Результат интеллектуальной деятельности: СИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР УКВ

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для построения фазированных антенных решеток из состава антенно-фидерных устройств систем радиосвязи или радиолокационных устройств.

Известен симметричный вибраторный излучатель, имеющий тонкие цилиндрические плечи с диаметром d, закрепленные на симметрирующем устройстве под прямым углом, при этом d<<λ₀, где λ₀ - длина волны, соответствующая центральной частоте рабочего диапазона частот [1 - Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток. Под ред. Д.И.Воскресенского. М.: Радиотехника, 2003, рис.2.6.1а].

Недостатком этого излучателя является недостаточная ширина диаграммы направленности (ДН) [1 - стр.222].

Наиболее близкой по сущности к изобретению является симметричный вибратор [1 - рис.2.6.16], взятый за прототип, плечи которого выполнены из плоских пластин и крепятся под прямым углом к внешним проводникам симметрирующего устройства, выполненного в виде трехпроводной плоской воздушной линии передачи высотой λ/4 и шириной, равной ширине плеч вибатора, нижние концы внешних проводников симметрирующего устройства закреплены на плоском проводящем экране, верхняя часть центрального плоского проводника симметрирующего устройства соединена с одним из плеч вибратора, а нижняя его часть имеет экспоненциальный переход для соединения с центральным проводником коаксиальной линии передачи, оплетка которого соединена с проводящим экраном, боковые края плеч вибратора загнуты по направлению к экрану, а боковые края внешних проводников симметрирующего устройства загнуты наружу.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- недостаточная ширина ДН, что не обеспечивает построение на его основе антенных решеток с широкоугольным сканированием луча ДН. Так, конструкция прототипа обеспечивает по уровню -3 дБ ширину ДН не более 80° [2 - Лифшиц М.Ю. Антенны. М.: Вузовская книга. 2009, стр.37], поэтому использование прототипа в антенной решетке обеспечит углы сканирования антенной решетки не более ±40°. Однако для современных антенных решеток этого недостаточно, требуются углы сканирования не менее ±45°. Для реализации такой антенной решетки ширина ДН вибратора должна быть не менее 90°;

- невозможность использования прототипа в диапазоне ультракоротких волн (УКВ) в условиях воздействия вибрации. В прототипе верхние части плеч вибратора не соединены между собой, поскольку в этом диапазоне длина плеча и симметрирующего устройства находится, в зависимости от рабочих частот, в пределах 100-200 мм, очевидно, что конструкция прототипа не обеспечивает вибропрочность;

в прототипе отсутствует возможность оперативной установки вибратора - прототип закреплен на проводящем экране неразъемно, а сигнал подается через соединенный пайкой коаксиальный кабель.

Еще один недостаток прототипа был выявлен в [3 - Мейлукс Р. Дж. Теория и техника фазированных антенных решеток - ТИИЭР, 1982, т.7, №3, с.5…62], когда при моделировании бесконечной фазированной антенной решетки, на основе прямых вибраторов, аналогичных прототипу, установленных параллельно плоскому экрану, был обнаружен эффект ослепления.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение ширины диаграммы направленности, обеспечение вибропрочности и оперативности установки вибратора.

Для достижения указанной цели предлагается симметричный вибратор УКВ, предназначенный для установки на плоском металлическом экране, в котором плечи выполнены из плоских пластин, прикрепленных к внешним проводникам симметрирующего устройства, выполненного в виде трехпроводной плоской воздушной линии передачи, внешние проводники которой имеют такую же ширину, как плечи вибратора, верхняя часть центрального проводника симметрирующего устройства соединена с одним из плеч вибратора, а нижняя его часть является входом вибратора и имеет сужающийся переход для подключения к внешней линии передачи сигнала, при этом боковые края плеч вибратора загнуты под прямым углом по направлению к экрану.

Согласно изобретению крепление плеч вибратора к симметрирующему устройству выполнено с наклоном 44,5-45,5° в направлении экрана, боковые поверхности плеч вибратора дополнительно соединены с внешними проводниками симметрирующего устройства стенками треугольной формы, боковые края внешних проводников симметрирующего устройства загнуты под прямым углом внутрь, верхние части плеч вибратора соединены между собой с помощью диэлектрической пластины, нижняя часть левого внешнего проводника симметрирующего устройства согнута под прямым углом влево для формирования левой части фланца крепления к экрану, а нижняя часть правого внешнего проводника симметрирующего устройства согнута под прямым углом вправо для формирования правой части фланца крепления вибратора к экрану, в каждой части фланца выполнены отверстия крепления к экрану, высота симметричного вибратора равна 0,26-0,27 λ₀, длина плеч вибратора - 0,21-0,22 λ₀, где λ₀ - длина волны в свободном пространстве, соответствующая центральной частоте рабочего диапазона частот.

Проведенный сравнительный анализ заявленного устройства и прототипа показывает, что заявленное устройство отличается тем, что:

- изменен угол крепления плеч вибратора с прямого угла на 45°,

- прототип имеет загнутые кнаружи боковые поверхности внешних проводников симметрирующего устройства, в отличие от этого в предлагаемом устройстве изменено направление сгиба, боковые поверхностей внешних проводников симметрирующего устройства загнуты внутрь под прямым углом,

- боковые поверхности плеч вибратора в предлагаемом устройстве соединены с внешними проводниками симметрирующего устройства треугольными стенками;

- прототип имеет неразъемное соединение с экраном, в отличие от этого в заявляемом устройстве нижняя правая и левая части внешних проводников симметрирующего устройства согнуты под прямым углом вправо и влево соответственно для формирования правой и левой части соединительного фланца;

- в прототипе верхние части плеч вибратора не соединены между собой, в отличие от этого в предлагаемом устройстве верхние части плеч вибратора соединены между собой с помощью диэлектрической пластины.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого симметричного вибратора из литературы неизвестно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 приведен внешний вид симметричного вибратора УКВ.

На фиг.2 приведена расчетная ДН в E-плоскости.

На фиг.3 приведена расчетная ДН в H-плоскости.

На фиг.4 приведена схема установки симметричного вибратора УКВ на плоский металлический экран.

Симметричный вибратор УКВ (фиг.1) состоит из левого 1 плеча и правого 2 плеча, симметрирующего устройства, выполненного в виде трехпроводной плоской воздушной линии передачи, содержащей левый 3, правый 4 внешние проводники и центральный проводник 5. Верхняя часть центрального проводника 5 симметрирующего устройства соединена с левым плечом 1. Плечи 1 и 2 для повышения вибропрочности соединены с внешними проводниками симметрирующего устройства 3 и 4 треугольными стенками 6 и 7, по две стенки с каждой стороны плеч 1 и 2.

Нижние части левого 3 и правого 4 внешних проводников согнуты под прямым углом соответственно влево и вправо, что обеспечивает формирование левой 8 и правой 9 частей фланца для крепления вибратора к проводящему экрану, в каждой части фланца выполнены отверстия 14 для крепления вибратора к экрану.

Верхние части левого 1 и правого 2 плеч соединены между собой диэлектрической пластиной 10 из фторопласта. Крепление пластины 10 выполнено шестью винтами 12 и планкой 11. Крепление пластины 10 позволяет выполнять регулировку расстояния между плечами 1 и 2 (путем отпускания винтов 12 планки 11, сдвигания или раздвигания плеч 1 и 2 и закрепления планки 11 затяжкой винтов 12.

Боковые края левого 1 и правого 2 плеч для повышения механической прочности загнуты под прямым углом в направлении экрана, а боковые края внешних проводников 3 и 4 симметрирующего устройства загнуты под прямым углом внутрь для уменьшения кроссполяризационного излучения. Нижний конец центрального проводника 5 симметрирующего устройства имеет сужающийся переход для подключения с помощью пайки к внешней линии передачи сигнала (не показана).

В левом 1 и правом 2 плечах выполнены по четыре отверстия 13 с целью снижения веса симметричного вибратора.

Высота симметричного вибратора равна 0,26-0,27 λ₀, длина плеч вибратора - 0,21-0,22 λ₀.

Симметричный вибратор выполнен из дюралюминиевого листа, соединение боковых стенок 6 и 7 с внешними проводниками 3 и 4 симметрирующего устройства и с плечами 1 и 2 выполнено сваркой. Верхняя часть центрального проводника 5 симметрирующего устройства соединена с левым плечом 1 с помощью винтов. Использование в конструкции гнутого листа и соединения плеч 1 и 2 с помощью диэлектрической пластины 10 обеспечивает жесткость и вибропрочность вибратора.

Расчетная ширина ДН в Е-плоскости составляет 92° (фиг.2), а в Н-плоскости - 106° (фиг.3). Таким образом, предлагаемый полуволновой вибратор УКВ имеет ширину ДН, превышающую ширину ДН прототипа, поэтому он может быть использован для построения антенных решеток с широкоугольным сканированием луча ДН.

Для установки предлагаемого вибратора на плоский металлический экран 15 используются заклепки или винты 16, соединяющие левую и правую части фланца вибратора с экраном (фиг.4). Между внешними проводниками 3 и 4 симметрирующего устройства в металлической поверхности 15 должно быть выполнено отверстие 17 для того, чтобы центральный проводник 5 симметрирующего устройства мог быть соединен с внешней линией передачи сигнала (не показана). Наличие у вибратора фланца с отверстиями обеспечивает оперативность установки вибратора на экран.

Для измерения параметров предлагаемого устройства был изготовлен макет, его экспериментально измеренные характеристики подтверждают расчетные данные.