20.06.2013
216.012.4e5d

ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной сверхширокополосной антенны, либо в качестве базового элемента антенной решетки. Технической результат - повышение идентичности ширины диаграммы направленности (ШДН) в ортогональных плоскостях и снижение уровня бокового излучения. Новым является то, что крайние логарифмически-периодические структуры 1, 2 расположены под углом α=45°, а на расстоянии I=0,15λ от вибраторов наибольшей длины крайних логарифмически-периодических структур 1, 2 расположен экран 5 из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λ× λ, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λ, расположенными симметрично оси квадрата, где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона. Предложенное техническое решение позволяет при использовании логарифмически-периодической антенны в качестве сверхширокополосного облучателя осесимметричных зеркальных антенн обеспечить их эффективное облучение и тем самым повысить энергетический потенциал приемной системы. 3 ил.
Основные результаты: Логопериодическая антенна, состоящая из расположенных под углом плоских структур, стандартного коаксиального кабеля, к внутренней жиле которого присоединены две логарифмически-периодические структуры, расположенные симметрично относительно центральной структуры, соединенной с внешней оболочкой коаксиального кабеля, отличающаяся тем, что крайние логарифмически-периодические структуры расположены под углом α=45°, а на расстоянии I=0,15λ от вибраторов наибольшей длины крайних логарифмически-периодических структур расположен экран из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λ × λ, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λ, расположенными симметрично оси квадрата, где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной сверхширокополосной антенны либо в качестве базового элемента антенной решетки.

Известна логопериодическая антенна («Сверхширокополосные антенны» под ред. Л.С.Бененсона. М.: Мир, 1964, с.371), используемая в качестве сверхширокополосного облучателя зеркальных антенн, содержащая две идентичные логопериодические трапецеидальные структуры, расположенные под углом ψ друг к другу с вершинами в общей точке.

Логопериодическая структура представляет собой решетку подобных элементов, расположенных на общей оси, размеры которых и расстояние между ними изменяется по закону геометрической прогрессии с коэффициентом подобия τ<1. Если первый элемент решетки резонирует на частоте fn, то последующие элементы будут резонировать на частоте fnnf1 (n - номер элемента), при этом свойства антенны изменяются периодично с логарифмом частоты, повторяясь на частотах, отличающихся в 8 раз. Если изменение параметров антенны в пределах одного частотного периода (от fk до τfk) допустимо, то антенна будет практически сверхширокополосной.

Существенным недостатком таких логопериодических антенн является неидентичность ширины диаграммы направленности (ШДН) в ортогональных плоскостях и значительный уровень бокового излучения (до 10 дБ).

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранная в качестве прототипа направленная антенна с логарифмической периодичностью (а.с. СССР №148116, кл. 21а4, 3514, Бюл. №12 за 1962 г.), состоящая из расположенных под углом плоских структур, где с целью уменьшения уровня паразитной поляризации в главном направлении и улучшения согласования со стандартным коаксиальным кабелем к внутренней жиле кабеля присоединены две логарифмически-периодические структуры, расположенные симметрично относительно центральной структуры, соединенной с внешней оболочкой кабеля.

Существенным недостатком этой направленной антенны с логарифмической периодичностью являются неидентичность ШДН в ортогональных плоскостях (Е и Н). В плоскости Е ШДН остается практически неизменной и относительно узкой (по уровню минус 10 дБ составляет порядка 90-100°). В результате чего по возможным значениям ШДН в плоскости Н такие логопериодические антенны могут эффективно использоваться как сверхширокополосные излучатели в зеркальных антеннах с соотношением f/D от 0,2 до 0,8 (f - фокусное расстояние, D - диаметр зеркала), а в плоскости Е в зеркальных антеннах с соотношением f/D от 0,45 до 0,65, а уровень бокового излучения составляет 10 дБ. Следовательно, неидентичность ШДН в ортогональных плоскостях и, прежде всего, обуженность ШДН в плоскости Е ограничивает возможность применения таких антенн в качестве облучателей зеркальных антенн с большим соотношением f/D.

Технической задачей изобретения является повышение идентичности ШДН в ортогональных плоскостях и снижение уровня бокового излучения.

Задача достигается тем, что в известной антенне, состоящей из расположенных под углом плоских структур, стандартного коаксиального кабеля, к внутренней жиле которого присоединены две логарифмически-периодические структуры, расположенные симметрично относительно центральной структуры, соединенной с внешней оболочкой коаксиального кабеля, согласно изобретению крайние логарифмически-периодические структуры расположены под углом α=45°, а на расстоянии l=0,15λмакс от вибраторов наибольшей длины крайних логарифмически-периодических структур расположен экран из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λмакс × λмакс, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λмакс, расположенными симметрично оси квадрата, где λмакс- максимальная длина волны рабочего диапазона.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенная логопериодическая антенна отличается наличием нового элемента - экрана из диэлектрического материала с ε=6, в форме квадрата с размерами сторон λмакс × λмакс, перфорированного двадцатью отверстиями диаметром 0,07λмакс расположенными симметрично оси квадрата, расположенного на расстоянии l=0,15λмакс от вибраторов наибольшей длины крайних структур, а крайние структуры расположены под углом α=45°.

Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения «новизна».

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что введенные элементы известны, однако введение их в логопериодическую антенну указанным образом и с указанными связями, а также расположение крайних структур под углом α=45° позволяет обеспечить ей такое сложение полей в дальней зоне от логопериодических структур, при котором ШДН в плоскости H обужается, а в плоскости Е расширяется. В результате чего обеспечивается выравнивание ширины диаграммы направленности логарифмически-периодической антенны в ортогональных плоскостях и снижается уровень бокового излучения.

Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является «промышленно применимым», так как оно может быть использовано в различных областях радиосвязи.

На фиг.1 приведен общий вид логарифмически-периодической антенны.

На фиг.2 приведены графики зависимости ширины диаграммы направленности (2Θ°) по уровню минус 10 дБ в зависимости от частоты в плоскостях Е и Н для прототипа и предлагаемой логарифмически-периодической антенны.

На фиг.3 приведен внешний вид макета логарифмически-периодической антенны.

Фиг.1: 1, 2 - крайние логарифмически-периодические структуры, 3 - центральная логарифмически-периодическая структура, 4 - коаксиальный кабель, 5 - экран из диэлектрического материала.

Логопериодическая антенна (фиг.1) выполнена в виде H-плоскостной решетки, состоящей из трех логарифмически-периодических структур 1, 2, 3, расположенных вершинами в общей точке О. Крайние логарифмически-периодические структуры 1, 2 расположены под углом α=45° друг к другу, a центральная логарифмически-периодическая структура 3 расположена вдоль биссектрисы угла α=45°. Запитывается антенна коаксиальным кабелем 4, проложенным вдоль центральной логарифмически-периодической структуры 3, внешняя оплетка которого соединена с ее вершиной, а центральная жила - с вершинами логарифмически-периодических структур 1, 2. На расстоянии l=0,15λмакс от вибраторов наибольшей длины логарифмически-периодических структур 1, 2 расположен экран 5 из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λмакс × λмакс, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λмакс, расположенными симметрично оси квадрата, где λмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона.

Логопериодическая антенна работает следующим образом.

Питающее напряжение (фиг.1) по коаксиальному кабелю 4 подводится к вершинам логарифмически-периодических структур 1, 2, 3 и возбуждает их. В результате происходит излучение ими электромагнитных волн в положительном направлении оси Z. Однако вследствие неидентичности элементов распределение фаз структуры будет таким, что будет осуществляться излучение электромагнитных волн в направлении больших вибраторов, что приведет к появлению бокового излучения. Для уменьшения уровня бокового излучения на расстоянии l=0,15λмакс от вибраторов наибольшей длины крайних структур 1, 2 расположен экран 5 из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λмакс × λмакс, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λмакс, расположенными симметрично оси квадрата, где λмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона. Это позволяет частично понизить электромагнитное излучение от больших вибраторов и рассеять его вдоль экрана, что приведет к ослаблению его влияния на ДН антенны и снизит уровень бокового излучения.

Излученные логарифмически-периодическими структурами электромагнитные поля, складываясь в дальней зоне, формируют суммарное поле с определенным угловым распределением амплитуды, т.е. определенной диаграммной направленности (ДН). При этом механизм формирования ДН в плоскостях Е (плоскость YZ) и Н (плоскость XZ) различный и определяется преимущественно проекцией логарифмически-периодической антенны на эти плоскости и распределением поля в раскрыве. Проекция логарифмически-периодической антенны на горизонтальную плоскость (плоскость Н) представляет собой трехэлементную решетку продольно-излучающих логарифмически-периодических структур, расположенных радиально вершинами в общей точке. ДН такой решетки описывается известным выражением [1], которое применительно к обозначениям фиг.1 и имеет вид

где f(φ- δn) - диаграмма направленности элемента;

An - напряжение в точке возбуждения n-го элемента;

γn - относительная фаза поля, излучаемого n-м элементом;

β=2π/λ - волновое число;

d - расстояние от вершины (точки О) до фазового центра элемента.

Анализ рассчитанных согласно выражению (1) ДН показал, что в плоскости Н предложенная логопериодическая антенна обладает более узкой ДН по сравнению с ДН логарифмически-периодической антенны-прототипа, что подтверждается и практическими результатами, приведенными на фиг.2.

Проекция логарифмически-периодической антенны на вертикальную плоскость YZ (фиг.1) представляет собой плоскую продольно-излучающую антенну, которую можно рассматривать как антенную решетку, состоящую из двух плоских логопериодических антенн, имеющих общий раскрыв. Одна из них образована проекциями на плоскость YZ логарифмически-периодических структур 1 и 3, а вторая - логарифмически-периодических структур 2 и 3. Распределение поля в такой антенной решетке согласно принципу линейной суперпозиции представляет собой сумму функций распределения поля в двух совпадающих однородных раскрывах с изменением фазы вида E(U)=ехр[j(πU/2а)] в одном раскрыве и с изменением фазы вида E(U)=exp[-j(πU/2a)] - в другом, которая равна EΣ(U)=cos(πU/2a). Следовательно, можно полагать, что рассматриваемая логопериодическая антенна обладает в плоскости Е распределением поля по закону косинуса, которое, как известно, ведет к расширению ДН по нулям в полтора раза по сравнению с равномерным распределением поля, присущим логарифмической антенне-прототипу.

Таким образом, предложенное техническое решение ведет к сужению ДН логарифмической антенны в плоскости Н и расширению - в плоскости Е, повышая тем самым их идентичность, и снижает уровень бокового излучения.

Экспериментальные исследования качественно подтвердили теоретические предпосылки. Измеренные значения ШДН по уровню минус 10 дБ в плоскости Е и Н действующей модели (фиг.3) предложенной логарифмической антенны и аналогичные характеристики логарифмической антенны-прототипа приведены на фиг.2. Уровень бокового излучения снизился до 20 дБ. При этом обе антенны имеют одинаковые геометрические параметры логарифмически-периодических структур.

Сравнительный анализ приведенных характеристик свидетельствует о том, что предложенное техническое решение ведет к повышению идентичности ШДН в ортогональных плоскостях и снижению уровня бокового излучения, что является необходимым для расширения границы применимости таких логопериодических антенн в качестве облучателя зеркальных антенн с малыми значениями соотношения f/D.

Логарифмически-периодические структуры изготовлены из листа ДПРХМ 1,0 НД Л63 ГОСТ 931-90, экран изготовлен из текстолита ПТК-2,0 сорт 1 ГОСТ 5-78, коаксиальный кабель РК50-2-25-С.

Предложенное техническое решение позволяет при использовании логарифмически-периодической антенны в качестве сверхширокополосного облучателя осесимметричных зеркальных антенн обеспечить их эффективное облучение и тем самым повысить энергетический потенциал приемной системы.

Логопериодическая антенна, состоящая из расположенных под углом плоских структур, стандартного коаксиального кабеля, к внутренней жиле которого присоединены две логарифмически-периодические структуры, расположенные симметрично относительно центральной структуры, соединенной с внешней оболочкой коаксиального кабеля, отличающаяся тем, что крайние логарифмически-периодические структуры расположены под углом α=45°, а на расстоянии I=0,15λ от вибраторов наибольшей длины крайних логарифмически-периодических структур расположен экран из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λ × λ, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λ, расположенными симметрично оси квадрата, где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона.
ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА
ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА
ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 584.
10.02.2013
№216.012.2338

Приборная панель космического аппарата

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для космических конструкций, например, каркасов приборных панелей. Приборная панель космического аппарата содержит несущие верхнее и нижнее основания, между которыми установлен заполнитель в виде сот, и закладные элементы....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474518
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.27bf

Кассетный боеприпас

Изобретение относится к военной технике, а более конкретно к кассетным боеприпасам. Кассетный боеприпас содержит корпус, в кормовой части которого расположен отсек с парашютной системой и срезаемым элементом. Парашютная система помещена в чехол. Парашютный отсек выполнен в виде тонкостенного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475695
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.03.2013
№216.012.3008

Артиллерийский осколочно-фугасный снаряд

Изобретение относится к военной технике, а более конкретно к осколочно-фугасным снарядам, которые применяются при стрельбе из артиллерийских орудий. Артиллерийский осколочно-фугасный снаряд содержит корпус с ведущим пояском, взрыватель и взрывчатое вещество. Корпус состоит из соединенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477831
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.33da

Сопло летательного аппарата

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкциям сопел летательных аппаратов, и может быть использовано для сопловых блоков летательных аппаратов, в которых устанавливаются заглушки, служащие для защиты внутренней полости летательного аппарата. Сопло содержит раструб,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478817
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.04.2013
№216.012.3af9

Кран шаровой

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено, в частности, для использования в трубопроводной запорной арматуре пневмогидросистем ракет-носителей космического назначения, а также в любой отрасли промышленности, использующей гидравлическую технику, где необходимо периодически...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480658
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.05.2013
№216.012.3e54

Тренога

Изобретение относится к треногам для установки приборов. Тренога содержит основание (1) с центральным отверстием (2) и тремя кронштейнами (3) у основания с выполненными в них проушинами (4). Между проушинами (4) на конической поверхности основания (1) содержатся проточки (5), обеспечивающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481523
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.06.2013
№216.012.4bf4

Солнечная батарея

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при проектировании выносных конструкций космических аппаратов, преимущественно солнечных батарей (СБ). Солнечная батарея содержит раму, верхние и нижние створки, попарно связанные между собой шарнирами, на оси которых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485026
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d30

Силовой блок двигательной установки ракеты-носителя

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано преимущественно в силовых блоках ракет-носителей (РН) для управления вектором тяги. Силовой блок РН с управляемым вектором тяги содержит хвостовой отсек для установки маршевого жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и силовое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485342
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.08.2013
№216.012.5dc5

Клапан

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к клапанам с пневматическим управлением, и предназначено для пуска и отсечки рабочего тела. Клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, элемент с втулкой на ребрах и седлом, установленный в корпус, подпружиненный затвор с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489626
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.08.2013
№216.012.654c

Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в акустике и радиотехнике для восстановления изображений и определения с повышенной разрешающей способностью азимутального и угломестного направлений на источники волн различной природы: упругих волн в различных средах, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491569
Дата охранного документа: 27.08.2013
Показаны записи 1-10 из 349.
10.02.2013
№216.012.2338

Приборная панель космического аппарата

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для космических конструкций, например, каркасов приборных панелей. Приборная панель космического аппарата содержит несущие верхнее и нижнее основания, между которыми установлен заполнитель в виде сот, и закладные элементы....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474518
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.27bf

Кассетный боеприпас

Изобретение относится к военной технике, а более конкретно к кассетным боеприпасам. Кассетный боеприпас содержит корпус, в кормовой части которого расположен отсек с парашютной системой и срезаемым элементом. Парашютная система помещена в чехол. Парашютный отсек выполнен в виде тонкостенного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475695
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.03.2013
№216.012.3008

Артиллерийский осколочно-фугасный снаряд

Изобретение относится к военной технике, а более конкретно к осколочно-фугасным снарядам, которые применяются при стрельбе из артиллерийских орудий. Артиллерийский осколочно-фугасный снаряд содержит корпус с ведущим пояском, взрыватель и взрывчатое вещество. Корпус состоит из соединенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477831
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.33da

Сопло летательного аппарата

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкциям сопел летательных аппаратов, и может быть использовано для сопловых блоков летательных аппаратов, в которых устанавливаются заглушки, служащие для защиты внутренней полости летательного аппарата. Сопло содержит раструб,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478817
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.04.2013
№216.012.3af9

Кран шаровой

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено, в частности, для использования в трубопроводной запорной арматуре пневмогидросистем ракет-носителей космического назначения, а также в любой отрасли промышленности, использующей гидравлическую технику, где необходимо периодически...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480658
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.05.2013
№216.012.3e54

Тренога

Изобретение относится к треногам для установки приборов. Тренога содержит основание (1) с центральным отверстием (2) и тремя кронштейнами (3) у основания с выполненными в них проушинами (4). Между проушинами (4) на конической поверхности основания (1) содержатся проточки (5), обеспечивающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481523
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.06.2013
№216.012.4bf4

Солнечная батарея

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при проектировании выносных конструкций космических аппаратов, преимущественно солнечных батарей (СБ). Солнечная батарея содержит раму, верхние и нижние створки, попарно связанные между собой шарнирами, на оси которых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485026
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d30

Силовой блок двигательной установки ракеты-носителя

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано преимущественно в силовых блоках ракет-носителей (РН) для управления вектором тяги. Силовой блок РН с управляемым вектором тяги содержит хвостовой отсек для установки маршевого жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и силовое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485342
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.08.2013
№216.012.5dc5

Клапан

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к клапанам с пневматическим управлением, и предназначено для пуска и отсечки рабочего тела. Клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, элемент с втулкой на ребрах и седлом, установленный в корпус, подпружиненный затвор с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489626
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.08.2013
№216.012.654c

Способ пеленгования с повышенной разрешающей способностью

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в акустике и радиотехнике для восстановления изображений и определения с повышенной разрешающей способностью азимутального и угломестного направлений на источники волн различной природы: упругих волн в различных средах, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491569
Дата охранного документа: 27.08.2013