RU2713034C1 - Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна - Google Patents
Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713034C1 RU2713034C1 RU2019112696A RU2019112696A RU2713034C1 RU 2713034 C1 RU2713034 C1 RU 2713034C1 RU 2019112696 A RU2019112696 A RU 2019112696A RU 2019112696 A RU2019112696 A RU 2019112696A RU 2713034 C1 RU2713034 C1 RU 2713034C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dielectric
- profiled
- elements
- equidistant
- lens
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
-
- 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
-
- 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
- H01Q15/08—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism formed of solid dielectric material
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано при создании малогабаритных антенн средств связи и радиолокации сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн, а также сканировании диаграммы направленности линзовой антенны. Техническими результатами являются: увеличение коэффициента усиления, сокращение количества активных элементов, упрощение согласования с приёмо-передающим устройством и снижение массы антенны. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна содержит усеченный многослойный тороид, сформированный из профилированных эквидистантных элементов с плоской нижней частью, установленных концентрически с воздушными зазорами по отношению друг к другу, а поверхность этих элементов образована вращением нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей вокруг оси, отстоящей от внутренней части профиля, и которая образует центральную профилированную полость линзы; медную подложку с диаметром, равным внешнему диаметру усеченного многослойного тороида, которая выступает в роли области нулевого потенциала; активного антенного элемента - несимметричного вибратора различной формы, помещенного вдоль вертикальной оси усеченного тороида во внутренней полости тороида. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к антенной технике, и может быть использовано при создании малогабаритных антенн средств связи и радиолокации сантиметрового (СМВ) и миллиметрового (ММВ) диапазонов волн.
Функциональное назначение антенны - излучение и прием электромагнитных волн.
Для осуществления приема-передачи электромагнитных волн одновременно в нескольких направлениях могут использоваться устройства для фокусировки типа линза, 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.
Известна сканирующая тороидальная линзовая антенна, содержащая однородную тороидальную линзу, образованную вращением вокруг оси неапланатического фокусирующего геометрического профиля, и облучатель, состоящий из системы переключаемых излучателей, расположенных на фокальной окружности линзы. (Патент RU 2147150 С1, заявка №98109732/09 от 26.05.1998, МПК: H01Q 15/08 - прототип).
Основным недостатком указанного решения является определенная трудность в точности изготовления направленных излучателей, расположенных на фокальной окружности линзы, значительная масса антенны, а также сложность согласования в широком диапазоне частот подобной антенны с приемо-передающим устройством. Кроме того, саму конструкцию довольно проблематично закрепить на антенной мачте.
Задачей предлагаемого технического решения является увеличение коэффициента усиления, уменьшение массы, сокращение количества активных элементов антенны и упрощение согласования с приемопередающим устройством.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной многослойной диэлектрической тороидальной антенне, содержащей многослойную тороидальную диэлектрическую линзу с излучателем, расположенным в центре линзы. Линза выполнена из N>2 диэлектрических профилированных эквидистантных элементов с плоской нижней частью, установленных концентрически с зазорами по отношению друг к другу, а поверхность этих элементов образована вращением нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей вокруг оси, отстоящей от внутренней части профиля, и которая образует центральную профилированную полость линзы, при этом вертикальная ось профилированной полости линзы совпадает с осью вращения нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей, излучатель установлен на заданном расстоянии над плоской нижней частью диэлектрических профилированных эквидистантных элементов так, что его ось совпадает с осью вращения нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей.
В варианте исполнения, толщина стенок диэлектрических профилированных эквидистантных элементов линзы дискретно уменьшается от центра к периферии, а зазор между стенками дискретно увеличивается.
В варианте исполнения, поверхность диэлектрических профилированных эквидистантных элементов образована вращением концентрических полуокружностей разного диаметра вокруг оси, перпендикулярной к диаметру полуокружностей, причем диаметр полуокружностей дискретно уменьшается от периферии к центру.
В варианте исполнения, диэлектрические профилированные эквидистантные элементы установлены на круглую металлическую подложку, диаметр которой равен внешнему диаметру диэлектрических профилированных эквидистантных элементов.
В варианте исполнения, излучатель выполнен в виде несимметричного вибратора, расположенного на оси вращения диэлектрических профилированных эквидистантных элементов.
Применение для образования полноазимутальной многослойной диэлектрической тороидальной антенны усеченного фокусирующего геометрического профиля в виде многослойной полуокружности вместо окружности и использование многослойной структуры с переменной толщиной слоев и переменного воздушного зазора между ними по сравнению с окружностью при той же площади сечения профиля позволяет уменьшить объем и, следовательно, массу линзы. Медная подложка выступает в роли области нулевого потенциала и участвует в формировании электромагнитного поля антенны, а также позволяет снизить взаимное влияние металлических элементов антенно-мачтового устройства или элементов крепежа (при размещении на подвижных носителях). Наличие одного активного элемента значительно упрощает конструкцию антенны и облегчает согласование с трактом приемо-передачи.
Основным отличительным признаком заявляемой антенны от антенны-прототипа является профиль тороидальной линзы, а именно: многослойная полуокружность, образованная из окружностей разного диаметра отсечением нижних их частей части прямой горизонтальной линией, проходящей через центр окружности. В качестве активного антенного элемента применяется несимметричный излучатель - вибратор различной формы, в то время как в прототипе применен излучатель, состоящий из системы переключаемых излучателей, расположенных на фокальной окружности линзы.
Сущность предложенного технического решения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана предложенная структура антенны на основе усеченного многослойного диэлектрического тороида, на фиг. 2 - вид сбоку полноазимутальной антенны на основе усеченного многослойного диэлектрического тороида, на фиг. 3 - поперечный разрез полноазимутальной антенны на основе усеченного многослойного диэлектрического тороида, на фиг. 4 - прохождение электромагнитной волны сквозь усеченный многослойный тороид.
Предложенная многослойная диэлектрическая тороидальная антенна представляет собой набор коаксиальных полукруглых осесимметричных диэлектрических элементов 1 переменной толщины и переменного диаметра, установленных на медной подложке 2 и образованных вращением вокруг вертикальной оси излучателя несимметричного вибратора 3, при этом набор коаксиальных диэлектрических элементов 1 установлен с зазорами 4 друг по отношению к другу. Диаметр и толщина стенок упомянутых элементов 1 определены в соответствии с распределением эффективной диэлектрической проницаемости, характерной для линзы Люнеберга цилиндрической формы. Толщина стенок диэлектрических элементов 1 линзы дискретно убывает от центра к периферии, а зазор 4 между стенками диэлектрических элементов 1 дискретно увеличивается. Медная подложка 2 выступает в роли области нулевого потенциала и участвует в формировании электромагнитного поля, а также уменьшает взаимное влияние металлических элементов крепежа.
Предложенная многослойная диэлектрическая тороидальная антенна работает следующим образом.
Электромагнитная волна на границе раздела двух сред «свободное пространство - однородный диэлектрик» преломляется и внутри однородного диэлектрика (усеченного тора) движется прямолинейно по новой траектории. Далее, на границе «однородный диэлектрик - свободное пространство, во внутренней полости тороида, вновь преломляется и распространяется вдоль другой прямой, под некоторым углом относительно предыдущей траектории. Размеры каждого слоя усеченного тороида подбираются таким образом, чтобы внутри полости линзы электромагнитная волна фокусировалась в одну точку, лежащую на вертикальной оси усеченного многослойного тороида, вдоль которой располагается несимметричный вибратор.
Таким образом, заявленное антенное устройство обеспечивает фокусировку электромагнитной волны при ее прохождении через тело линзы (фиг. 4). В предложенном антенном устройстве роль активного элемента играет несимметричный вибратор 3 различной формы.
Выбор конструктивных параметров несимметричного вибратора 3 зависит от выбора рабочего диапазона частот, что отражается и на требовании к размеру усеченного многослойного тороида.
Предложенное устройство может быть собрано на медной подложке, которая также является средством закрепления тороида в антенном устройстве.
Использование предложенного технического решения позволит создать многослойную диэлектрическую тороидальную антенну на основе усеченного многослойного диэлектрического тороида, применение которой позволит обеспечить полноазимутальный режим (360 градусов) излучения и приема сигналов с высоким коэффициентом усиления и реализует режим согласования с приемо-передающим трактом в широкой полосе частот, при значительном удешевлении стоимости ее изготовления.
Claims (5)
1. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна, содержащая многослойную тороидальную диэлектрическую линзу с излучателем, расположенным в центре линзы, отличающаяся тем, что линза выполнена из N>2 диэлектрических профилированных эквидистантных элементов с плоской нижней частью, установленных концентрически с зазорами по отношению друг к другу, а поверхность этих элементов образована вращением нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей вокруг оси, отстоящей от внутренней части профиля, и которая образует центральную профилированную полость линзы, при этом вертикальная ось профилированной полости линзы совпадает с осью вращения нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей, излучатель установлен на заданном расстоянии над плоской нижней частью диэлектрических профилированных эквидистантных элементов так, что его ось совпадает с осью вращения нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей.
2. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что толщина стенок диэлектрических профилированных эквидистантных элементов линзы дискретно уменьшается от центра к периферии, а зазор между стенками дискретно увеличивается.
3. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность диэлектрических профилированных эквидистантных элементов образована вращением концентрических полуокружностей разного диаметра вокруг оси, перпендикулярной к диаметру полуокружностей, причем диаметр полуокружностей дискретно уменьшается от периферии к центру.
4. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что диэлектрические профилированные эквидистантные элементы установлены на круглую металлическую подложку, диаметр которой равен внешнему диаметру диэлектрических профилированных эквидистантных элементов.
5. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что излучатель выполнен в виде несимметричного вибратора, расположенного на оси вращения диэлектрических профилированных эквидистантных элементов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019112696A RU2713034C1 (ru) | 2019-04-25 | 2019-04-25 | Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019112696A RU2713034C1 (ru) | 2019-04-25 | 2019-04-25 | Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2713034C1 true RU2713034C1 (ru) | 2020-02-03 |
Family
ID=69625000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019112696A RU2713034C1 (ru) | 2019-04-25 | 2019-04-25 | Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2713034C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2765609C1 (ru) * | 2021-02-09 | 2022-02-01 | Акционерное общество НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ" | Вибраторная антенна с фазокорректирующей диэлектрической линзой |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2147150C1 (ru) * | 1998-05-26 | 2000-03-27 | 16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации | Сканирующая тороидальная линзовая антенна |
RU2297698C2 (ru) * | 2005-07-11 | 2007-04-20 | 16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации | Тороидальная линзовая антенна с электрическим сканированием в полном телесном угле |
EA012794B1 (ru) * | 2006-07-05 | 2009-12-30 | Сайнмет Ла, Инкорпорейтед | Антенна (варианты) и способ управления работой антенны |
RU2545058C1 (ru) * | 2011-11-22 | 2015-03-27 | Кхватек Ко., Лтд. | Антенна устройства для контроля и диагностики линии энергоснабжения |
US20190027806A1 (en) * | 2017-07-24 | 2019-01-24 | United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Low profile wifi antenna with a toroidal pattern |
-
2019
- 2019-04-25 RU RU2019112696A patent/RU2713034C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2147150C1 (ru) * | 1998-05-26 | 2000-03-27 | 16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации | Сканирующая тороидальная линзовая антенна |
RU2297698C2 (ru) * | 2005-07-11 | 2007-04-20 | 16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации | Тороидальная линзовая антенна с электрическим сканированием в полном телесном угле |
EA012794B1 (ru) * | 2006-07-05 | 2009-12-30 | Сайнмет Ла, Инкорпорейтед | Антенна (варианты) и способ управления работой антенны |
RU2545058C1 (ru) * | 2011-11-22 | 2015-03-27 | Кхватек Ко., Лтд. | Антенна устройства для контроля и диагностики линии энергоснабжения |
US20190027806A1 (en) * | 2017-07-24 | 2019-01-24 | United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Low profile wifi antenna with a toroidal pattern |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2765609C1 (ru) * | 2021-02-09 | 2022-02-01 | Акционерное общество НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ" | Вибраторная антенна с фазокорректирующей диэлектрической линзой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2025045B1 (en) | Chip-lens array antenna system | |
EP2810339B1 (en) | Subreflector of a dual-reflector antenna | |
US8803738B2 (en) | Planar gradient-index artificial dielectric lens and method for manufacture | |
KR20100119550A (ko) | 이중 반사경 안테나의 부 반사경 | |
CN107275803A (zh) | 一种毫米波透镜反射式智能天线装置 | |
GB2609112A (en) | Dielectric lens and electromagnetic device with same | |
CN111566875B (zh) | 一种装置 | |
US10476166B2 (en) | Dual-reflector microwave antenna | |
JP2023547206A (ja) | レーダービーコンおよびレーダー測定システム | |
JP2018196052A (ja) | アンテナ装置及びレーダ装置 | |
RU2713034C1 (ru) | Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна | |
Mescia et al. | Sinuous antenna for uwb radar applications | |
RU2236073C2 (ru) | Тороидальная линзовая антенна с электронным сканированием в двух плоскостях | |
CN109411895B (zh) | 一种三层螺旋缝隙透射单元及透射阵列天线 | |
WO2000076028A1 (en) | Hemispheroidally shaped lens and antenna system employing same | |
US20210313701A1 (en) | Antenna for transmitting and/or receiving an electromagnetic wave, and system comprising this antenna | |
RU2765609C1 (ru) | Вибраторная антенна с фазокорректирующей диэлектрической линзой | |
RU174675U1 (ru) | Антенное устройство на основе линзы Люнеберга | |
RU2297698C2 (ru) | Тороидальная линзовая антенна с электрическим сканированием в полном телесном угле | |
RU2147150C1 (ru) | Сканирующая тороидальная линзовая антенна | |
RU2657926C1 (ru) | Антенное устройство на основе линзы Люнеберга | |
CN107634339B (zh) | 基于超表面的高定向性伞状凸面共形反射面天线 | |
RU2485646C1 (ru) | Устройство для фокусировки типа "линза люнеберга" | |
RU2620766C1 (ru) | Спиральная антенна | |
CN115836443A (zh) | 用于全向和扇区天线的环形梯度折射率透镜 |