RU100854U1

RU100854U1 - TUBULAR DIELECTRIC HEATER FOR MIRROR ANTENNA

Info

Publication number: RU100854U1
Application number: RU2010105362/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Белов
Original assignee: Сергей Николаевич Белов
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2010-12-27

Abstract

1. Облучатель, состоящий из круглого волновода с отражающим гладким фланцем диаметром, равным длине волны, в волновод установлен диэлектрический цилиндрический облучатель, состоящий из трубок, вставленных друг в друга с возможностью сдвижения относительно друг друга, причем наружный диаметр меньшей трубки равен внутреннему диаметру большей, отличающийся тем, что сам облучатель выполнен состоящим из двух смещающихся относительно друг друга половинок, где в одной половинке соединены все четные трубки, а во второй половинке соединены все нечетные трубки, причем в обоих половинках спереди и сзади трубки имеют глухое соединение таким образом, что соединенными оказываются трубки с чередованием размера "через один", и обе половинки могут вставляться друг в друга так, что они образуют единое цилиндрическое тело; при этом переднее соединение трубок формирует "нос" облучателя в виде конуса или цилиндрической ступенчатой структуры, а другое соединение формирует "хвост" облучателя либо в виде конуса, либо в виде цилиндрической ступенчатой структуры. ! 2. Облучатель по п.1, отличающийся тем, что одна из половинок облучателя выполнена с возможностью фиксироваться за волноводный фланец с помощью выступа на внутренней поверхности самой внешней трубки облучателя. ! 3. Облучатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что длина ступенек цилиндрической ступенчатой структуры со стороны хвоста равна четверти волны, при каждом двухкратном понижении диаметра, начиная с диаметра, равного диаметру волновода. ! 4. Облучатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что "нос" облучателя выполнен в виде конуса с углом раскрыва 90-120°. ! 5. Облучатель по п.1 и� 1. The irradiator, consisting of a circular waveguide with a reflecting smooth flange with a diameter equal to the wavelength, a dielectric cylindrical irradiator is installed in the waveguide, consisting of tubes inserted into each other with the possibility of movement relative to each other, and the outer diameter of the smaller tube is equal to the inner diameter of the larger characterized in that the irradiator itself is made up of two halves displaced relative to each other, where all even tubes are connected in one half, and all are connected in the second half odd tubes, moreover, in both halves, the tubes in front and behind have a blind connection so that the tubes alternating in size “through one” are connected, and both halves can be inserted into each other so that they form a single cylindrical body; while the front connection of the tubes forms the "nose" of the irradiator in the form of a cone or a cylindrical step structure, and the other connection forms the "tail" of the irradiator either in the form of a cone or in the form of a cylindrical step structure. ! 2. The irradiator according to claim 1, characterized in that one of the halves of the irradiator is configured to be fixed behind the waveguide flange using a protrusion on the inner surface of the outermost tube of the irradiator. ! 3. The irradiator according to claim 1 or 2, characterized in that the length of the steps of the cylindrical step structure on the tail side is equal to a quarter of the wave, with each two-fold reduction in diameter, starting from a diameter equal to the diameter of the waveguide. ! 4. The irradiator according to claim 1 or 2, characterized in that the "nose" of the irradiator is made in the form of a cone with an aperture angle of 90-120 °. ! 5. The irradiator according to claim 1 and

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в технике СВЧ, в частности в технике спутникового телевидения.The utility model relates to radio engineering and can be used in microwave technology, in particular in satellite television.

Одним из типов антенн при приеме радиоволн сверхвысоких частот являются зеркальные антенны, состоящие из зеркального отражателя и приемного блока.One of the types of antennas when receiving microwave waves is mirrored antennas, consisting of a mirror reflector and a receiving unit.

Отражатель обычно делают параболической формы, а приемный блок - это приемный штырь размером четверть длины волны, который установлен в волновод.The reflector is usually made parabolic in shape, and the receiving unit is a quarter-wavelength receiving pin that is installed in the waveguide.

Отраженный от зеркала сигнал, поступаете в волновод и далее на приемный штырь и кабель. Недостатком такого приема является то, что срез волновода, имеет диаграмму направленности шире, чем геометрический размер антенны и значительная часть энергии не приходит в волновод.The signal reflected from the mirror enters the waveguide and then to the receiving pin and cable. The disadvantage of this technique is that the slice of the waveguide has a radiation pattern wider than the geometric size of the antenna and a significant part of the energy does not come into the waveguide.

Для устранения этого, на конце волновода должен стоять облучатель, который формирует диаграмму направленности оптимальную для конкретной антенны.To eliminate this, an irradiator should be at the end of the waveguide, which forms the radiation pattern optimal for a particular antenna.

В последнее время получили распространение диэлектрические облучатели, которые представляют собой диэлектрический стержень вставленный в волновод [Патент RU 2092941].Recently, dielectric irradiators, which are a dielectric rod inserted into a waveguide, have become widespread [Patent RU 2092941].

Сущность изобретения: облучатель параболической антенны состоит из открытого конца круглого волновода с фланцем и диэлектрической линзы в виде тела вращения, при этом в диэлектрической линзе вдоль ее оси выполнено углубление в виде конуса, основание которого совмещено с плоскостью раскрыва, причем его диаметр dк выбран из соотношения 0,7 dк 2, где - рабочая длина волны, а угол к при вершине конуса - из соотношения 60° к 110°.The inventive parabolic antenna irradiator consists of the open end of a circular waveguide with a flange and a dielectric lens in the form of a body of revolution, while in the dielectric lens along its axis there is a recess in the form of a cone, the base of which is aligned with the aperture plane, and its diameter dk is selected from the ratio 0.7 dк 2, where is the working wavelength, and the angle k at the apex of the cone is from a ratio of 60 ° to 110 °.

Часто еще используют не просто стержень, а стержень немного заточенный на конус.Often they still use not just a rod, but a rod slightly sharpened on a cone.

Однако, расчеты и экспериментальные исследования, показывают, что для формирования оптимальной диаграммы необходимо изготавливать диэлектрическую структуру очень сложной формы, получить которую можно только экспериментально.However, calculations and experimental studies show that in order to form an optimal diagram it is necessary to fabricate a very complex dielectric structure that can only be obtained experimentally.

Известен также трубчатый диэлектрический облучатель для зеркальных антенн [Патент RU 90936 U], имеющей круглый волновод, отличающийся тем, что в волновод вставлен цилиндрический облучатель, состоящий из не менее двух трубок, вставленных друг в друга с возможностью сдвижения относительно друг друга, причем наружный диаметр меньшей трубки равен внутреннему диаметру большей. На волноводе может быть установлен отражающий фланец диаметром 0.7-1.0 длины волны. Данный облучатель выбран за прототип.Also known is a tubular dielectric irradiator for mirror antennas [Patent RU 90936 U], having a circular waveguide, characterized in that a cylindrical irradiator is inserted in the waveguide, consisting of at least two tubes inserted into each other with the possibility of displacement relative to each other, and the outer diameter The smaller tube is equal to the inner diameter of the larger. A reflective flange with a diameter of 0.7-1.0 wavelength can be installed on the waveguide. This irradiator is selected for the prototype.

Недостатком этого облучателя является то, что трубки имеют между собой зазор, и при работе на открытом воздухе, через этот зазор может попасть влага внутрь волновода. Для предотвращения этого, поверх облучателя обычно устанавливают защитный кожух, однако это вносит потери в СВЧ сигнал.The disadvantage of this irradiator is that the tubes have a gap between them, and when working in the open air, moisture can enter the waveguide through this gap. To prevent this, a protective cover is usually installed over the irradiator, however, this introduces losses in the microwave signal.

Кроме того трубки со временем от вибрации, могут смещаться друг относительно друга, и относительно волновода, нарушая настройку облучателя.In addition, the tubes with time from vibration can be displaced relative to each other, and relative to the waveguide, violating the setting of the irradiator.

Кроме того диэлектрики (полиэтилен, полипропилен и фторопласт) обладают достаточно высоким коэффициентом теплового расширения, параметра характеризующего относительную величину изменения объема или линейных размеров с увеличением температуры. Этот параметр у диэлектриков, обычно, выше чем, у алюминия или меди, материалов из которых, обычно, изготавливают волноводы. Это приводит к тому, что при повышении температуры, волновод испытывает значительное давление со стороны диэлектрического облучателя, вставленного внутрь волновода, что может приводить даже к разрыву тонкостенного волновода. При понижении температуры, облучатель может выпасть из волновода, или в, образовавшуюся между волноводом и облучателем, щель, может попасть влага.In addition, dielectrics (polyethylene, polypropylene and fluoroplastic) have a sufficiently high coefficient of thermal expansion, a parameter characterizing the relative magnitude of the change in volume or linear dimensions with increasing temperature. This parameter is usually higher for dielectrics than for aluminum or copper, the materials of which are usually made into waveguides. This leads to the fact that with increasing temperature, the waveguide experiences significant pressure from the side of the dielectric irradiator inserted inside the waveguide, which can even lead to rupture of a thin-walled waveguide. When the temperature decreases, the irradiator may fall out of the waveguide, or in the gap formed between the waveguide and the irradiator, moisture can enter.

Технический результат: обеспечивается исключение попадания влаги внутрь волновода без потребности в использовании защитного кожуха, т.е. без потерь в СВЧ сигнале, а также исключения выпадения диэлектрического облучателя из волновода при повышении температуры, и исключения избыточного давления на волновод, со стороны диэлектрического облучателя, при понижении температуры.Effect: moisture is prevented from entering the waveguide without the need for a protective casing, i.e. without loss in the microwave signal, as well as eliminating the loss of the dielectric irradiator from the waveguide with increasing temperature, and eliminating excess pressure on the waveguide from the side of the dielectric irradiator with decreasing temperature.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что облучатель, состоящий из круглого волновода с отражающим гладким флянцем диаметром равным длине волны, в волновод установлен диэлектрический цилиндрический облучатель, состоящий из трубок, вставленных друг в друга с возможностью сдвижения относительно друг друга, причем наружный диаметр меньшей трубки равен внутреннему диаметру большей, отличающийся тем, что сам облучатель выполнен состоящим из двух смещающихся относительно друг друга половинок, где в одной половинке соединены все четные трубки, а во второй половинке соединены все нечетные трубки, причем в обоих половинках спереди и сзади трубки имеют глухое соединение таким образом, что соединенными оказываются трубки с чередованием размера "через один" и обе половинки могут вставляться друг в друга так, что они образует единое цилиндрическое тело; при этом переднее соединение трубок формируют "нос" облучателя в виде конуса или цилиндрической ступенчатой структуры, а другое соединения формирует "хвост" облучателя либо в виде конуса, либо в виде цилиндрической ступенчатой структуры. Одна из половинок облучателя выполнена с возможностью фиксироваться за волноводный флянец с помощью выступа на внутренней поверхности самой внешней трубке облучателя. Кроме того, длина ступенек, цилиндрической ступенчатой структуры, со стороны хвоста, равна четверти волны, при каждом двухкратном понижении диаметра, начиная с диаметра равным диаметру волновода. Кроме того, "нос" облучателя выполнен в виде конуса с углом раскрыва 90-120 градусов. Кроме того, в качестве материала облучателя использован полиэтилен или полипропилен, или фторопласт. Кроме того, передняя часть облучателя для разных углов раскрыва антенны выполнена с возможностью изменяемой длины, и меняться в зависимости от того, с какой антенной работает облучатель, при этом внутренняя часть облучателя может не меняться. Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 показано конструктивное устройство облучателя со вставкой в волновод, где 1 - волновод, 2 - фланец, 3 - цилиндрический облучатель, 4 - внутренние трубки облучателя, 5 - выступ. На Фиг.2 показан облучатель отдельно от волновода с разделением половинок (а) и в рабочем состоянии (б).The claimed technical result is achieved due to the fact that the irradiator, consisting of a round waveguide with a reflecting smooth flange with a diameter equal to the wavelength, has a dielectric cylindrical irradiator in the waveguide, consisting of tubes inserted into each other with the possibility of displacement relative to each other, and the outer diameter is smaller the tube is equal to the larger inner diameter, characterized in that the irradiator itself is made up of two halves displaced relative to each other, where soy is in one half all the even tubes are dined, and in the second half all the odd tubes are connected, and in both halves, the tubes in the front and back have a blind connection so that the tubes with alternating sizes “through one” are connected and both halves can be inserted into each other so that they form a single cylindrical body; wherein the front connection of the tubes forms the “nose” of the irradiator in the form of a cone or a cylindrical step structure, and the other connection forms the “tail” of the irradiator either in the form of a cone or in the form of a cylindrical step structure. One of the halves of the irradiator is made with the possibility of fixing for the waveguide flange using a protrusion on the inner surface of the outermost tube of the irradiator. In addition, the length of the steps, a cylindrical step structure, on the side of the tail, is equal to a quarter of the wave, with each two-fold decrease in diameter, starting with a diameter equal to the diameter of the waveguide. In addition, the "nose" of the irradiator is made in the form of a cone with an aperture angle of 90-120 degrees. In addition, polyethylene or polypropylene, or fluoroplastic, was used as the irradiator material. In addition, the front part of the irradiator for different aperture angles of the antenna is made with the possibility of a variable length, and vary depending on what antenna the irradiator is working with, while the inner part of the irradiator may not change. The utility model is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a constructive device of an irradiator with an insert in a waveguide, where 1 is a waveguide, 2 is a flange, 3 is a cylindrical irradiator, 4 is an internal tube of an irradiator, 5 is a protrusion. Figure 2 shows the irradiator separately from the waveguide with the separation of the halves (a) and in working condition (b).

Смещение ступенек, хвоста и носа облучателя подбирается экспериментально, или может быть равным четверти длины волны.The displacement of the steps, tail and nose of the irradiator is selected experimentally, or may be equal to a quarter of the wavelength.

Одна половинка облучателя (3) установлена непосредственно в волновод (1), для фиксации в волноводе (чтобы облучатель не проваливался) у него есть ограничительная фаска. Диаметр той части облучателя, которая вставлена в волновод, немного меньше диаметра волновода, и не оказывает на него давления, даже в случае значительного повышения температуры.One half of the irradiator (3) is installed directly in the waveguide (1), for fixing it in the waveguide (so that the irradiator does not fail), it has a limiting chamfer. The diameter of the part of the irradiator that is inserted into the waveguide is slightly smaller than the diameter of the waveguide and does not exert pressure on it, even in the case of a significant increase in temperature.

Вторая половинка надевается на первую и может фиксироваться, например, за волноводный флянец (2) с помощью выступа (5) на внутренней поверхности самой внешней трубке облучателя (3).The second half is put on the first and can be fixed, for example, by the waveguide flange (2) with the help of the protrusion (5) on the inner surface of the outermost tube of the irradiator (3).

При повышении температуры, трубчатая конструкция самой внешней трубки, не позволяет соскакивать с флянца, так как трубка обладает пружинным эффектом. При понижении температуры, облучатель не оказывает сильного давления на волновод, как за счет пружинного эффекта трубчатой структуры, так и за счет того, что давление приходится на более жесткий флянец.With increasing temperature, the tubular design of the outermost tube does not allow it to jump off the flange, since the tube has a spring effect. With decreasing temperature, the irradiator does not exert strong pressure on the waveguide, both due to the spring effect of the tubular structure and due to the fact that the pressure falls on a more rigid flange.

Гладкий флянец, кроме функции крепления облучателя, выполняет роль отражателя, волны, не попавшей в волновод,The smooth flange, in addition to the function of attaching the irradiator, acts as a reflector, a wave that does not fall into the waveguide,

Отразившись от волноводного флянца, эта поверхностная волна складывается в противофазе с падающей волной, что исключает создания бегущей волны по оси излучения.Reflected from the waveguide flange, this surface wave is added in antiphase with the incident wave, which excludes the creation of a traveling wave along the radiation axis.

Для создания режима полного гашения отраженной от флянца волны, подбирается длина, диаметр и диэлектрическая проницаемость наружной трубки облучателя, так, чтобы сложение на срезе волновода, происходило в противофазе.To create a mode of complete damping of the wave reflected from the flange, the length, diameter and dielectric constant of the outer tube of the irradiator are selected so that the addition on the section of the waveguide occurs in antiphase.

За счет предложенной формы, а также отсутствия потребности в защитном кожухе, упрощается конструкция облучателя. Однако, фиксация за волноводный флянец может быть осуществлена и иными способами, например, выполнением защелки на флянце, фиксирующей внешнюю трубку.Due to the proposed form, as well as the lack of need for a protective casing, the design of the irradiator is simplified. However, fixing for the waveguide flange can be carried out in other ways, for example, by making a latch on the flange fixing the outer tube.

За счет того, что передняя часть облучателя съемная, то для разных углов раскрыва антенны, эта часть может иметь разную длину, и меняться в зависимости оттого, с какой антенной работает облучатель, при этом внутренняя часть облучателя может не меняться. Диаметр облучателя, число трубок (4), и их длина - определяют исходя из требуемого закона распределения напряженности поля в раскрыве антенны и эти параметры подбираются экспериментально.Due to the fact that the front part of the irradiator is removable, then for different aperture angles of the antenna, this part can have different lengths and vary depending on which antenna the irradiator works with, while the inner part of the irradiator may not change. The diameter of the irradiator, the number of tubes (4), and their length are determined based on the required law of the distribution of field strength in the aperture of the antenna and these parameters are selected experimentally.

Для работы облучателя с малыми потерями в диапазоне СВЧ он может быть выполнен из такого материала, как например, полиэтилен, полипропилен или фторопласт.To operate the irradiator with low losses in the microwave range, it can be made of a material such as, for example, polyethylene, polypropylene or fluoroplastic.

Технологически, половинки облучателя изготовлены литьем под давлением.Technologically, the feed halves are injection molded.

Литьевая форма изготавливается после того как экспериментально определены его размеры.The injection mold is made after its dimensions are experimentally determined.

Заявленный облучатель в каждой половинке которого использовано по три трубки очень эффективен для офсетных антенн применяемых в спутниковом телевидении.The claimed irradiator in each half of which three tubes are used is very effective for offset antennas used in satellite television.

Вместо самой тонкой трубки целесообразно использовать диэлектрический стержень. Со стороны носа - конус с углом раствора - около 90-120 градусов, со стороны хвоста трехступенчатая цилиндрическая структура со смещение каждой ступеньки - в четверть длины волны, при каждом уменьшении диаметра в два раза, начиная с диаметра равным диаметру волновода. Возможно, также, использование различных кольцевых «юбочек» - небольших трубчатых выступов, для коррекции диаграммы направленности.Instead of the thinnest tube, it is advisable to use a dielectric rod. On the side of the nose there is a cone with a solution angle of about 90-120 degrees, on the side of the tail there is a three-stage cylindrical structure with an offset of each step of a quarter wavelength, each time the diameter is halved, starting from a diameter equal to the diameter of the waveguide. It is also possible to use various annular "skirts" - small tubular protrusions, for correcting the radiation pattern.

Claims

1. The irradiator, consisting of a circular waveguide with a reflecting smooth flange with a diameter equal to the wavelength, a dielectric cylindrical irradiator is installed in the waveguide, consisting of tubes inserted into each other with the possibility of movement relative to each other, and the outer diameter of the smaller tube is equal to the inner diameter of the larger characterized in that the irradiator itself is made up of two halves displaced relative to each other, where all even tubes are connected in one half, and all are connected in the second half odd tubes, moreover, in both halves, the tubes in front and behind have a blind connection so that the tubes alternating in size “through one” are connected, and both halves can be inserted into each other so that they form a single cylindrical body; while the front connection of the tubes forms the "nose" of the irradiator in the form of a cone or a cylindrical step structure, and the other connection forms the "tail" of the irradiator either in the form of a cone or in the form of a cylindrical step structure.

2. The irradiator according to claim 1, characterized in that one of the halves of the irradiator is configured to be fixed behind the waveguide flange using a protrusion on the inner surface of the outermost tube of the irradiator.

3. The irradiator according to claim 1 or 2, characterized in that the length of the steps of the cylindrical step structure on the tail side is equal to a quarter of the wave, with each two-fold reduction in diameter, starting from a diameter equal to the diameter of the waveguide.

4. The irradiator according to claim 1 or 2, characterized in that the "nose" of the irradiator is made in the form of a cone with an aperture angle of 90-120 °.

5. The irradiator according to claim 1 or 2, characterized in that the material of the irradiator is polyethylene or polypropylene, or fluoroplastic.

6. The irradiator according to claim 1 or 2, characterized in that the front part of the irradiator for different aperture angles of the antenna is made with the possibility of a variable length.