RU2657926C1 - Антенное устройство на основе линзы Люнеберга - Google Patents
Антенное устройство на основе линзы Люнеберга Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657926C1 RU2657926C1 RU2017126878A RU2017126878A RU2657926C1 RU 2657926 C1 RU2657926 C1 RU 2657926C1 RU 2017126878 A RU2017126878 A RU 2017126878A RU 2017126878 A RU2017126878 A RU 2017126878A RU 2657926 C1 RU2657926 C1 RU 2657926C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinders
- antenna device
- coaxial
- thickness
- semicircles
- Prior art date
Links
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании малогабаритных антенн. Антенное устройство на основе линзы Люнеберга содержит коаксиальный набор круглых осесимметричных диэлектрических элементов переменной толщины и переменного диаметра. Набор диэлектрических элементов выполнен в виде набора коаксиальных цилиндров одной высоты, установленных с кольцевыми зазорами друг по отношению к другу. Диаметр и толщина стенок упомянутых цилиндров определены в соответствии с распределением эффективной диэлектрической проницаемости, характерной для линзы Люнеберга цилиндрической формы. Толщина стенок цилиндров монотонно убывает от центра к периферии, а кольцевой зазор между стенками цилиндров монотонно увеличивается. В варианте исполнения антенное устройство содержит полуволновой вибратор, полуволновой вибратор выполнен в виде двух сплошных полукругов, расположенных в одной плоскости и обращенных друг к другу своими хордами, и расположен в непосредственной близости от наружного коаксиального цилиндра упомянутого набора, причем хорды полукругов расположены перпендикулярно продольной оси устройства. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области конструирования направленных антенн, а именно к конструированию устройств для фокусировки электромагнитных волн при приеме-передаче радиоволн дециметрового и сантиметрового диапазонов (УВЧ и СВЧ) и может быть использовано при создании малогабаритных антенн для фокусировки электромагнитной волны вдоль оси излучения, а также сканирования диаграммы направленности линзовой антенны.
Для осуществления приема-передачи электромагнитных волн одновременно в нескольких направлениях могут использоваться устройства для фокусировки типа линза Люнеберга, представляющие собой сферическую либо цилиндрическую линзы из диэлектрика, в которых диэлектрическая проницаемость ε является переменной и изменяется по следующему закону [Зелкин Е.Г., Петрова Р.А. Линзовые антенны. - М.: Советское радио, 1974, 280 с.]:
где r - расстояние от центра линзы; R - радиус сферы.
Известно устройство для фокусировки типа линза Люнеберга, содержащее коаксиальный набор параллельных круглых осесимметричных диэлектрических элементов переменной толщины, при этом каждый из элементов также симметричен и относительно плоскости, перпендикулярной оси, а диаметр и толщина элементов и соответственно распределение эффективной диэлектрической проницаемости внутри набора элементов такие, что соответствуют линзе Люнеберга сферического типа (Патент RU №2485646 С1, заявка №2012109411/08 от 12.03.2012, МПК: H01Q 15/02 - прототип).
Каждый из элементов указанного устройства также симметричен и относительно плоскости, перпендикулярной оси, а диаметр и толщина элементов и соответственно распределение эффективной диэлектрической проницаемости внутри набора элементов такие, что соответствуют линзе Люнеберга сферического типа.
Основным недостатком является значительная сложность обеспечения фокусировки луча в двух плоскостях, трудности согласования работы такой конструкции с фидерным трактом и приемопередающей аппаратурой, значительная сложность изготовления, что, в конечном итоге, ведет к увеличению стоимости ее изготовления и обслуживания.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание такой конструкции линзовой антенны, в которой антенное устройство типа линза Люнеберга позволит обеспечить фокусировку луча в двух плоскостях, упростить согласование такой конструкции с фидерным трактом и приемопередающей аппаратурой, при этом производство которого было бы экономически целесообразным.
Решение указанной задачи достигается тем, что, в предложенном антенном устройстве на основе линзы Люнеберга, содержащем коаксиальный набор круглых осесимметричных диэлектрических элементов переменной толщины и переменного диаметра, согласно изобретению набор диэлектрических элементов выполнен в виде коаксиальных цилиндров одной высоты, установленных с кольцевыми зазорами друг по отношению к другу, причем диаметр и толщина стенок упомянутых цилиндров определены в соответствии с распределением эффективной диэлектрической проницаемости, характерной для линзы Люнеберга цилиндрической формы, при этом толщина стенок цилиндров монотонно убывает от центра к периферии, а кольцевой зазор между стенками цилиндров монотонно увеличивается.
В варианте исполнения, предложенное антенное устройство дополнительно содержит полуволновой вибратор.
В варианте исполнения, полуволновой вибратор выполнен в виде двух сплошных полукругов, расположенных в одной плоскости и обращенных друг к другу своими хордами, и расположен в непосредственной близости от наружного коаксиального цилиндра упомянутого набора, причем хорды полукругов расположены перпендикулярно продольной оси устройства.
Сущность предложенного технического решения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана предложенная коаксиальная цилиндрическая структура линзы Люнеберга, на фиг. 2 - поперечный разрез линзы Люнеберга, на фиг. 3 - фокусировка электромагнитной волны при ее прохождении через линзу Люнеберга.
Антенное устройство выполнено в виде коаксиальных цилиндров 1 одной высоты, установленных с кольцевыми зазорами 2 друг по отношению к другу, причем диаметр и толщина стенок упомянутых цилиндров определены в соответствии с распределением эффективной диэлектрической проницаемости, характерной для линзы Люнеберга цилиндрической формы. Толщина стенок цилиндров 1 монотонно убывает от центра к периферии, а кольцевой зазор 2 между стенками цилиндров монотонно увеличивается. Изготовление антенного устройства в виде полых коаксиальных цилиндров значительно упрощает технологический процесс и удешевляет производство.
В непосредственной близости от наружного коаксиального цилиндра упомянутого набора установлен полуволновой вибратор 3, выполненный из двух полукругов 4.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Чередование слоев диэлектрика и воздуха с различной диэлектрической проницаемостью изменяет направление распространения электромагнитной волны при ее прохождении через тело антенного устройства, при этом распределение эффективной диэлектрической проницаемости соответствует закону:
где r - расстояние от центра линзы;
R - внешний радиус антенны в соответствии с фиг. 2.
Таким образом, заявленное антенное устройство фокусирует электромагнитную волну в узкий пучок или луч (фиг. 3).
В предложенном антенном устройстве на основе линзы Люнеберга роль активного элемента играет полуволновой вибратор 3, выполненный из двух полукругов 4.
Выбор конструктивных параметров полуволнового вибратора 3 зависит от требуемых характеристик устройства для фокусировки, что первоначально выражается в требованиях к размеру апертуры и соответственно размеру устройства.
Коаксиальная цилиндрическая структура «линзы Люнеберга» обеспечивает фокусировку электромагнитной волны при ее прохождении через тело антенны, а полуволновой вибратор, выполненный из двух полукругов, облегчает согласование антенного устройства с приемопередающей аппаратурой.
Предложенное устройство может быть собрано на подложке из диэлектрического материала, которая также является средством закрепления линзы в антенном устройстве. Для обеспечения лучшей фокусировки элементы линзы Люнеберга необходимо изготавливать из диэлектрика с однородной плотностью, например пластика ABC.
Вследствие соответствующего распределения диэлектрической проницаемости, заявляемое антенное устройство осуществляет фокусировку электромагнитной волны вдоль оси излучения в двух перпендикулярных плоскостях таким образом, что луч параллельно падающего излучения может быть сфокусирован в точку, лежащую на прямой, перпендикулярной плоскости падения излучения. Вследствие цилиндрической формы линзы и применения полуволнового вибратора, выполненного из двух полукругов, антенное устройство позволяет осуществлять сканирование диаграммы направленности линзовой антенны, реализованной на основе данного изобретения, в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях.
Дополнительным положительным эффектом, с технологической точки зрения, является то, что предложенная линза Люнеберга, в соответствии с техническим решением, может быть выполнена из материала одного типа для всего устройства, а также то, что для создания такого устройства необходимыми компонентами для элементов являются полые цилиндры различного диаметра и толщиной стенок.
Полуволновой вибратор, состоящий из двух полукругов, может быть выполнен по планарной технологии. Применение полуволнового вибратора, состоящего из двух полукругов позволяет упростить согласование антенного устройства с приемопередающей аппаратурой и позволяет производить сканирование диаграммы направленности по углу места от 0 до 40 градусов.
Использование предложенного технического решения позволит создать линзовую антенну на основе линзы Люнеберга, применение которой позволит обеспечить фокусировку луча в двух плоскостях и облегчит согласование такой конструкции с фидерным трактом и приемопередающей аппаратурой, при значительном удешевлении стоимости ее изготовления.
Claims (3)
1. Антенное устройство на основе линзы Люнеберга, содержащее коаксиальный набор круглых осесимметричных диэлектрических элементов переменной толщины и переменного диаметра, отличающееся тем, что набор диэлектрических элементов выполнен в виде набора коаксиальных цилиндров одной высоты, установленных с кольцевыми зазорами друг по отношению к другу, причем диаметр и толщина стенок упомянутых цилиндров определены в соответствии с распределением эффективной диэлектрической проницаемости, характерной для линзы Люнеберга цилиндрической формы, при этом толщина стенок цилиндров монотонно убывает от центра к периферии, а кольцевой зазор между стенками цилиндров монотонно увеличивается.
2. Антенное устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит полуволновой вибратор.
3. Антенное устройство по п. 2, отличающееся тем, что полуволновой вибратор выполнен в виде двух сплошных полукругов, расположенных в одной плоскости и обращенных друг к другу своими хордами, и расположен в непосредственной близости от наружного коаксиального цилиндра упомянутого набора, причем хорды полукругов расположены перпендикулярно продольной оси устройства.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017126878A RU2657926C1 (ru) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Антенное устройство на основе линзы Люнеберга |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017126878A RU2657926C1 (ru) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Антенное устройство на основе линзы Люнеберга |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2657926C1 true RU2657926C1 (ru) | 2018-06-18 |
Family
ID=62620126
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017126878A RU2657926C1 (ru) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Антенное устройство на основе линзы Люнеберга |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2657926C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2067342C1 (ru) * | 1991-01-28 | 1996-09-27 | Томсон Консюме Электроник С.А. | Антенная система |
RU2001134215A (ru) * | 2001-12-11 | 2003-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Алгоритм" | СВЧ антенна типа "линза Люнеберга" |
RU2485646C1 (ru) * | 2012-03-12 | 2013-06-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Устройство для фокусировки типа "линза люнеберга" |
US20160020526A1 (en) * | 2014-07-15 | 2016-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Planar linear phase array antenna with enhanced beam scanning |
-
2017
- 2017-07-25 RU RU2017126878A patent/RU2657926C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2067342C1 (ru) * | 1991-01-28 | 1996-09-27 | Томсон Консюме Электроник С.А. | Антенная система |
RU2001134215A (ru) * | 2001-12-11 | 2003-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Алгоритм" | СВЧ антенна типа "линза Люнеберга" |
RU2485646C1 (ru) * | 2012-03-12 | 2013-06-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Устройство для фокусировки типа "линза люнеберга" |
US20160020526A1 (en) * | 2014-07-15 | 2016-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Planar linear phase array antenna with enhanced beam scanning |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xu et al. | Dual-mode transmissive metasurface and its applications in multibeam transmitarray | |
US11824247B2 (en) | Method for making antenna array | |
US8780012B2 (en) | Dielectric covered planar antennas | |
Katare et al. | Realization of split beam antenna using transmission-type coding metasurface and planar lens | |
US20100156754A1 (en) | Dielectric loaded antenna having hollow portion therein | |
Wu et al. | Low-profile transmitarray antenna with Cassegrain reflectarray feed | |
Nguyen et al. | Improvement of the scanning performance of the extended hemispherical integrated lens antenna using a double lens focusing system | |
CN102122762A (zh) | 毫米波360o全向扫描介质柱透镜天线 | |
Wang et al. | Ellipsoidal Luneburg lens binary array for wide-angle scanning | |
Liu et al. | A novel E-plane-focused cylindrical Luneburg lens loaded with metal grids for sidelobe level reduction | |
Dai et al. | Compact Rotman lens structure configurations to support millimeter wave devices | |
Filgueiras et al. | Mechanically reconfigurable slotted-waveguide antenna array for 5G networks | |
RU174675U1 (ru) | Антенное устройство на основе линзы Люнеберга | |
Pourahmadazar et al. | Extended hemispherical integrated lens antenna for F-band application | |
RU2657926C1 (ru) | Антенное устройство на основе линзы Люнеберга | |
RU2541909C1 (ru) | Биконическая антенна с биконическим отражателем | |
Zainud-Deen et al. | Radiation characteristics enhancement of dielectric resonator antenna using solid/discrete dielectric lens | |
RU2713034C1 (ru) | Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна | |
Thakur et al. | Large aperture low aberration aspheric dielectric lens antenna for W-band quasi-optics | |
RU2297698C2 (ru) | Тороидальная линзовая антенна с электрическим сканированием в полном телесном угле | |
Bor et al. | Design and characterization of a foam-based Mikaelian lens antennas in millimeter waves | |
Jouade et al. | Millimeter-wave Fresnel zone plate lens with new technological process | |
Hassan et al. | Multi-focus transmitarray antenna in near/far field design | |
Hassan et al. | Beam divergence reduction of vortex waves with a tailored lens and a tailored reflector | |
RU2765609C1 (ru) | Вибраторная антенна с фазокорректирующей диэлектрической линзой |