Результат интеллектуальной деятельности: ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к резонаторно-щелевым антеннам. Может быть использовано в дециметровом диапазоне длин волн в качестве передающей или приемной антенны, в том числе антенны летательного аппарата (ЛА), имеющего участок траектории с пониженным атмосферным давлением.

Известная щелевая антенна (А.с. №1757414 «Щелевая антенна летательного аппарата» авторы Астайкин А.И., Жиганов А.С., Гаврилов Г.Г., Ионова С.П., Помазков А.П., МПК: H01Q 13/10 опубл. 27.11.89), содержащая цилиндрический резонатор (ЦР), дугообразную щель в верхней крышке ЦР, коаксиальный соединитель (КС), расположенный на нижней крышке ЦР на оси симметрии дугообразной щели, противоположной ее середине, проводник, расположенный в полости ЦР параллельно его крышкам, выполненный из радиального и дугообразного отрезков, радиальный отрезок соединен с верхним краем введенной втулки, расположенной на нижней крышке ЦР соосно с КС, дугообразный отрезок проводника расположены симметрично относительно оси дугообразной щели, на нижней крышке ЦР под концом дугообразного отрезка проводника размещен введенный регулировочный винт, центральный проводник КС соединен с верхней крышкой ЦР.

Недостатком данной конструкции является сложность изготовления проводника изогнутой формы, совмещенного с втулкой, невозможность перестройки характеристики согласования антенны в широком диапазоне частот, отсутствие защиты от развития СВЧ-пробоя при работе антенны в условиях пониженного атмосферного давления.

Также известна антенна ЛА (патент RU №2526768 приоритет от 13.08.2013 «Антенна летательного аппарата» авторов Вохмина А.Р., Шрамко С.А., Иванова А.В., Нечайкиной Л.Ю., МПК: H01Q 13/10, опубл. 27.08.2014). Антенна содержит излучатель, согласующее устройство, открытый с одного конца ЦР, частично заполненный диэлектриком, в котором расположен КС, установленный в нижней крышке ЦР, при этом излучатель жестко закреплен на диэлектрике, а центральный проводник КС удлинен внутрь ЦР и соединен с излучателем, выполненным в виде кольца, согласующее устройство выполнен в виде двух шлейфов, первый из которых одним концом соединен с излучателем, а другим - с нижней крышкой ЦР, при этом первый шлейф установлен в диэлектрике параллельно центральному проводнику КС, второй шлейф одним концом соединен с боковой стенкой ЦР, а другим - с участком излучателя, расположенным между точками соединения излучателя с центральным проводником КС и первым шлейфом, дополнительно в нижней крышке ЦР под излучателем в диэлектрике установлен с возможностью осевого перемещения настроечный элемент, при этом диэлектрик выполнен в виде крестообразной подставки, а излучатель установлен таким образом, что оси симметрии излучателя, ЦР и прямая, проходящая через середину указанного участка излучателя параллельно оси симметрии излучателя, расположены в одной плоскости продольного сечения антенны.

Недостатком данной конструкции является необходимость изготовления разных кольцевых излучателей для разных рабочих частот, сложность соединения излучателя с согласующим устройством, невозможность перестройки характеристики согласования антенны в широком диапазоне частот, невозможность использования предложенного способа зашиты от развития СВЧ-пробоя для щелевых антенн при работе в условиях пониженного атмосферного давления.

Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в повышении технологичности изготовления и расширении функциональных возможностей антенны.

Дополнительный технический результат заключается в защите щелевой антенны ЛА от развития СВЧ-пробоя при работе в условиях пониженного атмосферного давления, за счет обеспечения герметичности внутреннего объема антенны.

Данные технические результаты достигаются тем, что в щелевой антенне ЛА, содержащей открытый с одного конца цилиндрический резонатор, частично заполненный диэлектриком, на котором жестко закреплен излучатель, коаксиальный соединитель, первый настроечный элемент, установленный в диэлектрике, новым является то, что излучатель выполнен в виде печатной платы, в металлизированном слое которой выполнена излучающая щель Н-образной формы, дополнительно введены второй настроечный элемент, крышка и возбудитель, выполненный в виде печатной платы, в металлизированном слое которой выполнены полосковые проводники, возбудитель и второй настроечный элемент расположены в диэлектрике, при этом первый и второй настроечные элементы установлены под полосковыми проводниками возбудителя, центральный проводник коаксиального соединителя удлинен внутрь диэлектрика и соединен с полосковыми проводниками возбудителя, дополнительная крышка выполнена из радиопрозрачного материала и закреплена на цилиндрическом резонаторе над излучателем

Все детали щелевой антенны ЛА имеют простую форму, щель Н-образной форы излучателя и полосковые проводники возбудителя выполнены в виде рисунков на печатных платах, все это в совокупности существенно упрощает процесс изготовления и сборки антенны, тем самым повышается технологичность изготовления.

Согласование щелевой антенны ЛА обеспечивается совмещением двух резонансов: от щели Н-образной формы излучателя и полосковых проводников возбудителя. Применение излучателя с щелью Н-образной формы и возбудителя с полосковыми проводниками, выполненными в виде рисунков в металлизированном слое печатных плат, конфигурацию которых можно легко изменять путем подрезания (или напаивания), позволяет обеспечить перестройку согласования антенны в широком диапазоне частот от 850 до 1300 МГц, без замены каких-либо составных деталей, тем самым расширяя функциональные возможности щелевой антенны ЛА. Окончательная настройка характеристики согласования антенны вблизи рабочей частоты осуществляется посредством двух настроечных элементов, смещающих резонанс полосковых проводников возбудителя.

Для обеспечения герметичности внутреннего объема щелевой антенны ЛА и тем самым ее защиты от развития СВЧ-пробоя при работе в условиях пониженного атмосферного давления, ЦР антенны закрыт крышкой из радиопрозрачного воздухонепроницаемого материала, например ФПТ-4, а также предусмотрен герметизирующий элемент между крышкой и ЦР.

Для улучшения согласования щелевой антенны ЛА между КС и возбудителем дополнительно может быть установлено согласующее устройство. При этом центральный проводник КС и центральный проводник согласующего устройства могут быть выполнены зацело, что повышает технологичность изготовления.

На фиг. 1 приведен вариант конструкции щелевой антенны ЛА.

На фиг. 2 приведена характерная характеристика согласования щелевой антенны ЛА (зависимость коэффициента стоячей волны по напряжению от частоты), где КСВн - коэффициент стоячей волны по напряжению, F₀ - рабочая частота.

На фиг. 3 приведены характерные диаграммы направленности щелевой антенны ЛА в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Щелевая антенна ЛА содержит (фиг. 1) открытый с одного конца ЦР 5, частично заполненный диэлектриком 4 и 7, излучатель 16, КС 8, 9, 20, согласующее устройство 5, 8, 9, 20, 21, первый настроечный элемент 1 (второй настроечный элемент на фиг. 1 не показан), возбудитель 15, крышку 18, два герметизирующих элемента в виде резиновых прокладок 10 и 11.

Открытый с одного конца ЦР 5 служит корпусом 5 щелевой антенны ЛА.

Излучатель 16 выполнен в виде печатной платы 16, в металлизированном слое которой выполнена излучающая щель (на фиг. 1 не показано).

Возбудитель 15 выполнен в виде печатной платы 15, в металлизированном слое которой выполнены полосковые проводники (на фиг. 1 не показано).

Платы 15 и 16 выполнены химическим методом на фольгированном фторопласте ФАФ-4Д. Между платами 15 и 16 располагается диэлектрик (вкладыш) 7, между платой 15 и нижней стенкой ЦР 5 располагается диэлектрик (вкладыш) 4. Вкладыши 4 и 7 изготавливаются из фторопласта Ф-4. Для обеспечения надежного электрического контакта платы 16 с корпусом 5 при механических воздействиях используется металлическая контактная пластина 17, обладающая "пружинным" эффектом. Резьбовое кольцо 19 предназначено для стягивания пакета из плат 15, 16 и вкладышей 4, 7.

ВЧ линия антенны образована корпусом 5, втулкой 8, штырями 9 и 13, изоляторами 20-22. Подключение щелевой антенны ЛА осуществляется с помощью КС, образованного штырем 9, втулкой 8 и изолятором 20, и представляющего собой ответную часть (вилку) для розеток типа VI по ГОСТ 20265-83.

Для исключения поворота вкладыша 7. плат 15 и 16 при закручивании кольца 19 предусмотрен винт 6. Для настройки и согласования антенны предусмотрено согласующее устройство, выполненное в виде трансформатора сопротивления, образованного корпусом 5, втулкой 8, штырем 9, изоляторами 20 и 21, а также два настроечных элемента 1 (второй настроечный элемент на фиг. 1 не показан), которые стопорятся гайками 2. Настроечные элементы закрываются заглушками 3. Также используется заглушка 14. Крышка 18 изготавливается из радиопрозрачного воздухонепроницаемого материала и закрепляется на корпусе 5 над печатной платой 16. Крепление крышки 18 осуществляется резьбовым кольцом 12. Для обеспечения герметичности антенны между корпусом 5 и крышкой 18 предусмотрена резиновая прокладка 11. Для обеспечения герметичности ЛА в месте установки антенны между корпусом 5 и корпусом ЛА предусмотрена вторая резиновая прокладка 10.

Щелевая антенна ЛА работает следующим образом.

Перед началом работы производится настройка характеристики согласования щелевой антенны ЛА относительно требуемой рабочей частоты. Далее ВЧ сигнал через подключаемый фидер поступает на КС, проходит согласующее устройство и подводится к полосковым проводникам печатной платы 15. Токи, протекающие по внутренним стенкам ЦР 5 и металлизированному слою печатной платы 16, возбуждают щель Н-образной формы печаткой платы 16. Излучение щели Н-образной формы возбуждает токи на наружной поверхности корпуса ЛА. Токи на наружной поверхности корпуса ЛА возбуждают электромагнитное поле линейной поляризации, излучаемое в окружающее пространство,

Щелевая антенна ЛА имеет ширину полосы согласования по уровню КСВ_н=2,5 не менее ±15 МГц от рабочей частоты (см. фиг. 2). С увеличением рабочей частоты от 850 до 1300 МГц ширина полосы согласования увеличивается. Ширина диаграммы направленности щелевой антенны ЛА в плоскостях векторов Е и Н по уровню -3 дБ составляет не менее ±40°, диаграмма направленности в передней полусфере не имеет провалов (см. фиг. 3). Коэффициент усиления щелевой антенны ЛА в максимуме диаграммы направленности составляет не менее 2 дБ.

Характеристика согласования, коэффициент усиления и диаграммы направленности получены при установке щелевой антенны ЛА на металлический лист с размерами 280×290 мм.

Обеспечение герметичности внутреннего объема щелевой антенны ЛА (при обеспечении герметичности внутреннего объема самого ЛА) исключает развитие СВЧ-пробоя при работе антенны в условиях внешнего пониженного атмосферного давления.