RU2620877C1 - Гребенчатая биортогональная рупорная антенна - Google Patents
Гребенчатая биортогональная рупорная антенна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620877C1 RU2620877C1 RU2016104526A RU2016104526A RU2620877C1 RU 2620877 C1 RU2620877 C1 RU 2620877C1 RU 2016104526 A RU2016104526 A RU 2016104526A RU 2016104526 A RU2016104526 A RU 2016104526A RU 2620877 C1 RU2620877 C1 RU 2620877C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- horn
- protrusions
- projections
- walls
- exponential
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/02—Waveguide horns
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области антенной техники СВЧ диапазона и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной широкополосной антенны, либо в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны. Антенна содержит рупор 1 с четырьмя экспоненциальными выступами 2 и сплошными стенками, повторяющими форму выступов 3, выступы выполнены со скосами 45° от точки питания 4. Стенки и выступы имеют форму, описываемую соотношением:
Введены два дополнительных выступа со скосами 45° от точки питания, а также выполнение стенок рупора в форме повторяющей форму выступов, симметричность горловины рупора и расположения экспоненциальных выступов позволяет обеспечить прием электромагнитных волн как вертикальной, так и горизонтальной поляризации. Технический результат заключается в повышении идентичности ширины диаграммы во всем диапазоне рабочих частот как на вертикальной, так и на горизонтальной поляризации за счет введения в известную конструкцию дополнительных экспоненциальных выступов, второй точки питания и изменения формы стенок рупора. 6 ил.
Description
Изобретение относится к области антенной техники сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной широкополосной антенны, либо в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны.
Известна рупорная антенна, используемая в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны (Труды НИИР №3, «Антенно-фидерные устройства и техника СВЧ», стр. 25, г. Москва, «Радио и связь», 1990 г.), содержащая рупор с решетчатыми боковыми стенками в Н-плоскости и сплошными стенками в Е-плоскости, внутри которого в плоскости Е расположены две экспоненциально расширяющиеся ножевые пластины, и узел возбуждения в виде Н-волновода.
Такое выполнение рупорной антенны расширяет диапазон рабочих частот. Однако при этом не реализуется потенциально достижимая степень согласования антенны с питающим фидером. Кроме того, не обеспечивается идентичность ширины диаграммы направленности (ШДН) в ортогональных плоскостях и ее постоянство в рабочем диапазоне частот. Ширина диаграммы направленности такой рупорной антенны с ростом частоты уменьшается. При использовании такой антенны в качестве облучателя зеркальной антенны коэффициент использования поверхности зеркала с ростом частоты снижается, растут энергетические потери из-за недооблучения.
Известна рупорная антенна (АС №1626291 A1, H01Q 13/02), содержащая рупор с решетчатыми боковыми стенками, узел возбуждения в виде Н-волновода и два экспоненциальных Н-образных выступа, выполненных с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, где t - ширина выступа в Н-волноводе.
Такое выполнение рупорной антенны улучшает согласование ее с питающим фидером и повышает идентичность ширины диаграммы направленности в ортогональных плоскостях. Однако частотная зависимость ширины диаграммы направленности остается по-прежнему достаточно значительной.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранная в качестве прототипа рупорная антенна (патент №2302062 С2, H01Q 13/02), содержащая рупор с решетчатыми боковыми стенками, узел возбуждения в виде Н-волновода и два экспоненциальных Н-образных выступа, выполненных с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, где t - ширина выступа в Н-волноводе, решетчатые боковые стенки выполнены в виде стержней диаметром D=0,1-0,11λмакс, где λмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона, расстояние d между стержнями изменяется от первого стержня, расположенного в раскрыве рупора, по закону геометрической прогрессии со знаменателем τ=0,7-0,73, а длина стержней l изменяется по тому же закону со знаменателем g=0,895-0,905, т.е. dn+1=dn τ и ln+1=lng, где n - порядковый номер стержня. Верхняя и нижняя поверхности рупора имеют излом в точках крепления стержней.
Целью изобретения является повышение идентичности ширины диаграммы направленности во всем диапазоне рабочих частот как на вертикальной, так и на горизонтальной поляризации за счет введения в известную конструкцию дополнительных экспоненциальных выступов и изменения формы стенок рупора.
Цель достигается тем, что в известную конструкцию рупорной антенны, содержащую рупор с решетчатыми боковыми стенками, узел возбуждения в виде Н-волновода и два экспоненциальных выступа, выполненных с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, согласно изобретению введены два дополнительных экспоненциальных выступа, заменяющие решетчатые стенки, все выступы имеют экспоненциальную форму, описываемую соотношением:
Также на выступах имеются срезы под углом 45° от точек питания, а стенки рупора имеют кривизну, повторяющую форму выступов.
Фиг. 1 - Общий вид гребенчатой биортогональной рупорной антенны, где обозначены:
1 - рупор;
2 - экспоненциальные выступы;
3 - стенки рупора;
4 - скос под углом 45° от точки питания.
Фиг. 2 - Ширина диаграммы направленности по уровню - 3 дБ в Е и Н плоскостях в диапазоне частот от 8 до 18 ГГц.
Фиг. 3 - Ширина диаграммы направленности по уровню - 6 дБ в Е и Н плоскостях в диапазоне частот от 8 до 18 ГГц.
Фиг. 4 - Ширина диаграммы направленности по уровню - 10 дБ в Е и Н плоскостях в диапазоне частот от 8 до 18 ГГц.
Фиг. 5, 6 - Фото экспериментального образца.
Конструктивно антенна содержит (фиг. 1) рупор 1 с четырьмя экспоненциальными выступами 2 и сплошными стенками, повторяющими форму выступов 3, выступы выполнены со скосами 45° от точки питания 4. Стенки и выступы имеют форму, описываемую соотношением:
Такая конструкция рупорной антенны позволяет обеспечить стабилизацию ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот, а симметричность данной конструкции позволяет обеспечить прием электромагнитных волн как вертикальной, так и горизонтальной поляризации, т.е. выполняется условие биортогональности.
Гребенчатая биортогональная рупорная антенна работает следующим образом.
Коаксиальный переход подводит связанные электромагнитные колебания к выступам 2, запитывая противолежащие выступы 2 в противофазе. Связанные электромагнитные колебания распространяются вдоль выступов в направлении раскрыва рупора. Экспоненциально растущее сопротивление противолежащих выступов приводит к возникновению свободных электромагнитных колебаний, которые распространяются в разные стороны от выступов 2, экспоненциальные стенки отражают дошедшие от выступов 2 свободные электромагнитные колебания в сторону раскрыва рупора. В результате излучения выступов 2 и отражения свободных электромагнитных колебаний формируется поле гребенчатой биортогональной рупорной антенны. Экспоненциальные стенки и выступы 2 позволяют сформировать подобные распределения электромагнитного поля в широком диапазоне частот.
Амплитудно-фазовое распределение результирующего поля в дальней зоне существенно зависит от соотношения полей, излучаемых раскрывом рупора, и, прежде всего, от рассеянного выступами 2 электромагнитного поля. В свою очередь рассеянное выступами 2 электромагнитное поле существенно зависит от ширины выступов рупора, их длины и формы изгиба. Варьируя этими значениями, можно подобрать такие их величины, при которых диаграмма направленности антенны будет оставаться практически постоянной в диапазоне рабочих частот.
Экспериментальные исследования показали, что оптимальной, с точки зрения стабилизации ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот и идентичности диаграмм направленности (ДН) в ортогональных плоскостях, является предложенная форма выступов и стенок рупора. При изменении толщины выступов наблюдается значительная частотная зависимость ШДН.
На фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 представлены графики зависимости измеренных ширины диаграммы направленности гребенчатого рупора в Е и Н плоскостях по уровню - 3 дБ, - 6 дБ и - 10 дБ соответственно. Их анализ показывает, что в рабочей полосе частот ширина диаграммы направленности изменяется относительно ее среднего значения не более чем на ±7%, в то время как у рупорной антенны-прототипа эта величина составляет ±11%.
Сопоставительный анализ технического решения с устройством, выбранным в качестве прототипа, показывает, что новизна технического решения заключается в введении в заявленное устройство дополнительных выступов отличной от прототипа формы, также в изменении формы стенок рупора и в введении второй точки питания.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».
Анализ известных технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод о том, что введение четырех выступов в рупор является известным решением. Однако использование специальной формы таких выступов, а также кривизны стенок рупора и двух точек питания придает устройству новые свойства. Введенные изменения позволяют получить стабилизированную диаграмму направленности в рабочем диапазоне частот как на горизонтальной, так и на вертикальной поляризации, а также обеспечить широкополостность рупора.
Таким образом, техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Изобретение относится к области антенной техники СВЧ диапазона и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной широкополосной антенны, либо в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны.
Таким образом, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".
Предложенное техническое решение позволяет при использовании гребенчатой биортогональной рупорной антенны, в качестве облучателя зеркальной антенны, обеспечить эффективное облучение ее отражателя в рабочей полосе частот и тем самым повысить энергетический потенциал антенной системы в целом.
Claims (3)
- Гребенчатая биортогональная рупорная антенна, содержащая рупор с экспоненциальными выступами и сплошными стенками, повторяющими форму выступов, отличающаяся тем, что введены два дополнительных экспоненциальных выступа, при этом стенки и выступы имеют форму, описываемую соотношением
- также введена вторая точка питания, а выступы выполнены со скосами 45° от точек питания, при этом выступы расположены симметрично друг относительно друга, горловина рупора имеет симметричную форму.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104526A RU2620877C1 (ru) | 2016-02-10 | 2016-02-10 | Гребенчатая биортогональная рупорная антенна |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104526A RU2620877C1 (ru) | 2016-02-10 | 2016-02-10 | Гребенчатая биортогональная рупорная антенна |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620877C1 true RU2620877C1 (ru) | 2017-05-30 |
Family
ID=59032281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016104526A RU2620877C1 (ru) | 2016-02-10 | 2016-02-10 | Гребенчатая биортогональная рупорная антенна |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620877C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4021814A (en) * | 1976-01-19 | 1977-05-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Broadband corrugated horn with double-ridged circular waveguide |
SU1626291A1 (ru) * | 1988-08-15 | 1991-02-07 | Куйбышевский электротехнический институт связи | Рупорна антенна |
RU2237954C1 (ru) * | 2003-01-31 | 2004-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" | Широкополосный волноводно-рупорный излучатель |
RU2302062C2 (ru) * | 2005-04-25 | 2007-06-27 | Войсковая часть 45807-Р | Рупорная антенна |
-
2016
- 2016-02-10 RU RU2016104526A patent/RU2620877C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4021814A (en) * | 1976-01-19 | 1977-05-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Broadband corrugated horn with double-ridged circular waveguide |
SU1626291A1 (ru) * | 1988-08-15 | 1991-02-07 | Куйбышевский электротехнический институт связи | Рупорна антенна |
RU2237954C1 (ru) * | 2003-01-31 | 2004-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" | Широкополосный волноводно-рупорный излучатель |
RU2302062C2 (ru) * | 2005-04-25 | 2007-06-27 | Войсковая часть 45807-Р | Рупорная антенна |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9793611B2 (en) | Antenna | |
Baudha et al. | Dumbbell shaped microstrip broadband antenna | |
El-Nady et al. | Gain enhancement of a millimeter wave antipodal vivaldi antenna by epsilon-near-zero metamaterial | |
Deshmukh et al. | Broadband slot cut rectangular microstrip antenna | |
Salimi et al. | Design of a compact Gaussian profiled corrugated horn antenna for low sidelobe-level applications | |
Kumar et al. | Design of biodegradable quadruple-shaped DRA for WLAN/Wi-Max applications | |
RU2620877C1 (ru) | Гребенчатая биортогональная рупорная антенна | |
Li et al. | Dielectric sheets covered broadband Vivaldi antenna for gain enhancement | |
Deshmukh et al. | Triple band E-shaped microstrip antenna | |
Deshmukh et al. | Analysis of Multi-band Rectangular Microstrip Antennas | |
Kampeephat et al. | Enhancement of monopole antenna gain with additional vertical wire medium structure | |
Yang et al. | Electromagnetic analysis on propagation characteristics of CRLH waveguide loaded with double ridge corrugations | |
Yang et al. | Analysis and realization of improving the patch antenna gain based on metamaterials | |
Kutinlahti | Antenna for Directive Energy Device Against Drones | |
RU2302062C2 (ru) | Рупорная антенна | |
RU2479080C1 (ru) | Широкополосная микрополосковая антенна с трапецеидальным поперечным сечением | |
Devapriya et al. | Dual resonant microstrip patch antenna using metamaterial planar structures for S band and C band applications | |
RU2485643C1 (ru) | Логопериодическая антенна | |
Kang et al. | Design of a Planar Monopole Antenna with Gap Sleeve by Half Cutting Method. | |
Mallahzadeh et al. | Leaky-wave long slot antenna design using ridged waveguide | |
Anu et al. | Bandwidth Enhancement of Aperture Coupled Cylindrical Dielectric Resonator Antenna using Modified Feed Structure | |
Ray et al. | Resonant Frequency Optimization of L-Shaped Feed Cylindrical Liquid Antenna using Genetic Algorithm | |
Wang | Terahertz Scanning Leaky Wave Antenna | |
Ma et al. | Quad-Ridge Flared Horn feed design and analysis for WBSPF in radio telescope | |
Gajera et al. | Single coax-fed cylindrical dielectric resonator antenna using higher order mode for pattern diversity |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200211 |