SU1712995A1

SU1712995A1 - Широкополосна турникетна антенна

Info

Publication number: SU1712995A1
Application number: SU4810201A
Authority: SU
Inventors: Галина Михайловна Козлова; Николай Павлович Шарин; Евгений Александрович Успанов; Владимир Анатольевич Миронов; Сергей Васильевич Иванов
Original assignee: Научно-производственное объединение прикладной механики
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1992-02-15

Abstract

Изобретение относитс к антенной технике и может быть использовано в качестве элемента фазированной антенной решетки или самосто тельной антенны с круговой пол ризацией излучени . Широкополосна турникетна антенна содержит две парыполуволновь1х пр молинейных симметричных-вибраторов 1, размещенных взаимно ортогонально в полом резонаторе 2, верхний металлический зкран 3, средний металлический экран 4, металлические стойки 5, симметрирующее устройство 6, металлическую пластину 7, квадратурный мост 8, диэлектрические кронштейны 9, центральный проводник симметрирующего устройства. Введение верхнего 3 и среднего металлического 4 экранов, а также выбор их размеров и взаимного положени позвол ет скомпенсировать взаимное вли ние токов на поверхност х вибраторов и резонатора и уменьшить характеристическое сопротивление антенны, приблизив его к Ч.ИСТО активному, что обеспечивает улучшение- согласовани и повышение КУ в рабочем диапазоне частот. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.СО

Description

Изобретение относитс к антенной технике , предназначено дл приема или излучени электромагнитных волн с вращающейс пол ризацией, и может быть использовано как самосто тельна антенна , так и в качествеизлучател фазированных антенных решеток.

Известна турникетна антенна, содержаща пр молинейные симметричные вибраторы , расположенные над металлическим экраном параллельно последнему.

Известна турникетна антенна, состо ща из двух взаимно ортогональных V-образных вибраторов, запитываемых со сдвигом фаз 90°.

Дл расширени рабочей полосы частот по согласованию в состав антенны дополнительно введены четыре несимметричных

пассивных вибратора, установленных на.рефлекторе .

Известна также турникетна антенна, в которой улучшение коэффициента эллипт тичности и расширение полосы частот по согласованию достигнуто тем, что металлические проводники, размещенные параллельно каждому плечу симметричного вибратора, замкнуты введенными дополнительными проводниками с соответствующими дополнительными вибраторами, расположенными ортогонально им.

Недостатком описанных турникетных антенн вл етс сравнительно низкий коэффициент усилени (КУ) и высокий коэффициент сто чей волны (КСВ).

Наиболее близким по своей конструкции к предлагаемой вл етс широкополосна турникетна антенна, состо ща из

пр молинейных вибраторов, расположенных в полом резонаторе,

Однако така антенна имеет плохое согласование (максимумы КСВ не ниже 2,5, характеристика имеет большую неравномерность в полосе частот).

. Цель изобретени - улучшение согласовани и повышение коэффициента усилени турникетной антенны в широкой полосе частот . :

. Указанна цель достигаетс тем, что в широкополосной турникетной антенне, содержащей две пары полуволновых пр молинейных симметричных вибраторов, размещенных в одной плоскости ортогонально в полом резонаторе и подключенных к квадратурному мосту посредством симметрирующего устройства, полуволновые пр молинейные cиммeтpичныe вибраторы установлены над дном полого резонатора на высоте 0,198 Аи введены средний металлический экран диаметром (0,22-0,26) А, где-А - средн длина волны рабочего диапазона , размещенный на рассто нии (0,039-0,045) А от плоскости расположени полуволновых пр молинейных симметричных вибраторов, под ними, и гальванически св занный с дном полого резонатора, и верхний металлический экран диаметром (0,30 ,324) А , установленный на рассто нии (0,025-0,03) А от плоскости расположени полуволновых пр молинейных симметричных вибраторов, над ними, при этом центральный проводник симметрирующего устройства соединен с противолежащим плечом соответствующего полуволнового пр молинейного симметричного вибратора посредством введенной металлической пластины шириной 0,006 А .

При этом средний металлический экран гал ьванически св зан с дном полого резонатора посредством четырех металлических стоек, расположенных на окружности диаметром 0,144 А под соответствующими .плечами полуволновых пр молинейных симметричных вибраторов.

На фиг. 1 изображена широкополосна турникетна антенна, общий вид; на фиг, 2 -то же, разрез; на фиг.3- место подключени симметрирующего устройства к вибраторам; на фиг. 4 и 5 - электрические характеристики широкополосной турникетной антенны в полосе частот: согласование, коэффициент усилени и коэффициент эллиптичности при оптимальных геометрических параметрах; на фиг. 6 - графики КУ турникетной антенны при трех значени х диаметра верхнего экрана; на фиг. 7 - зависимости КСВ от частоты при трех различных

рассто ни х от плоскости расположени вибраторов до верхнего экрана; на фиг. 8 графики КУ широкополосной турникетной антенны при различном расположении стоексреднего экрана.

Широкополосна турникетна антенна (фиг. 2) содержит два полуволновых пр молинейных симмет-ричных вибратора 1, установленных в полом резонаторе 2,

верхний экран 3, средний экран 4 и четыре металлических стойки 5, систему запитки дл каждого вибратора, состо щую из симметрирующего устройства 6 с соединительной пластиной 7, квадратурный мост 8,

обеспечивающий фазовый сдвиг 90° между вибраторами дл получени пол круговой пол ризации.

Верхний экран 3 установлен на диэлектрических кронштейнах 9, обеспечивающих

механическое крепление и гальваническую изол цию экрана. Экран 4 имеет в центре отверстие такого диаметра, чтобы трубки симметрирующего устройства не имели гальванического контакта с этим экраном.

Запитываютс вибраторы по схеме обычного симметрирующего шлейфа, но с использованием дополнительной металлической пластины 7, соедин ющей центральный проводник 10 с противолежащим плечом

вибратора (фиг. 3).

В процессе экспериментальной отрабртки характеристики согласовани турникетной антенны возможно улучшение согласовани антенны при условии размещени вибраторов, установленных в резонаторе (или, над экраном), между двум металлическими экранами на рассто нии меньшем, чем А /4, от дна резонатора, т.е. рассто нии отличном от обычногоА /4. Дальнейшее улучшение согласовани достигаетс тем, что соединение центрального проводника симметрирующего устройства с противолежащим ему плечом вибратора осуществл етс посредством тонкой металлической пластины, Ширина пластины подбираетс эмпирически по величине значени КСВ антенны. Измерени электрических характеристик показали, что КУ такой антенны выше, чем у известных антенн.

Кроме того, КУ еще более повышаетс при определенном выборе местоположени металлических стоек среднего экрана.

На графиках фиг, 4 и 5 приведены наилучшие электрические характеристики турникетной антенн1з1, полученные при оптимальных геометрических параметрах; рассто ние от плоскости расположени вибраторов 1 до дна полЪго резонатора 2 составл ет 0,198 А ; диаметр экрана 3 равен

0,312 Я ; диаметр экрана 4 - 0,24 А ; экран

3установлен на рассто нии 0,0276 Я, а экран 4 - на рассто нии 0,042 Я от плоскости расположени вибраторов 1; соединительна пластина 7 имеет ширину 0,006 Я ; четыре стойки 5 экрана 4 расположены на диаметре 0,144 Я под соответствующими плечами ви.браторов. Значени KQB широкополосной турникетной антенны не превышают 1,5 в полосе частот 57%, а значение КУ не ниже 9,0 дБ (в максимуме 9,7 дБ).

Улучшение электрических характеристик предлагаемой антенны по сравнению с соответствующими характеристиками известных антенн объ сн етс следующим: сочетание новых элементов антенны при определенных геометрических параметрах позвол ет скомпенсировать паразитное взаимовли ние между токами на поверхности полого резонатора и вибраторов, снижает характеристическое сопротивление антенны, приблизив его к чисто активному, что и приводит к улучшению согласовани . Пов.ышение КУ происходит вследствие улучшени характеристик согласовани антенны , а также за счет дополнительной фокусировки излучаемого пол экранами 3,

4и стойками 5.

Предлагаема широкополосна турникетна антенна содержит полый резонатор размером 0,84 х 0,84 Я , образованный нижним экраном (дном резонатора) и бортиком. Аналогичные электрические характеристики получены при размещении турникетной антенны над плоским экраном размером 2 /Я . Следовательно, использование полого резонатора позвол ет значительно уменьшить габариты широкополосной турникетной антенны, а также снизить величину взаимовли ни между элементами антенной решетки, излучателем в которой служит предлагаема антенна.

Экспериментальные исследовани широкополосной турникетной антенны показали , что изменение геометрических параметров антенны в некоторых пределах относительно-оптимальных приводит к незначительному ухудшению электрических характеристик: снижению КУ на величину не более 0,2-0,5 дБ, ухудшению КСВ до уровн 1,6-1,75. Так, на фиг. 6 приведены экспериментальные зависимости КУ, измеренные при следующих размерах экра1на 3: 0,3 Я (пунктир): 0,312 Я - оптимальный размер диаметра экрана (сплошна лини ): 0,32 (штрихпунктир) при оптимальных.остальных параметрах.

При изменении диаметра экрана 4 от 0,22 до 0,26 Я снижение значений КУ не превышает 0,2 дБ.

На графиках фиг. 7 приведены зависимости КСВ широкополосной турникетноР антенны при следующих рассто ни х от плоскости вибраторов до экрана 3: 0,025Я

(пунктир); 0,0276 Я (сплошна лини ): О,ОС Я (штрихпунктир).

При изменении рассто ни от плоскости вибраторов до экрана 4 в пределах.от 0,039 до 0,045 Я КСВ антенны не хуже 1,6,

При одновременном изменении геометрических параметров в описанных выш€ пределах снижение КУ не превышает 0,5 дБ КСВ не хуже 1,75.

На фиг. 8 приведены некоторые из экспериментальных зависимостей КУ, иллюстрирующих выбор оптимального местоположени металлических стоек сред-ч него экрана: сплошна лини - стойки расположены на диаметре 0,114 Я пo

вибраторами (оптимальный вариант): пунктир - стойки расположены на диаметре 0,114 Я под углом 45° к вибраторам: штрихпунктир-стойки расположены на диаметре 0,096 Я под углом 45° к вибраторам: точечный пунктир - стойки выполнены из диэлектрика . Остальные геометрические параметры при этом оставались оптимальными .

Отсутствие соединительной пластины 7

приводит к ухудшению согласовани антенны до уровн КСВ 1,9-2,5 и, следовательно, к снижению КУ за счет отражени на 0,5-0,8 дБ относительно оптимального.

Изменение геометрических параметро в

в более широких, чем описано выше, пределах приводит к значительному у,худшению электрических характеристик широкополосной турникетной антенны.

Настройка опытной партии широкополосных турникетных антенн показала хорошую повтор емость электрических характеристик от образца к образцу.

Использование широкополосной турникетной антенны в радиолини х позвол ет

снизить паразитные потери сигнала на переотражени от входа антенны за счет лучшего согласовани : более высокий КУ позвол ет повысить мощность радиолинии на 2,3-2,8 дБ или снизить требовани кмощности передающей аппаратуры (чувствительности приемника): при использовании антенны в качестве излучател ФАР уменьшаетс общее количество элементов решетки за счет большей направленности

предлагаемой антенны.

Claims

Формула изобретени 1. Широкополосна турникетна антенна , содержаща две пары полуволновых пр молинейных симметричных вибраторов.

размещенных в одной плоскости ортогонально в полом резонаторе и подключенных к квадратурному мосту посредством симметрирующего устройства, отличающа с тем, что, с целью улучшени согласовани и повышени коэффициента усилени в рабочем диапазоне частот, полуволновые пр молинейные симметричные вибраторы установлены над дном полого резонатора на высоте 0,198Я с, введены средний металлический экран диаметром (0,22 + 0,26) Я с, где Я с - средн длина волны рабочего диапазона , размещенный на рассто нии (0,039-0,045)Я с от плоскости расположени полуволновых пр молинейных симметричных вибраторов, под ними,и гальванически св занный с дном полого резонатора, и верхний металлический экран диаметром

(0,3-0,324) Я с, установленный на рассто нии (0,025-0,03) Я С от плоскости расположени полуволновых пр молинейных симметричных вибраторов, над ними, при

этом центральный проводник симметрирующего устройства соединен с противолежащим плечом соответствующего полуволнового пр молинейного симметричного вибратора посредством введенной металлической пластины шириной 0,006 Я с.
2. Антенна по п. 1, отличающа с тем, что средний металлический экран гальванически св зан с дном полого резонатора посредством четырех металлических стоек,

расположенных на окружности диаметром 0,144 Я с под соответствующими плечами полуволновых пр молинейных симметричных вибраторов.

Фиг.1.

сриг.2

Фиг.З.

КСВ

2.5

1.5

0.861 Г I.I7P, I.33Fi I.SFiI-e i

КУ.дЕ

ФЕТ,4.

гэ

кэ

1.0

0.8

.7

0.77F,

- R9 ЯЗ

0.7

I.ITF-i 1.33 I.5F

I.67F.

ФЕТ.5

50

9.5 9.0 8.5 8.0 7.5

I.ITP I.33F I.5Fi I.GTF

O.TTF

Фиг.6.

2.1

1.9 1.7

1.5 1.3

У

0.77F.

I.I7P I.33F I.SF 1.67 Фиг.7.

§

«

О ю о то ю

о СП CTJ со со IN

is

to

fe

. M

РГ

CO

CO

M

00

FH

О