Способ построения вибраторного излучателя

Изобретение относится к антенной технике, а именно, к способам построения излучателей из состава антенн и антенных решеток для систем радиосвязи и радиолокации.

Известен способ построения вибраторного излучателя [1 - стр. 227-228. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. М: Радиотехника, 2012 - 744 с], при котором устанавливают его длину равной 0,5λ, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона, а высоту - равной 0,25λ. Для симметричного возбуждения плечей вибратора используют четвертьволновую щель, при этом соединение с фидерным трактом осуществляют через коаксиальный разъем.

Недостатками известного способа являются малая полоса рабочих частот, не превышающая 10-15%, а также большая высота профиля, составляющая 0,25λ.

Известен способ построения вибраторного излучателя с расширенным диапазоном [2 - стр. 148. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Н. Антенно-фидерные устройства. М.: Радио и связь. 1989. - 352 с], при котором в вибраторе используют плечи треугольной формы, запитка вибратора осуществляется непосредственным подключением питающего фидера. При этом длина вибратора составляет 0,3λ_МАХ, где λ_МАХ - длина волны нижнего края рабочего диапазона.

Недостатком известного способа является высокий коэффициент стоячей волны (КСВ), достигающий величины 7 при непосредственном подключении фидера к вибратору [3 - с. 335 - Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Энергия. 1975. - 528 с], что делает невозможным его практическое использование.

Известен способ построения микрополосковых излучателей с увеличенной широкополосностью [4 - стр. 131, 132, Панченко Б.А., Нефёдов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь. 1986. - 144 с.], при котором рядом с основным прямоугольным микрополосковым излучателем располагают связанные излучающие элементы в виде металлических полосок, параллельных кромкам основного излучателя.

Недостатком известного способа является его использование только в плоских микрополосковых излучателях прямоугольной формы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ построения вибраторного излучателя с уменьшенными размерами [5 - стр. 117-119, Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. М.: Энергия. 1966 - 648 с], при котором на концах плечей вибратора устанавливают дополнительные сосредоточенные элементы в виде шара, диска или звездочки, подключение к плечам вибратора выполняют через сосредоточенные индуктивности.

Недостатком прототипа является технологически сложный процесс производства излучателя, включающий в себя установку сосредоточенных элементов на концах плечей вибратора и индуктивностей в точке подключения фидера. Для изготовления механически прочного излучателя необходимо изготовление конструктивных элементов, поддерживающих плечи вибратора, а для улучшения согласования с фидером использование симметрирующего устройства, через которое осуществляется запитка плечей вибратора.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение технологичности производства за счет снижения числа конструктивных элементов, из которых состоит вибраторной излучатель.

Для решения указанной технической проблемы предлагается способ построения вибраторного излучателя, при котором на концах плечей вибратора устанавливают дополнительные элементы, а подключение к плечам вибратора выполняют через индуктивности.

Согласно изобретению, выполняют плечи вибратора печатным способом на диэлектрической пластине прямоугольной формы, при этом выполняют дополнительные элементы на концах плечей вибратора в виде полосок металлизации, размещают их с каждой стороны вдоль плечей вибратора и разделяют с ними полосами, свободными от металлизации, располагают диэлектрическую пластину с плечами вибратора в горизонтальной плоскости, электрическое соединение полосок металлизации с плечами вибратора выполняют на краях узких сторон диэлектрической пластины, при этом соединяют эти края диэлектрической пластины с дополнительными диэлектрическими пластинами, которые устанавливают перпендикулярно к ее плоскости таким образом, чтобы участки металлизации на дополнительных диэлектрических пластинах прилегали к краям плечей вибратора, при этом высоту дополнительных диэлектрических пластин выполняют таким образом, чтобы они служили опорой для плечей вибратора, запитку вибратора осуществляют с помощью симметрирующего устройства, выполненного печатным способом на отдельной диэлектрической пластине прямоугольной формы, которую устанавливают вертикально и подсоединяют верхним краем к нижней стороне диэлектрической пластины с плечами вибратора, на нижнем крае диэлектрической пластины с симметрирующим устройством устанавливают разъем, с помощью которого выполняют подключение к питающему фидеру, подключение симметрирующего устройства к плечам вибратора выполняют через печатные полосковые индуктивности.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение вибрационной прочности конструкции вибраторного излучателя.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:

- в прототипе используются сосредоточенные дополнительные элементы и индуктивности, что требует применения отдельной операции их пайки при производстве излучателя, в предлагаемом способе дополнительные элементы и индуктивности выполняются печатным способом в едином технологическом цикле с остальными углами, что снижает число конструктивных элементов, из которых состоит вибраторный излучатель;

- в прототипе отсутствуют конструктивные элементы, которые фиксируют плечи вибратора при эксплуатации, в предлагаемом способе плечи вибратора соединены с вертикально установленными диэлектрическими пластинами, высоту которых выполняют таким образом, чтобы они служили опорой для плечей вибратора при его использовании.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения активной фазированной антенной решетки из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На чертеже приведена конструкция вибраторного излучателя, построенного по предложенному способу.

При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:

- выполняют плечи вибратора печатным способом на диэлектрической пластине прямоугольной формы, при этом выполняют дополнительные элементы на концах плечей вибратора в виде полосок металлизации, размещают их с каждой стороны вдоль плечей вибратора и разделяют с ними полосами, свободными от металлизации - 1;

- располагают диэлектрическую пластину с плечами вибратора в горизонтальной плоскости - 2;

- электрическое соединение полосок металлизации с плечами вибратора выполняют на краях узких сторон диэлектрической пластины - 3;

- соединяют эти края диэлектрической пластины с дополнительными диэлектрическими пластинами, которые устанавливают перпендикулярно к ее плоскости таким образом, чтобы участки металлизации на дополнительных диэлектрических пластинах прилегали к краям плечей вибратора - 4;

- высоту дополнительных диэлектрических пластин выполняют таким образом, чтобы они служили опорой для плечей вибратора - 5;

- запитку вибратора осуществляют с помощью симметрирующего устройства, выполненного печатным способом на отдельной диэлектрической пластине прямоугольной формы, которую устанавливают вертикально и подсоединяют верхним краем к нижней стороне диэлектрической пластины с плечами вибратора, на нижнем крае диэлектрической пластины с симметрирующим устройством устанавливают разъем, с помощью которого выполняют подключение к питающему фидеру, подключение симметрирующего устройства к плечам вибратора выполняют через печатные полосковые индуктивности - 6.

Конструкция вибраторного излучателя, построенного по предложенному способу, например, включает в себя (фиг) диэлектрическую пластину 1 прямоугольной формы, расположенную в горизонтальной плоскости, на которой печатным способом выполнены плечи вибратора 2, при этом дополнительные элементы на концах плечей вибратора в виде полосок металлизации 3, расположены с каждой стороны вдоль плечей вибратора 2 и разделены с ними полосами 4, свободными от металлизации.

Электрическое соединение полосок металлизации 3 с плечами вибратора 2 выполняют на краях узких сторон диэлектрической пластины 1. Эти края диэлектрической пластины 1 соединены с дополнительными диэлектрическими пластинами 5, установленными перпендикулярно ее плоскости. Участки металлизации 6 прилегают к краям плечей вибратора 2.

Высоту дополнительных диэлектрических пластин 5 выполняют таким образом, чтобы они служили опорой для плечей вибратора 2.

Запитку вибратора осуществляют с помощью симметрирующего устройства 7, выполненное печатным способом на отдельной диэлектрической пластине 8 прямоугольной формы, которую устанавливают вертикально и подсоединяют верхним краем к нижней стороне диэлектрической пластины 1. На нижнем крае диэлектрической пластины 8 расположен разъем 9, с помощью которого выполняется подключение к питающему фидеру (на чертеже не показан). Подключение симметрирующего устройства 7 к плечам вибратора 2 выполняют через печатные полосковые индуктивности (на чертеже не показаны).

Вибраторный излучатель на чертеже работает следующим способом. В режиме передачи излучаемый радиосигнал поступает на разъем 9 и через симметрирующее устройство 7 поступает на плечи вибратора 2, которые излучают радиосигнал в пространство.

В режиме приема принимаемый сигнал возбуждает на плечах вибратора 2 ток, который через симметрирующее устройство 7 поступает на разъем 9 и далее передается через фидер (на чертеже не показан) потребителю.

Диэлектрические пластины 5 прикреплены к узким сторонам диэлектрической пластины 1 и обеспечивают фиксацию плечей вибратора 2 в пространстве. Участки металлизации 6 обеспечивают удлинение электрической длины плечей вибратора 2.

Выполненный по предлагаемому способу вибраторный излучатель имеет сниженную высоту профиля 0,152λ, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона, длина вибратора составляет 0,48λ. Вибраторный излучатель обеспечивает работу в полосе с перекрытием не менее 1,55 по уровню КСВ≤2,25.

Применение предлагаемого способа обеспечивает:

- изготовление всех узлов вибраторного излучателя печатным способом в едином технологическом цикле, в то время как в прототипе используются сосредоточенные дополнительные элементы и индуктивности, что требует применения отдельной операции их пайки при производстве;

- механическую прочность конструкции вибраторного излучателя, т.к. диэлектрические пластины 5 фиксируют диэлектрическую пластину 1 и плечи вибратора 2 в пространстве, в то время как в прототипе отсутствует фиксация плечей вибратора.

Работоспособность предлагаемого способа была проверена на макете вибраторного излучателя (см. чертеж). Испытания показали совпадение полученных характеристик с расчетными.