RU170118U1

RU170118U1 - Hodin Radiator

Info

Publication number: RU170118U1
Application number: RU2016109450U
Authority: RU
Inventors: Андрей Сергеевич Годин; Константин Николаевич Климов
Original assignee: Андрей Сергеевич Годин
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-04-14

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике. Излучатель на проводящей плоскости характеризуется тем, что антенный излучатель помещен в полушар из материала, импеданс (волновое сопротивление) которого согласован с импедансом (волновым сопротивлением) вакуума. Радиус полушара из импедансносогласованного с вакуумом материала составляет менее 1/12 рабочей длины волны в вакууме, при этом импедансносогласованный материал, который окружает излучатель, должен обладать следующими свойствами: отношение действительной части относительной диэлектрической проницаемости к действительной части относительной магнитной проницаемости больше 1/2 и меньше 2; тангенсы диэлектрических и магнитных потерь менее 0.1; действительная часть относительной диэлектрической проницаемости в Е раз больше диэлектрической проницаемости вакуума, действительная часть относительной магнитной проницаемости в М раз больше магнитной проницаемости вакуума. Технический результат заключается в обеспечении возможности уменьшения рабочего диапазона часто существующих излучателей без изменения их габаритных размеров. 2 ил.The utility model relates to antenna technology. A radiator on a conducting plane is characterized in that the antenna radiator is placed in a hemisphere of material whose impedance (wave impedance) is matched to the vacuum impedance (wave impedance). The hemisphere radius of the material impedance-matched with vacuum is less than 1/12 of the working wavelength in vacuum, while the impedance-matched material that surrounds the emitter must have the following properties: the ratio of the real part of the relative dielectric constant to the real part of the relative magnetic permeability is more than 1/2 and less 2; dielectric and magnetic loss tangents less than 0.1; the real part of the relative dielectric constant is E times greater than the dielectric constant of the vacuum, the real part of the relative magnetic constant is M times greater than the magnetic constant of the vacuum. The technical result consists in providing the possibility of reducing the operating range of frequently existing emitters without changing their overall dimensions. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве антенны радиолокационной или связной системы.The utility model relates to antenna technology and can be used as an antenna of a radar or communication system.

Из предшествующего уровня техники известны излучатели, в которых для уменьшения габаритов используется магнитодиэлектрические материалы (Патент США №7573431, 2009, Broadband polarized antenna including magnetodielectric material, isoimpedance loading, and associated methods, Francis Eugene Parsche).Emitters are known in the prior art that use magnetodielectric materials to reduce size (US Pat. No. 7,534,331, 2009, Broadband polarized antenna including magnetodielectric material, isoimpedance loading, and associated methods, Francis Eugene Parsche).

Магнитодиэлектрические материалы используются для уменьшения рабочей частоты для уже существующих патчевых излучателей (Kevin Buell, Development of engineered magnetic materials for antenna applications, dissertation of Ph. D, University of Michigan, USA, 2005; Antti Karilainen, Magnetic materials and responses in antenna applications, Doctoral dissertations, Aalto University, Finland, 2012).Magnetodielectric materials are used to reduce the operating frequency for existing patch emitters (Kevin Buell, Development of engineered magnetic materials for antenna applications, dissertation of Ph. D, University of Michigan, USA, 2005; Antti Karilainen, Magnetic materials and responses in antenna applications, Doctoral dissertations, Aalto University, Finland, 2012).

Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является уменьшение рабочего диапазона частот уже существующих излучателей на проводящей плоскостью без изменения их габаритных размеров.The technical result, the achievement of which the proposed utility model is aimed at, is to reduce the operating frequency range of already existing emitters on the conducting plane without changing their overall dimensions.

Данный технический результат достигается за счет того, что излучатель на проводящей плоскости помещается в полушар из магнитодиэлектрического материала, у которого действительная часть относительной диэлектрической проницаемости в Е раз больше диэлектрической проницаемости вакуума, действительная часть относительной магнитной проницаемости в М раз больше магнитной проницаемости вакуума. При этом длина волны для заданной частоты в выбранном материале уменьшается в

раз, поэтому в соответствии с принципом электродинамического подобия (Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Энергия, 1975 г. С. 528) входные импедансы и характеристики направленности выбранной антенны в вакууме на частоте ƒ и той же самой антенны в выбранном магнитодиэлектрическом материале на частоте

будут совпадать.This technical result is achieved due to the fact that the emitter on the conductive plane is placed in a hemisphere of magnetodielectric material, in which the real part of the relative dielectric constant is E times the dielectric constant of the vacuum, the real part of the relative magnetic permeability is M times the magnetic permeability of the vacuum. In this case, the wavelength for a given frequency in the selected material decreases in

times, therefore, in accordance with the principle of electrodynamic similarity (Markov G.T., Sazonov D.M. Antennas. M: Energy, 1975, S. 528), the input impedances and directivity characteristics of the selected antenna in vacuum at a frequency of ƒ and the same the antenna itself in the selected magnetodielectric material at a frequency

will match.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является уменьшение диапазона рабочих частот в

раз без изменения габаритов исходного излучателя.The technical result provided by the given set of features is to reduce the range of operating frequencies in

times without changing the dimensions of the original emitter.

Генератор (1) с помощью проводников (2) подсоединяется ко входу излучателя (3) (фиг. 1). Излучатель (3) на проводящей плоскости (4) имеет диапазон рабочих частот ƒ₀±Δƒ и габариты a×b×с (фиг. 1). Излучатель (3) на проводящей плоскости (4) может представлять собой любой известный тип антенного излучателя: вибраторный, щелевой, рупорный, зеркальный, спиральный, Вивальди и т.д.The generator (1) using the conductors (2) is connected to the input of the emitter (3) (Fig. 1). The emitter (3) on the conducting plane (4) has a range of operating frequencies ƒ ₀ ± Δƒ and dimensions a × b × s (Fig. 1). The emitter (3) on the conducting plane (4) can be any known type of antenna emitter: vibrator, slotted, horn, mirror, spiral, Vivaldi, etc.

Выбранный исходный излучатель (3) на проводящей плоскости (4), запитываемый с помощью проводников (2) и генератором (1), с габаритными размерами a×b×c помещается в полушар (5) из магнитодиэлектрического материала радиуса R (фиг. 2). Радиус полушара из магнитодиэлектрического с вакуумом материала составляет менее 1/12 рабочей длины волны в вакууме. Согласно принципу электродинамического подобия диапазон рабочих частот, который определяется входным импедансом и характеристикой направленности изображенного на фиг. 2 излучателя, составит

.The selected source emitter (3) on the conducting plane (4), fed by means of conductors (2) and a generator (1), with overall dimensions a × b × c, is placed in a hemisphere (5) from a magnetodielectric material of radius R (Fig. 2) . The hemisphere radius of the magnetodielectric material with vacuum is less than 1/12 of the working wavelength in vacuum. According to the principle of electrodynamic similarity, the range of operating frequencies, which is determined by the input impedance and the directivity characteristic shown in FIG. 2 emitters

.

Для того чтобы не иметь значительного отражения на границе магнитодиэлектрический материал - вакуум, магнитодиэлектрический материал должен обладать следующим свойством: отношение действительной части относительной диэлектрической проницаемости к действительной части относительной магнитной проницаемости больше 1/2 и меньше 2. При соблюдении такого условия коэффициент стоячей волны (КСВ) от границы магнитодиэлектрический материал - вакуум не будет превышать

.In order not to have significant reflection at the boundary of the magnetodielectric material - vacuum, the magnetodielectric material must have the following property: the ratio of the real part of the relative dielectric constant to the real part of the relative magnetic constant is more than 1/2 and less than 2. Under this condition, the standing wave coefficient (SWR) ) from the boundary of the magnetodielectric material - the vacuum will not exceed

.

Для обеспечения малых потерь в магнитодиэлектрическом материале значения тангенсов диэлектрических и магнитных потерь не должны превышать 0.1.To ensure small losses in the magnetodielectric material, the values of the dielectric and magnetic loss tangents should not exceed 0.1.

Для того чтобы излучатель на проводящей плоскостью мог возбуждать в вакууме распространяющиеся сферические волны, его диаметр D должен составлять не менее длины волны в вакууме λ, деленной на 2⋅π. Поскольку необходимо обеспечить работу антенны для самой нижней частоты рабочего диапазона, а радиус этого полушара из магнитодиэлектрического материала R=D/2, то значение R определяется исходя из следующего соотношения:In order for an emitter on a conducting plane to be able to excite propagating spherical waves in a vacuum, its diameter D must be at least the wavelength in vacuum λ divided by 2⋅π. Since it is necessary to ensure the operation of the antenna for the lowest frequency of the operating range, and the radius of this hemisphere of magnetodielectric material is R = D / 2, the value of R is determined based on the following ratio:

где с - скорость света в вакууме.where c is the speed of light in vacuum.

Таким образом, достигается технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, - уменьшение диапазона рабочих частот в

раз без изменения габаритов исходного излучателя на проводящей плоскости.Thus, a technical result is achieved, which is provided by the given set of features, namely, a decrease in the operating frequency

times without changing the dimensions of the source emitter on the conducting plane.

Claims

A radiator on a conducting plane, characterized in that the antenna radiator is placed in a hemisphere of material whose impedance (wave impedance) is consistent with the impedance (wave impedance) of the vacuum, characterized in that the radius of the hemisphere of the impedance-matched material with vacuum is less than 1/12 of the working length waves in a vacuum, while the impedance-consistent material that surrounds the emitter should have the following properties:

1) the ratio of the real part of the relative dielectric constant to the real part of the relative magnetic constant is greater than 1/2 and less than 2;

2) dielectric and magnetic loss tangents less than 0.1;

3) the real part of the relative dielectric constant is E times greater than the dielectric constant of the vacuum, the real part of the relative magnetic constant is M times greater than the magnetic constant of the vacuum.