризацией имела ширину ДН на уровне минус 3 дБ, равную (20,5±2,6)°, при приеме горизонтально и вертикально поляризованных волн, уровень боковых лепестков ниже минус 30 дБ и КСВН не более 1,4.In the frequency range

a horn antenna with oblique polarization had a beam width of minus 3 dB equal to (20.5 ± 2.6) ° when receiving horizontally and vertically polarized waves, the level of side lobes below minus 30 dB and VSWR no more than 1.4.

Заявляемая рупорная антенна с наклонной поляризацией конструктивно проста. В нее входят широко применяемые материалы и она может быть изготовлена на любом среднетехническом предприятии. По сравнению с прототипом сложной конфигурации рупора с возбуждающим переходом с наклонным сечением прямоугольного волновода, предлагаемая рупорная антенна с наклонной поляризацией имеет улучшенные технические и экономические показатели:The inventive horn antenna with oblique polarization is structurally simple. It includes widely used materials and it can be manufactured at any medium technical enterprise. Compared with the prototype of a complex configuration of a horn with an exciting transition with an inclined section of a rectangular waveguide, the proposed horn antenna with an inclined polarization has improved technical and economic indicators:

- одинаковую ширину ДН в широком диапазоне частот и поляризаций;- the same beam width in a wide range of frequencies and polarizations;

- более низкий уровень боковых лепестков;- lower level of side lobes;

- более простую конструкцию, меньшие габариты и соответственно, более низкую цену.- a simpler design, smaller dimensions and, accordingly, lower price.

Claims

Horn antenna with oblique polarization, containing a smooth horn with an opening equal to A, a height equal to B, a length equal to L, flanges for attaching the horn to the waveguide, cross-section a × b, and to the device, characterized in that L = 0.825A, horn pyramidal and equipped with a polarization plane rotator of 45 °, the distance from the mouth of the horn to the polarization rotator is (0.065 ± 0.065) λ _max , the polarization rotator with a thickness of T = (0.32 ± 0.11) λ _{max is} made flat of four layers of fiberglass fabric , in the first layer closest to the mouthpiece opening, the conductors of the fabric They are mounted relative to the horizontal plane with an inclination of (11 ± 5) °, in the second layer at an angle (22 ± 5) °, in the third layer at an angle (33 ± 5) ° and in the fourth layer at an angle (45 ± 5) °, the distance between layers is equal to 0,133 · λ _max, between the layers of tissue closely arranged fiberglass honeycomb cores, rotator is attached to the flange attachment of the horn to the device by screws, the mouthpiece and soldered by its ends fastening speaker flanges to the waveguide and the device are made of the same metal.