RU2136090C1 - Aircraft antenna - Google Patents
Aircraft antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2136090C1 RU2136090C1 RU97118279A RU97118279A RU2136090C1 RU 2136090 C1 RU2136090 C1 RU 2136090C1 RU 97118279 A RU97118279 A RU 97118279A RU 97118279 A RU97118279 A RU 97118279A RU 2136090 C1 RU2136090 C1 RU 2136090C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductor
- halves
- antenna
- diameter
- gap
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области антенн летательных аппаратов (ЛА). Может быть использовано в качестве передающей или приемной антенны ЛА, испытывающего значительные теплонагружения на траектории полета. The invention relates to the field of radio engineering, and more specifically to the field of antennas of aircraft (LA). It can be used as a transmitting or receiving antenna of an aircraft experiencing significant heat loads on the flight path.
Известна щелевая кольцевая антенна [1, стр. 531, фиг. 21. 21], содержащая цилиндрический резонатор (ЦР), кольцевую щель в верхней крышке ЦР, возбудитель со шлейфом, элемент перестройки в виде конденсатора, включенного в шлейф возбуждения, и коаксиальный соединитель, размещенный на нижней крышке резонатора. A slotted ring antenna is known [1, p. 531, FIG. 21. 21], containing a cylindrical resonator (CR), an annular gap in the upper cover of the CR, an exciter with a loop, an adjustment element in the form of a capacitor included in the excitation loop, and a coaxial connector located on the bottom of the resonator.
Кольцевая щелевая антенна работает следующим образом. Высокочастотное напряжение от генератора СВЧ через коаксиальный соединитель подводят к возбудителю, который возбуждает кольцевую щель резонатора синфазным полем. Кольцевая щель излучает электромагнитное поле в свободное пространство и образует воронкообразную диаграмму направленности (ДН) с отсутствием излучения по оси ЦР. Настройка антенны и перестройка ее по частоте производится с помощью элемента перестройки. Ring slot antenna works as follows. The high-frequency voltage from the microwave generator through a coaxial connector is supplied to the pathogen, which excites the ring slit of the resonator in-phase field. An annular gap emits an electromagnetic field into free space and forms a funnel-shaped radiation pattern (LH) with no radiation along the CR axis. Tuning the antenna and tuning it in frequency is done using the tuning element.
При установке антенны на ЛА поверхность излучающей щели совмещают заподлицо с внешней металлической поверхностью ЛА, над раскрывом ЦР устанавливают теплозащитную радиопрозрачную антенную вставку (ТРАВ), вся остальная боковая поверхность ЛА покрыта штатным теплозащитным покрытием (ТЗП). When installing the antenna on an aircraft, the surface of the radiating slit is flush with the outer metal surface of the aircraft, a heat-shielding radiolucent antenna insert (TRAV) is installed above the CR opening, the entire remaining side surface of the aircraft is covered with a standard heat-protective coating (TZP).
Недостатком аналога является резкое падение КПД антенны на 20 - 25 дБ (в 100 раз и более) относительно исходного значения КПД при работе антенны на ЛА в условиях теплонагружений и после теплонагружений, уноса и обгара ТРАВ и окружающего ее ТЗП на траектории полета ЛА. Это связано с тем, что на траектории полета ЛА в условиях теплонагружений и связанных с ним уноса и обгара материала поверхности АЛ на внешней поверхности ТРАВ и ТЗП образуется токопроводящий слой диэлектрика ТРАВ и ТЗП, который экранирует, перераспределяет и частично поглощает ближние поля антенн. The disadvantage of the analogue is a sharp drop in antenna efficiency by 20 - 25 dB (100 times or more) relative to the initial value of the efficiency when the antenna is operating on an aircraft under conditions of heat loading and after heat loading, entrainment and burning of the grass and the surrounding TPS along the flight path of the aircraft. This is due to the fact that on the flight path of the aircraft under conditions of heat loading and related ablation and burning of the surface material of the AL on the outer surface of the GRA and TZP, a conductive dielectric layer of TRAV and TZP is formed, which shields, redistributes and partially absorbs the near fields of the antennas.
Известна кольцевая щелевая антенна [2], выбранная в качестве прототипа, содержащая ЦР, коаксиальный соединитель, укрепленный на нижней крышке ЦР по его оси, возбудитель в полости ЦР, расположенный в центре ЦР и соединенный с внутренним проводником коаксиального соединителя, кольцевую щель шириной 0,2 α где αo - средняя длина волны рабочего диапазона, расположенную у верхнего среза ЦР около его боковых стенок и образованную возбудителем и боковыми стенками, и проводящую перемычку в полости ЦР, расположенную параллельно нижней крышке ЦР, при этом один конец перемычки соединен с возбудителем, другой - с боковой стенкой ЦР.Known ring slot antenna [2], selected as a prototype, containing a CR, a coaxial connector mounted on the bottom cover of the CR along its axis, a pathogen in the cavity of the CR located in the center of the CR and connected to the inner conductor of the coaxial connector, an annular gap of width 0, 2 α where α o is the average wavelength of the operating range located at the upper section of the CR near its side walls and formed by the pathogen and side walls and conducting a jumper in the cavity of the CR located parallel to the lower cover of the CR, at Volume one end of the jumper is connected to the pathogen, the other to the side wall of the CR.
Кольцевая щелевая антенна работает следующим образом. Высокочастотное напряжение от генератора СВЧ через коаксиальный соединитель подводят к возбудителю. С помощью возбудителя возбуждается кольцевая щель синфазным электромагнитным полем, которая и излучает это поле в свободное пространство, образуя воронкообразную ДН с отсутствием излучения по оси ЦР и антенны. Проводящая перемычка в полости ЦР приводит к появлению в ней радиальных токов проводимости, которые не изменяют распределения поля в кольцевой щели, но повышают уровень излучения по оси антенны и тем самым выравнивают ДН в этом направлении. Ring slot antenna works as follows. The high-frequency voltage from the microwave generator through the coaxial connector is supplied to the pathogen. With the help of a pathogen, an annular gap is excited by a common-mode electromagnetic field, which radiates this field into free space, forming a funnel-shaped MD with no radiation along the CR axis and antenna. The conductive jumper in the cavity of the CR leads to the appearance of radial conduction currents in it, which do not change the field distribution in the annular gap, but increase the level of radiation along the axis of the antenna and thereby equalize the beams in this direction.
Установка прототипа на ЛА производится так же, как и установка аналога, заподлицо с боковой металлической поверхностью ЛА раскрыв антенны закрывается ТРАВ, остальная боковая поверхность ЛА - штатным ТЗП. The installation of the prototype on the aircraft is the same as the installation of the analogue, flush with the side metal surface of the aircraft, the antenna opening is closed by the GRAV, the remaining side surface of the aircraft is closed by the standard TZP.
Существенный недостаток снижения КПД антенны ЛА в условиях теплонагружений на траектории полета ЛА резко понижает энергетический потенциал радиоканалов связи с ЛА (на 20 - 25 дБ). A significant disadvantage of reducing the efficiency of an aircraft’s antenna under conditions of heat loads on the flight path of the aircraft dramatically reduces the energy potential of the radio communication channels with the aircraft (by 20 - 25 dB).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение КПД антенны ЛА в условиях воздействия теплонагружений и после теплонагружений, уноса и обгара ТРАВ и ТЗП ЛА на траектории полета. The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency of the aircraft antenna under the influence of heat loads and after heat loads, entrainment and burning of TRAV and TZP aircraft on the flight path.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение КПД антенны ЛА в условиях воздействия теплонагружений и после теплонагружений, уноса и обгара ТРАВ и окружающего ее ТЗП за счет концентрации ближнего поля антенны над раскрывом ЦР. The technical result of the proposed solution is to increase the efficiency of the aircraft’s antenna under the influence of heat loads and after heat loads, entrainment and burning of the grass and surrounding TZP due to the concentration of the near field of the antenna above the CR opening.
Этот технический результат достигается тем, что в антенне летательного аппарата, содержащей открытый с одного конца цилиндрический резонатор, коаксиальный соединитель, размещенный на нижней крышке цилиндрического резонатора, возбудитель и согласующее устройство, расположенные в полости этого же резонатора, новым является то, что коаксиальный соединитель размещен на окружности диаметра Dк, соосной с цилиндрическим резонатором, возбудитель выполнен в виде двух половин внешнего трубчатого проводника, соединенных между собой над коаксиальным соединителем, имеющим разрыв с зазором диаметрально противоположно коаксиальному соединителю и симметричных относительно линии, соединяющей центры коаксиального соединителя и зазора между двумя половинами внешнего трубчатого проводника и являющейся диаметром Dк окружности, и внутреннего проводника, размещенного внутри первой из половин внешнего трубчатого проводника, каждая из половин внешнего трубчатого проводника выполнена в виде двух дуг кольца длиной lд каждая, начинающихся от зазора и от коаксиального соединителя, соответственно, расположенных по окружности диаметра Dк симметрично относительно диаметра Dк, перпендикулярного диаметру, соединяющему центры коаксиального соединителя и зазора, П-образного отрезка с перемычкой, лежащей на окружности диаметра Dк. симметрично относительного того же диаметра, что и дуги кольца, и боковыми сторонами длиной lп, параллельными этому же диаметру, и двух прямолинейных отрезков, соединяющих вторые концы дуг кольца с концами боковых сторон П-образного отрезка и образующих угол α с этими сторонами, удлиненный внутрь цилиндрического резонатора центральный проводник коаксиального соединителя соединен с первым концом внутреннего проводника возбудителя, внешний трубчатый проводник соединен с верхним концом введенной в цилиндрический резонатор втулки, закрепленной на нижней крышке цилиндрического резонатора соосно с коаксиальным соединителем, согласующее устройство выполнено в виде последовательно соединенных согласующего четвертьволнового трансформатора с волновым сопротивлением Zo, расположенного внутри внешнего трубчатого проводника вблизи зазора и соединенного со вторым концом внутреннего проводника возбудителя, и резистора R, расположенного в зазоре между двумя половинами внешнего трубчатого проводника, и шлейфа П-образной формы длиной lмл, подключенного параллельно резистору к его выводам и расположенного в плоскости двух половин внешнего трубчатого проводника, второй вывод резистора R соединен с противоположным концом второй половины внешнего трубчатого проводника в зазоре, при этом диаметр Dк окружности кольца, угол α между боковыми сторонами П-образных отрезков и прямолинейными отрезками, длина lп боковых сторон П-образных отрезков и их ширина bп, длина lд каждой из дуг кольца, величины волнового сопротивления четвертьволнового согласующего трансформатора Zo и резистора R и длина шлейфа lшл выбраны из следующих соотношений
0,2λo ≤ Dк ≤ 0,25λo,
27o ≤ α ≤ 33o,
bп = (0,2λo-2ln)sinα,
0,2Zо ≤ R ≤ 0,25Zo;
где λo - заданная длина рабочей волны, м;
Rвх и Xвх - заданная активная и реактивная составляющие входного сопротивления антенны в зазоре между двумя половинами внешнего трубчатого проводника в отсутствии согласующего устройства, Ом;
Zоф - заданное волновое сопротивление фидера питания антенны, Ом;
Zо шл - заданное волновое сопротивление шлейфа, Ом.This technical result is achieved in that in the antenna of the aircraft containing a cylindrical resonator open at one end, a coaxial connector located on the bottom cover of the cylindrical resonator, a pathogen and matching device located in the cavity of the same resonator, it is new that the coaxial connector is placed on a circle of diameter D k, coaxial with the cylindrical cavity, the agent is in the form of two halves of the outer tubular conductor interconnected over coax cial connector having a gap with a gap of diametrically opposed coaxial connector and symmetrical with respect to a line connecting the coaxial connector centers and the gap between the two halves of the outer tubular conductor and being the diameter D to the circumference and the inner conductor disposed within the first halves of the outer tubular conductor, each of half of the outer tubular conductor is made in the form of two arcs of a ring of length l d each, starting from the gap and from the coaxial connector, co respectively, located around a circle of diameter D k symmetrically with respect to diameter D k , perpendicular to the diameter connecting the centers of the coaxial connector and the gap, a U-shaped segment with a jumper lying on a circle of diameter D k . symmetrically relative to the same diameter as the arc of the ring, and the sides of length l p parallel to the same diameter, and two straight segments connecting the second ends of the arcs of the ring with the ends of the sides of the U-shaped segment and forming an angle α with these sides, elongated inside the cylindrical resonator, the central conductor of the coaxial connector is connected to the first end of the inner conductor of the pathogen, the outer tubular conductor is connected to the upper end of the sleeve inserted into the cylindrical resonator, closed captive on the lower cover of a cylindrical cavity coaxial with the coaxial connector, a matching device configured as a series connected matching quarter wave transformer with characteristic impedance Z o, disposed within the outer tubular conductor near the gap and connected with the second end of the inner conductor of the pathogen, and a resistor R, located in the gap between two halves of the outer tubular conductor, and loop U-shaped length l mL connected parallel to resist in his conclusions and situated in the plane of the two halves of the outer tubular conductor, the second terminal of the resistor R is connected to the opposite end of the second half of the external tubular conductor in the gap, wherein the diameter D to the circumference of the ring, the angle α between the sides of the U-shaped segments and straight segments length l n sides of U-shaped segments and their width b n, length l d of each of the arcs of the ring, the values of the quarter wave impedance Z o of the matching transformer and a resistor R, and the loop length l SHL selected from leduyuschih relations
0.2λ o ≤ D to ≤ 0.25λ o ,
27 o ≤ α ≤ 33 o ,
b p = (0.2λ o -2l n ) sinα,
0.2Z o ≤ R ≤ 0.25Z o ;
where λ o - a given length of the working wave, m;
R I and X I - the specified active and reactive components of the input resistance of the antenna in the gap between the two halves of the outer tubular conductor in the absence of a matching device, Ohm;
Z of - the specified wave impedance of the antenna feed feeder, Ohm;
Z about SHL - the given wave impedance of the loop, Ohm.
Совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения позволяет повысить КПД антенны на 10 - 15 дБ (в 10 и более раз) по сравнению с прототипом при работе ее на ЛА в условиях воздействия теплонагружений и после теплонагружений, уноса и обгара ТРАВ и окружающего ее ТЗП на траектории полета ЛА. The set of essential features of the proposed technical solution allows to increase the antenna efficiency by 10 - 15 dB (10 or more times) compared with the prototype when it is operated on an aircraft under the conditions of heat loads and after heat loads, entrainment and burning of grass and the surrounding cargo area along the flight path LA
На фиг. 1 приведен эскиз предлагаемой антенны, на фиг. 2 - эскиз возбудителя антенны, на фиг. 3 - эскиз установки антенны на боковой поверхности ЛА. In FIG. 1 shows a sketch of the proposed antenna, in FIG. 2 is a sketch of the antenna driver, in FIG. 3 is a sketch of the installation of the antenna on the side surface of the aircraft.
Антенна ЛА (фиг. 1) содержит открытый с одного конца ЦР1 с фланцем 2, частично заполненный диэлектриком 3, коаксиальный соединитель (КС) 4, укрепленный на нижней крышке 5 ЦР1, со втулкой 6, являющейся продолжением внешнего корпуса КС4 внутрь полости ЦР1, и центральным проводником 7 внутри этой втулки, являющимся продолжением центрального проводника КС4, возбудитель, выполненный в виде двух половин 8 внешнего трубчатого проводника, соединенных между собой и втулкой 6 над КС4 и имеющих зазор 9 (обведен штриховой линией) диаметрально противоположно КС4, внутренний проводник 10, размещенный внутри одной из половин внешнего трубчатого проводника 8 и соединенный одним концом с внутренним проводником 7 втулки 6, и согласующее устройство, состоящее из последовательно соединенных согласующего четвертьволнового трансформатора 11, размещенного внутри внешнего трубчатого проводника 8 вблизи зазора 9 и соединенного со вторым концом внутреннего проводника 10, и резистора 12, расположенного в зазоре 9 между двумя половинами внешнего трубчатого проводника 8 и соединенного вторым выводом с противоположным концом второй половины внешнего трубчатого проводника 8 в зазоре 9, и шлейфа 13 П-образной формы, подключенного параллельно резистору 12 к его выводам. The antenna of the aircraft (Fig. 1) contains open at one end of CR1 with a flange 2, partially filled with a dielectric 3, a coaxial connector (KS) 4, mounted on the bottom cover 5 of CR1, with a sleeve 6, which is a continuation of the external housing KS4 inside the cavity CR1, and the central conductor 7 inside this sleeve, which is a continuation of the central conductor KC4, the pathogen, made in the form of two halves 8 of the outer tubular conductor, connected to each other and the sleeve 6 above KS4 and having a gap 9 (circled by a dashed line) diametrically opposite to KS4, an inner conductor 10 located inside one of the halves of the outer tubular conductor 8 and connected at one end to the inner conductor 7 of the sleeve 6, and a matching device consisting of serially connected matching quarter-wave transformer 11 located inside the outer tubular conductor 8 near the gap 9 and connected to the second the end of the inner conductor 10, and the resistor 12 located in the gap 9 between the two halves of the outer tubular conductor 8 and connected to the second terminal with an opposite nym end of the second half of the tubular outer conductor 8 in the gap 9 and the stub 13 U-shaped, connected in parallel to resistor 12 to its conclusion.
Эскиз возбудителя антенны приведен на фиг. 2. Возбудитель, представляющий собой одновитковую рамочную антенну уменьшенных размеров, содержит две половины внешних трубчатых проводников 14 и 15, соединенных между собой над КС4 с центром в точке A, имеющих зазор 16 диаметрально противоположно КС4 с центром в точке B и расположенных симметрично относительно линии, соединяющей центры A и B и являющейся диаметром Dк окружности кольца, и проводник 17, размещенный в одной из половин трубчатого проводника. Каждая из половин 14 и 15 трубчатых проводников содержит две дуги 18 и 19 кольца диаметром Dк и длиной lд каждая, начинающихся от точки A и зазора 16 соответственно, расположенных по окружности Dк симметрично относительно диаметра Dк, перпендикулярного диаметру, соединяющему центры A и B, П-образный отрезок с перемычкой 20, лежащей на окружности диаметра Dк симметричного относительно того же диаметра, что и дуги 18 и 19, и двумя боковыми сторонами 21 и 22, и два прямолинейных отрезка 23 и 24, соединяющих вторые концы дуг 18 и 19 с концами боковых сторон 21 и 22 П-образного отрезка и образующих угол α с этими сторонами.A sketch of the antenna driver is shown in FIG. 2. The causative agent, which is a single-turn loop antenna of reduced dimensions, contains two halves of the outer
Эскиз установки антенны на боковой поверхности ЛА приведен на фиг.3. ЦР25 с фланцами 26 крепится заподлицо с боковой поверхностью корпуса ЛА27 с помощью винтов 28. Апертура антенны с внешней стороны закрыта теплозащитной радиопрозрачной антенной вставкой 29, вся остальная боковая поверхность ЛА закрыта штатным ТЗП 30. A sketch of the installation of the antenna on the side surface of the aircraft is shown in Fig.3. TsR25 with flanges 26 is mounted flush with the side surface of the LA27
Антенна на ЛА в исходном состоянии работает следующим образом. Высокочастотный (ВЧ) сигнал от радиопередатчика через КС4, внутренний проводник 10 и согласующий трансформатор 11 подводят к зазору - точке питания B антенны, точке соединения согласующего трансформатора 11 и резистора 12. Половины внешних трубчатых проводников 14 и 15 представляют собой отрезок короткозамкнутой длинной линии с точкой короткого замыкания (КЗ) в точке А над КС4, в которой обе половины 14 и 15 внешнего трубчатого проводника соединены со втулкой 6, выполненный в форме рамочной антенны. Вдоль периметра возбудителя, приблизительно равного длине рабочей волны λo, устанавливается косинусообразное распределение тока ВЧ сигнала с пучностями в точках A и B и узлами в точках середин перемычек 20. ВЧ-ток, протекающий по возбудителю, возбуждает раскрыв (открытый конец) ЦР1 с ориентацией поляризации (вектора E) электромагнитного поля (ЭМП) вдоль диаметра, соединяющего середины перемычек 20, т. е. поле линейной поляризации. Раскрыв ЦР1 излучает ЭМП этой линейной поляризации через ТРАВ 29 в свободное пространство. Максимум излучения направлен по оси ЦР1 (антенны).The antenna on the aircraft in the initial state works as follows. The high-frequency (HF) signal from the radio transmitter through KC4, the inner conductor 10, and the matching transformer 11 are led to the gap — the antenna supply point B, the connection point of the matching transformer 11 and resistor 12. The halves of the outer
Характерной особенностью возбудителя как рамочной антенны является то, что ближнее поле антенны с максимумом поля Emax по оси антенны практически целиком сосредоточено над раскрывом ЦР1 в области установки ТРАВ 29 на корпусе ЛА. К краям раскрыва ЦР1, а следовательно, к краям ТРАВ 29 ЭМП E спадает до величины E ≤ 0,15 Emax. Поэтому практически вся мощность ВЧ-сигнала, подводимая к антенне, излучается ею в свободное пространство через ТРАВ 29.A characteristic feature of the pathogen as a loop antenna is that the near field of the antenna with the field maximum E max along the axis of the antenna is almost entirely concentrated over the opening TsR1 in the installation area of the
Во время теплонагружений и после теплонагружений, уноса и обгара материала ТРАВ 29 и окружающего ТЗП 30 на траектории полета ЛА антенна работает следующим образом. Под воздействием теплонагружений на поверхности ТРАВ 29 и ТЗП 30 образуется проводящий слой кокса с удельной электропроводностью σ ≤ 0,5 См/м на поверхности ТРАВ и σo ≤ 50 См/м на поверхности ТЗП. Так как в исходном состоянии только 15% ближнего поля находится под ТЗП, вне поверхности ТРАВ, то такое же соотношение в распределении ближнего поля остается и после образования проводящего слоя на поверхностях ТРАВ и ТЗП. Основная энергия ближнего поля, оставшаяся над раскрывом ЦР1 под слоем ТРАВ 29, излучается через ТРАВ в свободное пространство, частично поглощаясь в поверхностном проводящем слое с проводимостью σo- ≤ 0,5 См/м. Оставшаяся небольшая доля ближнего поля (до 15%) под слоем штатного ТЗП с проводящим поверхностным слоем ( σo ≈ 50 См/м) частично поглощается этим проводящим слоем, а частично трансформируется в поверхностную волну, распространяющуюся по ТЗП вокруг ЛА. Таким образом, штатное ТЗП практически не сказывается на КПД антенны. Наличие же проводящего слоя ТРАВ уменьшает КПД незначительно, так как поверхностный проводящий слой ТРАВ имеет сравнительно низкую проводимость σo ≤ 0,5 См/м. КПД антенны хотя и уменьшается по сравнению с исходным, но он значительно выше КПД других антенн (на 10 - 15 дБ), имеющих другие распределения ближних полей над раскрывом.During heat loads and after heat loads, entrainment and burning of the TRAV 29 material and the surrounding TZP 30 along the flight path of the aircraft, the antenna operates as follows. Under the influence of heat loads on the surface of
Выбор размеров рамочного возбудителя производят следующим образом. Выбирают диаметр Dк окружности, на которой лежат отрезки дуг 18 и 19 и перемычки 20, по формуле (1), например Dк= 0,2λo. Определяют длину плеча ls рамочного возбудителя по формуле ls = Rк = 0,5 Dк, например ls= 0,1λo. Выбирают диаметр d внешних трубчатых проводников 8 из соотношения d ≤ ls/10, например, d = 10 мм. По справочникам для сортимента труб, например, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 14162-79, ТУ14-3-972-80 и т. д., выбирают соответствующую трубу, например, Тр.10 x 1,5, ТУ14-3-972-80 с наружным диаметром d = 10 мм и внутренним диаметром dвн = 7 мм. Выбирают ширину Bп перемычек 20 по формуле (4), длину lп их боковых сторон 21 и 22 - по формуле (3), длину дуг 18 и 19 - по формуле (5). Выбирают угол α по формуле (2) и длины прямолинейных отрезков 23 и 24 в соответствии с выбранными углами и длинами lп.The choice of the size of the frame pathogen is as follows. Select the diameter D to the circle on which the segments of the
Диаметр внутреннего проводника 17 dпр, размещенного внутри одной из половин внешнего трубчатого проводника 8, выбирается из соотношения
где Zоф - заданное волновое сопротивление фидера питания антенны Ом; εr - заданная относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, которым заполняется вместе с проводником 18 внутренняя полость проводника 8, dвн - выбранный внутренний диаметр трубы. Например, положив Zоф = 500 м и εr= 2,1 (диэлектрик - фторопласт ФТ-4), найдем
dвн/dпр = 3,25, dпр = 7/3,25 ≈ 2,1 мм,
так как внутренний диаметр трубы dвн = 7 мм.The diameter of the inner conductor 17 d CR placed inside one of the halves of the outer tubular conductor 8 is selected from the ratio
where Z of - the specified wave impedance of the antenna power feeder Ohm; ε r - a given relative dielectric constant of the dielectric, which is filled with the
d int / d ol = 3.25, d ol = 7 / 3.25 ≈ 2.1 mm,
since the inner diameter of the pipe d VN = 7 mm
Настройку антенны в заданной полосе частот производят следующим образом. Измеряют входное сопротивление антенны Zвх = Rвх + jXвх в полосе частот на входе антенны в точке B фиг. 2 в отсутствие согласующего трансформатора любым известным способом, например, по методу Татаринова [3, стр. 100]. Определяют величины Rвх и Xвх на рабочей частоте fо, соответствующей рабочей длине волны λo= c/fo C = 3 • 108 м/с. Зная Zоф и Rвх, вычисляют волновое сопротивление Zо согласующего четвертьволнового трансформатора по формуле (6). Определяют диаметр dтр внутреннего проводника согласующего трансформатора 11 из формулы
где dвн - выбранный внутренний диаметр трубчатого проводника 8; εr - заданная относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего внутреннюю полость согласующего трансформатора. Например, пусть dвн = 7 мм, Zоф = 500 м, Rвн = 200 м. Тогда dвн/dтр = 2,13; dтр = 7/2,13 = 3,29 ≈ 3,3 мм
Определяют величину резистора 12, например R = 0,25 Zо = 8 Ом.Tuning the antenna in a given frequency band is as follows. Is measured antenna input impedance Rin Z = R + jX Rin Rin in the frequency band to the antenna at point B of FIG. 2 in the absence of a matching transformer by any known method, for example, according to the Tatarinov method [3, p. 100]. Determine the values of R I and X I at the operating frequency f o corresponding to the operating wavelength λ o = c / f o C = 3 • 10 8 m / s. Knowing Z of and R I , calculate the impedance Z about matching quarter-wave transformer according to the formula (6). The diameter d tr of the inner conductor of the matching transformer 11 is determined from the formula
where d VN is the selected inner diameter of the tubular conductor 8; ε r is the specified relative dielectric constant of the dielectric filling the internal cavity of the matching transformer. For example, let d vn = 7 mm, Z of = 500 m, R vn = 200 m. Then d vn / d mp = 2.13; d tr = 7 / 2,13 = 3,29 ≈ 3,3 mm
The value of the resistor 12 is determined, for example, R = 0.25 Z o = 8 Ohms.
Определяют длину lшл П-образного шлейфа по формуле (8). Предварительно задают волновое сопротивление шлейфа, руководствуясь соотношением
где εr - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, в котором расположен шлейф; b - расстояние между проводниками шлейфа, d - диаметр проводников шлейфа. Положив, например, b/d = 2, εr= 2,1, найдем Zо шл = 58,9 ≈ 60 Ом. Обычно величина b и d выбирают из конструктивных соображений.Determine the length l SL of the U-shaped loop according to the formula (8). Pre-set the wave impedance of the loop, guided by the ratio
where ε r is the relative dielectric constant of the dielectric in which the loop is located; b is the distance between the loop conductors, d is the diameter of the loop conductors. Putting, for example, b / d = 2, ε r = 2.1, we find Z о шл = 58.9 ≈ 60 Ohms. Typically, the values of b and d are chosen from design considerations.
Положив, например, рабочую длину волны λo = 200 мм и Xвх = 600 м, найдем из формулы (8)
Корпус ЦР1 с фланцем 2, втулка 6 могут быть изготовлены из различных металлов, например, алюминия Д16, стали 12Х18Н10Т и т.п.; трубчатый проводник 8 - из трубок соответствующего диаметра, например, латунных, стальных с внутренним диаметром dвн ≥ 4 мм.Putting, for example, the working wavelength λ o = 200 mm and X I = 600 m, we find from formula (8)
Case ЦР1 with flange 2, sleeve 6 can be made of various metals, for example, aluminum D16, steel 12X18H10T, etc .; tubular conductor 8 - from tubes of the corresponding diameter, for example, brass, steel with an inner diameter of d int ≥ 4 mm.
В качестве диэлектрика 3 может быть использован любой высокочастотный диэлектрик, например, ФТ-4. В качестве КС4 можно применять промышленные высокочастотные соединители типа СР50-150Ф, СР50-73Ф и т.п. Внутренние проводники 7 втулки 6 трубчатых проводников 8 и согласующего трансформатора 11, проводники П-образного шлейфа 13 могут быть изготовлены из латуни, например ЛСВ 9. As the dielectric 3 can be used with any high-frequency dielectric, for example, FT-4. As KC4, industrial high-frequency connectors of the type SR50-150F, SR50-73F, etc. can be used. The inner conductors 7 of the sleeve 6 of the tubular conductors 8 and the matching transformer 11, the conductors of the U-shaped loop 13 can be made of brass, for example LSV 9.
Для подтверждения работоспособности антенны и достижения технического результата на предприятии изготовлен макет антенны для работы на частоте f = 1 ГГц (длина волны λo= 300 мм). Конструктивные размеры антенны выбраны следующими:
внутренний диаметр ЦР Dр = 80 мм = 0,27 λo;
высота полости hр = 80 мм = 0,08 λo;
высота диэлектрического вкладыша из ФТ4 hд = 13 мм = 0,5 hр;
диаметр окружности возбудителя: Dк = 60 мм = 0,2 λo;
диаметр ТРАВ из материала РТП-200 с εr = 4,5;
Dтрав = 100 мм = 0,34 λo;
толщина вставки hвст. = 12 мм = 0,04 λo.To confirm the operability of the antenna and achieve the technical result, an antenna model was made at the enterprise for operation at a frequency f = 1 GHz (wavelength λ o = 300 mm). The design dimensions of the antenna are selected as follows:
the inner diameter of the CR D p = 80 mm = 0.27 λ o ;
cavity height h p = 80 mm = 0.08 λ o ;
FT4 dielectric insert height h d = 13 mm = 0.5 h p ;
pathogen circle diameter: D k = 60 mm = 0.2 λ o ;
diameter of GRASS from the material RTP-200 with ε r = 4,5;
D grass = 100 mm = 0.34 λ o ;
insert thickness h vst. = 12 mm = 0.04 λ o .
Проведены исследования характеристик изготовленного макета антенны и прототипа до воздействия и после воздействия тепловых потоков g = 450 Вт/см2 при температуре газа T ≈ 3000К и скорости истечения газа V = 2000 м/с; длительность воздействия t = 10 с. Воздействию тепловых потоков подвергались теплозащитные радиопрозрачные антенные вставки из РТП-200 и окружающее эти вставки штатное ТЗП ЛА. Характеристики согласования и излучения предлагаемой антенны и прототипа по результатам измерений до и после воздействия тепловых потоков, моделирующих тепловые потоки на траектории полета ЛА, приведены в таблице.The characteristics of the fabricated antenna and prototype mockups were studied before and after exposure to heat fluxes g = 450 W / cm 2 at a gas temperature T ≈ 3000K and a gas outflow velocity V = 2000 m / s; exposure time t = 10 s. Heat fluxes were subjected to heat-shielding radiolucent antenna inserts from RTP-200 and the standard TZP LA surrounding these inserts. The characteristics of matching and radiation of the proposed antenna and prototype according to the results of measurements before and after exposure to heat fluxes simulating heat fluxes on the flight path of the aircraft are shown in the table.
Таблица позволяет сделать следующие выводы:
- после воздействия тепловых потоков на поверхности ТРАВ и ТЗП образуется поверхностный проводящий слой, ухудшающий характеристики излучения антенн;
- уменьшение коэффициента усиления после воздействия тепловых потоков составило для прототипа 33,3 дБ, для предлагаемой антенны 7,6 дБ;
- КПД антенн после воздействия тепловых потоков составил для прототипа 0,25%, для предлагаемой антенны 8,3%;
- уменьшение КПД по сравнению с исходным состоянием составило для прототипа 24,2 дБ, для предлагаемой антенны 8,9 дБ;
- выигрыш в КПД предлагаемой антенны по сравнению с прототипом составляет 15,3 дБ (или в 33,9 раз).The table allows you to draw the following conclusions:
- after exposure to heat fluxes, a surface conductive layer is formed on the surface of the TRAV and TZP, which worsens the radiation characteristics of the antennas;
- the decrease in gain after exposure to heat fluxes amounted to 33.3 dB for the prototype, for the proposed antenna 7.6 dB;
- the efficiency of the antennas after exposure to heat fluxes was 0.25% for the prototype, 8.3% for the proposed antenna;
- the decrease in efficiency compared with the initial state amounted to 24.2 dB for the prototype, for the proposed antenna 8.9 dB;
- the gain in efficiency of the proposed antenna compared with the prototype is 15.3 dB (or 33.9 times).
Потери КПД на 9 дБ в предлагаемой антенне обусловлены:
- потерями на перераспределение ближнего поля в раскрыве антенны и ТРАВ ≈ 5 дБ;
- потерями на поглощение в проводящем поверхностном слое ТРАВ ≈ 3 дБ;
- потерями на рассогласование антенны ≈ 1 дБ.Loss of efficiency at 9 dB in the proposed antenna due to:
- losses on the redistribution of the near field in the aperture of the antenna and TRAV ≈ 5 dB;
- absorption losses in the conductive surface layer of GRAV ≈ 3 dB;
- loss on antenna mismatch ≈ 1 dB.
Приведенный анализ и результаты экспериментальных измерений таблицы показывают, что предлагаемая антенна отвечает критериям "новизна" и "изобретательский уровень", является техническим решением; технически реализуется, позволяет достичь технический результат повышения КПД и может быть использована в качестве приемопередающей антенны ЛА. The above analysis and the results of experimental measurements of the table show that the proposed antenna meets the criteria of "novelty" and "inventive step", is a technical solution; technically implemented, allows to achieve a technical result of increasing efficiency and can be used as a transceiver antenna of the aircraft.
Источники информации
1. Я.Н. Фельд, Л.С. Бенесон. Антенно-фидерные устройства, ч. II, издание ВВИА им. Жуковского Н.В., 1959.Sources of information
1. Ya.N. Feld, L.S. Beneson. Antenna-feeder devices, part II, edition of VVIA im. Zhukovsky N.V., 1959.
2. В.И. Качаев, С.А. Плоткин, В.Г. Цыбаев. Кольцевая щелевая антенна. АС N 1539877 от 08.06.87. Н10013.10. Оп. 30.01.90, Бюл 4. 2. V.I. Kachaev, S.A. Plotkin, V.G. Tsybaev. Ring slot antenna. AC N 1539877 from 06/08/87. H10013.10. Op. 1/30/90,
3. А.З. Фрадан, Е.В. Рыжов. Измерения параметров АФу. М., Связь, 1972. 3. A.Z. Fradan, E.V. Ryzhov. Measurement of AFU parameters. M., Communication, 1972.
4. Справочник по электротехническим материалам. Энергия, 1974 г. 4. Handbook of electrical materials. Energy, 1974
Claims (1)
0,2λ0 ≤ Dк ≤ 0,25λ0,
27o ≤ α ≤ 33o,
bп = (0,2λ0-2ln)sinα,
0,2Z0 ≤ R ≤ 0,25Z0,
где λ0 - заданная длина рабочей волны, м;
Rвх и Xвх - заданные активная и реактивная составляющие входного сопротивления антенны в зазоре между двумя половинами внешнего трубчатого проводника в отсутствии согласующего устройства, Ом;
Zоф - заданное волновое сопротивление фидера питания антенны, Ом;
Zошл - заданное волновое сопротивление шлейфа, Ом.Aerial of the aircraft, containing a cylindrical resonator open at one end, a coaxial connector located on the bottom cover of the cylindrical resonator, a pathogen and matching device located in the cavity of the same resonator, characterized in that the coaxial connector is located on a circle of diameter D k , coaxial with the cylindrical resonator, the pathogen is made in the form of two halves of the outer tubular conductor, interconnected above a coaxial connector, having a gap with a gap of etralno opposite coaxial connector and symmetrical with respect to a line connecting the coaxial connector centers and the gap between the two halves of the outer tubular conductor and being the diameter D to the circumference and the inner conductor disposed within the first halves of the outer tubular conductor, each of the halves of the external tubular conductor is formed as a two arcs of a ring of length l d each, starting from the gap and from the coaxial connector, respectively located around the circumference of the diameter D to symmetrically with respect to the diameter D to perpendicular to the diameter connecting the centers of the coaxial connector and the gap, a U-shaped segment with a jumper lying on the circumference of the diameter D to symmetrically with respect to the same diameter as the arc of the ring, and lateral sides of length l n parallel the same diameter, and two straight segments connecting the second ends of the arcs of the ring with the ends of the sides of the U-shaped segment and forming an angle α with these sides, the central conductor elongated inside the cylindrical resonator to axial connector connected to the first end of the inner conductor of the pathogen, the outer tubular conductor is connected to the upper end inserted into the cylindrical sleeve resonator fixed on the lower cover of a cylindrical cavity coaxial with the coaxial connector, a matching device configured as a series connected matching quarter wave transformer with characteristic impedance Z 0, located inside the outer tubular conductor near the gap and connected to the second end of the inner about the path of the pathogen, and the resistor R, located in the gap between the two halves of the outer tubular conductor, and a U-shaped loop of length l w connected parallel to the resistor to its terminals and located in the plane of the two halves of the outer tubular conductor, the second terminal of the resistor R is connected to the opposite end of the second half of the outer tubular conductor in the gap, while the diameter D to the circumference of the ring, the angle α between the sides of the U-shaped segments and rectilinear segments, the length l p of the sides U-shaped segments and their width b p , the length l d of each of the arcs of the ring, the wave impedance of the quarter-wave matching transformer Z 0 and the resistor R and the loop length l w selected from the following relations
0.2λ 0 ≤ Dc ≤ 0.25λ 0 ,
27 o ≤ α ≤ 33 o ,
b p = (0.2λ 0 -2l n ) sinα,
0.2Z 0 ≤ R ≤ 0.25Z 0 ,
where λ 0 is the specified wavelength, m;
R I and X I - the specified active and reactive components of the input resistance of the antenna in the gap between the two halves of the outer tubular conductor in the absence of a matching device, Ohm;
Z of - the specified wave impedance of the antenna feed feeder, Ohm;
Z Oshl - the given wave impedance of the loop, Ohm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97118279A RU2136090C1 (en) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | Aircraft antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97118279A RU2136090C1 (en) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | Aircraft antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2136090C1 true RU2136090C1 (en) | 1999-08-27 |
Family
ID=20198709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97118279A RU2136090C1 (en) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | Aircraft antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2136090C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2526768C1 (en) * | 2013-08-13 | 2014-08-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Aircraft antenna |
RU2589462C1 (en) * | 2015-05-07 | 2016-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом> | Aircraft antenna |
RU2677496C1 (en) * | 2017-12-25 | 2019-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Ultra-high frequencies antenna array with variable geometry slots |
RU2678777C1 (en) * | 2018-02-12 | 2019-02-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Aircraft vibrator type antenna |
RU2682592C2 (en) * | 2017-08-30 | 2019-03-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of obtaining radiation pattern of uhf antenna array with frequency scanning |
RU2701877C2 (en) * | 2017-08-28 | 2019-10-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Microwave array antenna design with frequency scanning |
-
1997
- 1997-10-27 RU RU97118279A patent/RU2136090C1/en active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2526768C1 (en) * | 2013-08-13 | 2014-08-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Aircraft antenna |
RU2589462C1 (en) * | 2015-05-07 | 2016-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом> | Aircraft antenna |
RU2701877C2 (en) * | 2017-08-28 | 2019-10-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Microwave array antenna design with frequency scanning |
RU2682592C2 (en) * | 2017-08-30 | 2019-03-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of obtaining radiation pattern of uhf antenna array with frequency scanning |
RU2677496C1 (en) * | 2017-12-25 | 2019-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Ultra-high frequencies antenna array with variable geometry slots |
RU2678777C1 (en) * | 2018-02-12 | 2019-02-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Aircraft vibrator type antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7656167B1 (en) | Electric field generator incorporating a slow-wave structure | |
US3942058A (en) | Electrodeless light source having improved arc shaping capability | |
US7079081B2 (en) | Slotted cylinder antenna | |
Mongia et al. | Theoretical and experimental investigations on rectangular dielectric resonator antennas | |
CA1246762A (en) | Surface wave launchers to produce plasma columns and means for producing plasma of different shapes | |
US5734353A (en) | Contrawound toroidal helical antenna | |
US3943404A (en) | Helical coupler for use in an electrodeless light source | |
US4178534A (en) | Methods of and apparatus for electrodeless discharge excitation | |
US3633210A (en) | Unbalanced conical spiral antenna | |
US3942068A (en) | Electrodeless light source with a termination fixture having an improved center conductor for arc shaping capability | |
US6515632B1 (en) | Multiply-fed loop antenna | |
Sheta et al. | Multi‐band operation of a compact H‐shaped microstrip antenna | |
JP4022590B2 (en) | Microwave plasma generator | |
De Carlo et al. | Experimental characterization of a plasma dipole in the UHF band | |
RU2136090C1 (en) | Aircraft antenna | |
US3950757A (en) | Broadband whip antennas | |
Puri et al. | Design and simulation of double ridged horn antenna operating for UWB applications | |
Chen et al. | Analysis of a broadband slot‐coupled dielectric‐coated hemispherical dielectric resonator antenna | |
US3280362A (en) | Electron discharge device with helixto-waveguide coupling means | |
Xuan et al. | Rotary joint perpendicularly fed by a substrate integrated waveguide feeder | |
JPS5928284B2 (en) | Output coupling device | |
US3943520A (en) | Nose cone capacitively tuned wedge antenna | |
US3808599A (en) | Periodic antenna adapted for handling high power | |
EP2654066B1 (en) | Microwave adaptors and related oscillator systems | |
RU2472261C1 (en) | Dipole emitter |