RU2774640C1 - Облучатель параболической антенны - Google Patents
Облучатель параболической антенны Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774640C1 RU2774640C1 RU2021121268A RU2021121268A RU2774640C1 RU 2774640 C1 RU2774640 C1 RU 2774640C1 RU 2021121268 A RU2021121268 A RU 2021121268A RU 2021121268 A RU2021121268 A RU 2021121268A RU 2774640 C1 RU2774640 C1 RU 2774640C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dielectric lens
- waveguide
- radiation
- wavelength
- dielectric
- Prior art date
Links
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000003284 Horns Anatomy 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 241000322409 Brunfelsia pauciflora Species 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к антенной технике и служит в качестве облучателя однозеркальных параболических антенн спутникового телевидения и космических аппаратов. Технический результат - создание облучателя параболической антенны с высокой чувствительностью к приему падающего излучения. Технический результат достигается тем, что облучатель параболической антенны, содержащий открытый конец круглого волновода с фланцем и диэлектрической линзой с продолжением внутри волновода, в виде тела вращения, диэлектрическая линза установлена с возможностью ее перемещения вдоль оси, отличается тем, что диэлектрическая линза выполнена из материала с показателем преломления, находящимся в диапазоне от 1,4 до 2, длина продолжения диэлектрической линзы равна примерно кратной величине длины волны используемого излучения в свободном пространстве, а расстояние от теневой границы диэлектрической линзы до чувствительного элемента к электромагнитному излучению СВЧ приемника выбирается не более длины волны излучения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к антенной технике и может использоваться в качестве облучателя однозеркальных параболических антенн спутникового телевидения и космических аппаратов.
В настоящее время параболические антенны, работающие в СВЧ и КВЧ диапазонах, оснащаются, как правило, облучателями в виде рупоров или открытых концов волноводов (М.С. Жуков, Ю.Б. Молочков. Проектирование линзовых, сканирующих, широкополосных антенн и фидерных устройств. М. Энергия, 1973 г., с. 306-310).
Известен облучатель параболической антенны (патент РФ №2071155, H01Q 13/02). Облучатель состоит из круглого волновода, заканчивающегося коническим рупором. На внутренней поверхности рупора выполнены три круглые концентрические канавки. Часть рупора, примыкающая к волноводу, представляет собой усеченный конус, малое основание которого присоединено к открытому концу волновода, а большое расположено спереди от открытого конца волновода.
Известна волноводная антенна (патент РФ № 2500057), содержащая круглый металлический волновод, а к открытому концу волновода гальванически присоединен экран в виде проводящего усеченного обратного конуса, на внешнюю коническую поверхность которого нанесено полимерное покрытие, параметры которого зависят от условий размещения антенны, при этом круглый металлический волновод установлен в отверстии внутри экрана соосно с ним так, что плоскость малого основания экрана совпадает с плоскостью открытого конца волновода, большое же основание экрана расположено сзади от открытого конца волновода, а диаметр отверстия в проводящем усеченном обратном конусе равен внешнему диаметру волновода.
Известны конструкции антенн, которые могут быть использованы в качестве облучателей параболических антенн (патенты США N 3434166 и N 4636798, кл. 343 753). Эти облучатели представляют собой открытый конец круглого волновода с фланцем.
Известна конструкция облучателя (патент США N 4636798), которая представляет собой открытый конец круглого волновода с импедансным фланцем, в апертуре волновода установлена диэлектрическая линза в форме полутора. Диэлектрическая линза расширяет диаграмму направленности (ДН), что позволяет использовать ее в качестве облучателя зеркальных антенн с укороченным фокусным расстоянием.
Все известные облучатели оптимизированы для облучения параболической антенны, повышения коэффициента использования поверхности зеркала.
Недостатком известных облучателей является несогласованность приемного устройства с облучателем, ведущая к низкой чувствительности приемного устройства на основе зеркальной антенны.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является конструкция облучателя параболической антенны (патент РФ N 2092941 прототип), которая представляет собой открытый конец круглого волновода с фланцем и диэлектрической линзой, в виде тела вращения, диэлектрическая линза установлена с возможностью ее перемещения вдоль оси, а теневая поверхность линзы расположена внутри круглого волновода.
Недостатком облучателя параболической антенны является низкая чувствительность к приему падающего электромагнитного излучения.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание облучателя параболической антенны с высокой чувствительностью к приему падающего излучения.
Указанная задача решена благодаря тому, что в облучателе параболической антенны, содержащем открытый конец круглого волновода с фланцем и диэлектрической линзой с продолжением внутри волновода, в виде тела вращения, диэлектрическая линза установлена с возможностью ее перемещения вдоль оси, новым является то, что диэлектрическая линза выполнена из материала с показателем преломления находящимся в диапазоне от 1,4 до 2, длина продолжения диэлектрической линзы равна примерно кратной величине длины волны используемого излучения в свободном пространстве, а расстояние от теневой границы диэлектрической линзы до чувствительного элемента к электромагнитному излучению СВЧ приемника выбирается не более длины волны излучения.
Технический результат – повышение чувствительности приемного устройства с зеркальной антенной.
На фиг.1 изображен предлагаемый облучатель.
Обозначения: 1 – падающее электромагнитное излучение, 2 - параболическая зеркальная антенна, 3 – круглый волновод, 4 - металлический фланец, 5 – диэлектрическая линза с продолжением 6 внутри волновода, 7 - область повышенной концентрации электромагнитной энергии с поперечными размерами менее дифракционного предела, 8 – чувствительный элемент СВЧ приемника.
Облучатель параболической антенны состоит из круглого волновода 3 с волной H11, металлического фланца 4, который может иметь как плоскую, так и импедансную поверхность, и диэлектрической линзы 5, которая имеет продолжение 6 внутри волновода 3, 8 – чувствительный элемент СВЧ приемника, например, смесительный СВЧ диод.
В данной конструкции используется явление формирования непосредственно у теневой границы раздела диэлектрик - внешняя среда области с повышенной концентрацией электромагнитной энергии, которая характеризуется сильной пространственной локализацией и высокой интенсивностью электромагнитного поля в области фокусировки, при этом достижимо пространственное разрешение ниже дифракционного предела.
В оптическом диапазоне длин волн это явление известно как «фотонная струя». Фотонная струя это область повышенной концентрации электромагнитной энергии, возникающая непосредственно у границы диэлектрической мезомасштабной частицы с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью от λ до 10λ (Minin I.V., Minin О.V. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit \\ Springer, 2016 75p. ISBN: 978 3 319 24251 4; Chen Ζ., Taflove Α., Backman V. Photonic nanojet enhancement of backscattering of light by nanoparticles: a potential novel visiblelight ultramicroscopy technique // Optics Express, 12, №7, pp. 1214-1220, 2004; И.В. Минин, O.B. Минин Квазиоптика: современные тенденции развития - Новосибирск: СГУГиТ, 2015, 163 с.), где λ длина волны излучения в свободном пространстве.
Диэлектрические частицы, формирующие фотонную струю, могут иметь различную форму поверхности, например, сферическую, усеченную сферическую, цилиндрическую, коническую, кубическую и т.д. (Boris S. Luk’yanchuk, Ramón Paniagua-Domínguez, Igor Minin, Oleg Minin, and Zengbo Wang Refractive index less than two: photonic nanojets yesterday, today and tomorrow // Optical Materials Express Vol. 7, Issue 6, pp. 1820-1847 (2017); Z. G. Chen, A. Taflove, and V. Backman. Photonic nanojet enhancement of backscattering of light by nanoparticles: a potential novel visible-light ultramicroscopy technique // Optics Express, vol. 12, pp. 1214-1220, Apr 2004; Igor V. Minin, Oleg V. Minin, and Yuri E. Geints. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: Brief review // Ann. Phys. (Berlin), 1–7 (2015)).
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Электромагнитное излучение 1 освещает параболическую зеркальную антенну 2 и фокусируется ею на диэлектрическую линзу 5. Далее электромагнитное излучение распространяется по диэлектрическому продолжению 6 линзы 5. В результате дифракции и интерференции волн на диэлектрическом продолжении 6 линзы 5, на теневой поверхности диэлектрического продолжения 6 формируется область с повышенной интенсивностью электромагнитного излучения и малыми поперечными размерами 7, в области которой размещается чувствительный элемент СВЧ приемника 8.
Диэлектрическая линза с продолжением в волноводе имеет возможность перемещаться вдоль оси волновода, что позволяет разместить чувствительный элемент СВЧ приёмника в максимуме интенсивности излучения 7.
Протяженность области повышенной концентрации электромагнитной энергии с поперечными размерами менее дифракционного предела зависит от относительного показателя преломления материала диэлектрической линзы и окружающей среды. С увеличением величины относительного показателя преломления протяженность области концентрации электромагнитной энергии уменьшается и может стать менее длины волны излучения.
Известно, что коэффициент преломления структуры составленной из круглых волноводов менее 1 и равняется (Молотков Н.Я., Ломакина О.В., Егоров А.А. Оптика и квазиоптика СВЧ / Тамбов: Изд-во Тамб. Гос. Техн. Ун-та, 2009. – 380 с.):
где должно выполняться условие λ< 3,42а, а - величина сечения круглого волновода.
В результате проведенных исследований было установлено, что локализация поля типа «фотонная струя» у диэлектрического продолжения в форме цилиндра и конуса начинается с величины их диаметров порядка равного длине волны используемого излучения.
Установлено, что при выполнении диэлектрической линзы с продолжением из материала с показателем преломления менее примерно 1,4 и более 2 увеличение сигнала на чувствительном элементе СВЧ приемника не происходит.
Длину продолжения диэлектрической линзы целесообразно выбирать минимальной величины для уменьшения потерь микроволнового излучения в материале линзы и для формирования области повышенной интенсивности излучения на теневой поверхности диэлектрического продолжения она должна быть равна примерно кратной величине длины волны используемого излучения в свободном пространстве.
Такое выполнение облучателя параболической антенны позволяет более эффективно собрать и направить электромагнитное излучение на приемный элемент, уменьшить размеры приемного элемента, уменьшить шум и повысить чувствительность приемного элемента.
Экспериментально установлено, что использование предложенного устройства облучателя повышает сигнал на приемном устройстве на 5-7 дБ.
Вышеупомянутые варианты осуществления изобретения не являются исчерпывающими и приведены только с целью пояснения изобретения и подтверждения его промышленной применимости и специалисты в данной области техники способны создавать альтернативные варианты его осуществления без отрыва от объема приложенной формулы, но в пределах сущности изобретения отраженной в описании.
Claims (1)
- Облучатель параболической антенны, содержащий открытый конец круглого волновода с фланцем и диэлектрической линзой с продолжением внутри волновода, в виде тела вращения, диэлектрическая линза установлена с возможностью ее перемещения вдоль оси, отличающийся тем, что диэлектрическая линза выполнена из материала с показателем преломления, находящимся в диапазоне от 1,4 до 2, длина продолжения диэлектрической линзы равна примерно кратной величине длины волны используемого излучения в свободном пространстве, а расстояние от теневой границы диэлектрической линзы до чувствительного элемента к электромагнитному излучению СВЧ приемника выбирается не более длины волны излучения.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2774640C1 true RU2774640C1 (ru) | 2022-06-21 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2466108A1 (fr) * | 1979-09-21 | 1981-03-27 | Licentia Gmbh | Source primaire cassegrain pour une antenne parabolique |
US4636798A (en) * | 1984-05-29 | 1987-01-13 | Seavey Engineering Associates, Inc. | Microwave lens for beam broadening with antenna feeds |
RU2092941C1 (ru) * | 1988-04-04 | 1997-10-10 | Научно-производственное объединение им.С.А.Лавочкина | Облучатель параболической антенны |
RU174536U1 (ru) * | 2017-03-30 | 2017-10-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Волноводный излучатель |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2466108A1 (fr) * | 1979-09-21 | 1981-03-27 | Licentia Gmbh | Source primaire cassegrain pour une antenne parabolique |
US4636798A (en) * | 1984-05-29 | 1987-01-13 | Seavey Engineering Associates, Inc. | Microwave lens for beam broadening with antenna feeds |
RU2092941C1 (ru) * | 1988-04-04 | 1997-10-10 | Научно-производственное объединение им.С.А.Лавочкина | Облучатель параболической антенны |
RU174536U1 (ru) * | 2017-03-30 | 2017-10-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Волноводный излучатель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5679820B2 (ja) | 複反射鏡アンテナの副反射鏡 | |
US6750827B2 (en) | Dielectric waveguide antenna with improved input wave coupler | |
US6084552A (en) | Omnidirectional radiofrequency antenna with conical reflector | |
JP2015505653A (ja) | 双反射鏡アンテナの副反射鏡 | |
EP0092571A1 (en) | HYBRID AND WIDE BANDWIDTH WAVEGUIDE FEEDING DEVICES. | |
AU2005203129A1 (en) | Parabolic antenna of a level measuring instrument and level measuring instrument with a parabolic antenna | |
US10476166B2 (en) | Dual-reflector microwave antenna | |
US10514496B2 (en) | Improving shaped component for an antenna comprising a sheaf of unclad waveguide beam-makers composed of generalized unclad waveguides and parabolic reflectors | |
US3803616A (en) | Sub-surface radio surface wave launcher | |
JP4107439B2 (ja) | 特に自動車使用のためのレーダーシステム | |
RU2774640C1 (ru) | Облучатель параболической антенны | |
RU2757073C2 (ru) | Подавление боковых лепестков в сферической диэлектрической линзе посредством уменьшения сферической аберрации | |
WO1990013927A1 (en) | Antenna system | |
Vinogradov et al. | Radar cross-section studies of spherical lens reflectors | |
KR100446617B1 (ko) | 안테나 장치 | |
Thakur et al. | Large aperture low aberration aspheric dielectric lens antenna for W-band quasi-optics | |
TWI474556B (zh) | Integrated horn antenna device | |
Dhiflaoui et al. | Numerical analysis of wideband and high directive bowtie THz photoconductive antenna | |
US3611391A (en) | Cassegrain antenna with dielectric guiding structure | |
RU168082U1 (ru) | Интегрированная линзовая антенна | |
Ghamsari et al. | A Confocal Ellipsoidal Reflector System for Millimeter-Wave Applications | |
RU2092941C1 (ru) | Облучатель параболической антенны | |
RU2763864C1 (ru) | Иммерсионная зонная пластинка с субволновым разрешением | |
Xiang et al. | Antenna designs for near field waveguide coupling between 0.6–0.9 THz | |
CN110850499B (zh) | 基于透射型频控波束扫描器件的太赫兹成像系统 |