ВСЕНАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться в системах радиосвязи, радионавигации на подвижных объектах, в системах измерения напряженности поля и потоков мощности.

Известны всенаправленные антенны излучения, содержащие фидер в виде круглого волновода, возбудитель в виде раскрыва круглого волновода и биконический рупор (см.1. М.С. Жук, Ю.Б. Молочков. Проектирование антенно-фидерных устройств. М., Л., Энергия, 1966, с.525-528). Если в круглом волноводе распространяется волна Е₀₁, то поле излучения возбудителя наводит на поверхности рупора систему радиальных токов, обуславливающих распространение ТЕМ волны в коническом рупоре. Антенна в этом случае формирует всенаправленное излучение линейной поляризации с вектором Е в максимуме, параллельным оси рупора. Если в фидере будет распространяться волна H₀₁, то система наводимых токов на поверхности рупора будет кольцевой (ортогональной предыдущей системе) и в рупоре будет распространяться волна H₀₁. Антенна в этом случае будет формировать всенаправленное излучение линейной поляризации с вектором Е в максимуме, перпендикулярным оси рупора. Для формирования всенаправленного излучения эллиптической поляризации поле возбудителя должно одновременно наводить две системы ортогональных токов на поверхности рупора (радиальных и кольцевых) с разностью фаз между ними.

В описанных антеннах возбудитель не позволяет сформировать эллиптически поляризованное поле излучения.

Известна также всенаправленная антенна излучения, содержащая коаксиальный фидер, возбудитель и конический рупор (см.2. Р. Кюн. Микроволновые антенны. Л., Судостроение, 1967, с.257-258). Коаксиальный фидер этой антенны размещен внутри одного плеча конического рупора, проходит через металлизированное сечение его начального участка по оси и имеет соединение внешнего проводника с этим сечением. Возбуждение ТЕМ волны в биконическом рупоре осуществляется линейным током проводника, соединяющим центральный проводник фидера с центром металлизированного сечения начального участка противоположного плеча рупора. Возбуждение Н₀₁ волны в биконическом рупоре осуществляется с помощью плоского кольцевого тока рамки, размещенной в зазоре рупора так, что ее плоскость перпендикулярна оси рупора, а ее концы соединены с внешним и центральным проводниками коаксиального фидера.

В данной антенне также не обеспечивается используемым возбудителем одновременное наведение двух ортогональных систем токов на поверхности биконического рупора для того, чтобы антенна сформировала всенаправленное излучение эллиптической поляризации.

Известна широкополосная всенаправленная антенна излучения с изменяемой поляризацией, содержащая возбудитель ТЕМ-волны, диск и конус, образующие усеченный конический раскрыв и сменный многослойный поляризатор (см.3. Патент РФ на изобретение №2371820, кл. H01Q 13/04, опубл. 21.12.2009).

Антенна обеспечивает работу на любой линейной поляризации без изменения конструкции, за счет сменных поляризаторов, однако она не имеет рабочего режима с эллиптической поляризацией.

В качестве прототипа выбрана антенна (см.2.)

Техническим результатом предлагаемого технического решения является обеспечение во всенаправленной антенне излучения поля эллиптической поляризации.

Достижение технического результата обеспечивается во всенаправленной антенне излучения, содержащей связанные между собой, по меньшей мере, один конический рупор, фидер и возбудитель, отличающейся тем, что она содержит второй конический рупор, причем первый и второй конусы рупоров обращены друг к другу вершинами и образуют конический раскрыв, возбудитель выполнен в виде однозаходной цилиндрической спирали с длиной ветви l<<λ, углом намотки α диаметром d, удовлетворяющих условию tan α=πd/2λ, при этом спираль размещена в зазоре между конусами так, что оси спирали и конусов совпадают, а заход спирали соединен с центральным проводником коаксиального фидера.

Достижение технического результата указанными выше отличиями можно пояснить следующим образом. Электрический ток в возбудителе в виде однозаходной цилиндрической спирали с длиной ветви l<<λ, углом намотки α диаметром d, удовлетворяющих условию tan α=πd/2λ, создает поле эллиптической поляризации, возбуждающее ТЕМ и Н01 волны в биконическом рупоре, образованном двумя конусами. Излучение этих волн через конический раскрыв обеспечивает работу всенаправленной антенны с эллиптической поляризацией.

На чертеже приведена конструкция предлагаемой всенаправленной антенны излучения.

Всенаправленная антенна, содержит два конических рупора 1, обращенных друг к другу вершинами и образующих конический раскрыв 2, фидер 3 и возбудитель 4, выполненный в виде однозаходной цилиндрической спирали с длиной ветви l<<λ, углом намотки α и диаметром d, удовлетворяющих условию tan α=πd/2λ, при этом спираль 4 размещена в зазоре между конусами рупоров 1 так, что оси спирали 4 и конусов 1 совпадают, а заход спирали 4 соединен с центральным проводником коаксиального фидера 3.

Всенаправленная антенна эллиптической поляризации работает следующим образом. Под действием волны, распространяющей в коаксиальном фидере 3, в спирали 4 возникает ток, распределение которого при длине l<<λ можно представить в виде суперпозиции линейных и плоских кольцевых токов [1]. Линейные токи возбуждают волну ТЕМ, а кольцевые токи - волну Н01, одновременно распространяющихся вдоль конусов 1. Известно, что при условии tan α=πd/2λ поле излучения спирали в направлении, перпендикулярном оси спирали, имеет круговую поляризацию [1], обеспечивая разность фаз, излучаемых через конический раскрыв 2 возбужденных ТЕМ и Н01 волн, приблизительно π/2 и эллиптическую поляризацию поля излучения антенны.

Рассмотрим пример выполнения предлагаемой всенаправленной антенны излучения.

Антенна может быть изготовлена на базе известного биконического рупора, выполняемого из металлических конических поверхностей с углом при вершине 105 градусов и длиной образующей 2 L. Зазор между плечами биконического рупора выполняется сечениями конических поверхностей, перпендикулярными осям конусов. Диаметр сечений определяется диаметром внешнего проводника коаксиального фидера. Сечение одного плеча металлизируется, а через другое проходит центральный проводник фидера, проложенного внутри этого плеча по его оси и имеющего электрическую связь внешнего проводника с поверхностью плеча по периметру сечения. Центральный проводник фидера в зазоре образует спираль с параметрами, определенными формулой изобретения.