Результат интеллектуальной деятельности: СЛАБОНАПРАВЛЕННАЯ ВОЛНОВОДНАЯ АНТЕННА

Изобретение относится к антенной технике, в частности к слабонаправленным волноводным антеннам диапазонов сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (KBЧ) частот.

Для приема электромагнитных волн диапазонов СВЧ и КВЧ с целью амплитудной пеленгации в секторе углов ±180° требуются слабонаправленные антенны с шириной диаграмм направленности по уровню 0,3 от максимума (ШДН_0,3), близкой к 90°. При этом антенны должны быть максимально простыми по конструкции и обеспечивать возможность установки их внутри тесных крыльевых радиопрозрачных обтекателей современных летательных аппаратов (ЛА), а также в открытом потоке. Для уменьшения влияния обтекателя на диаграммы направленности антенны устанавливают так, чтобы расстояние между антенной и передней кромкой обтекателя было минимальным.

Широкая диаграмма направленности может быть обеспечена только при малой излучающей апертуре антенны, которая может быть реализована, если антенна выполнена в виде открытого конца волновода, являющегося принципиально слабонаправленным.

По соображениям простоты конструкции предпочтительнее антенна в виде открытого конца круглого волновода. Кроме того, при равных максимальных размерах раскрыва диаграммы излучения из открытого конца круглого волновода несколько шире, чем диаграммы излучения из открытого конца прямоугольного волновода (Фельд Я.Н., Бененсон Л.С. Антенно-фидерные устройства. Часть вторая. Издание ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1959, стр.150). Однако при малом диаметре круглого волновода, например, для стандартного волновода с 2ρ₀=0,677λ₀, где ρ₀ - внутренний радиус сечения круглого волновода, а λ₀ - длина волны в свободном пространстве, главный лепесток в Е-плоскости уже, чем в Н-плоскости, а уровень бокового и заднего излучения довольно значителен - примерно 30% (Рудольф Кюн. Микроволновые антенны. Перевод с немецкого. Издательство «Судостроение». 1967, стр.202, рис.5.2.а). Поэтому открытый конец волновода обычно дополняют элементами (диэлектрический стержень, металлический рупор и др.), позволяющими получить требуемые характеристики антенны.

Из всех типов антенн, использующих в качестве возбудителя отрезок металлического волновода, имеющие более постоянные по ширине диаграммы направленности и низкий уровень боковых и задних лепестков диаграмм направленности имеют рупорные излучатели.

Из известных технических решений наиболее близким по конструкции и технической сущности к слабонаправленной волноводной антенне является облучатель параболической антенны (патент РФ №2071155, H01Q 13/02, 1993 г.). Облучатель состоит из круглого волновода, заканчивающегося коническим рупором. На внутренней поверхности рупора выполнены три круглые концентрические канавки. Часть рупора, примыкающая к волноводу, представляет собой усеченный конус, малое основание которого присоединено к открытому концу волновода, а большое расположено спереди от открытого конца волновода.

Облучатель имеет стабильные диаграммы направленности с низким уровнем боковых лепестков, однако ШДН_0,3 мала, составляет только 38-44°, что для данного применения является существенным недостатком. Другим недостатком является то, что из-за использования рупора поперечный размер антенны в месте раскрыва становится большим и антенну невозможно установить близко к передней кромке тесного крыльевого радиопрозрачного обтекателя. Кроме того, необходимость выполнения концентрических канавок в рупоре усложняет его изготовление, снижает технологичность.

Целью настоящего изобретения является разработка максимально простой в изготовлении слабонаправленной антенны на основе круглого волновода, имеющей ШДН_0,3, близкую к 90°, которую можно легко устанавливать в тесных крыльевых радиопрозрачных обтекателях ЛА или в открытом потоке.

Поставленная цель достигается тем, что слабонаправленная антенна, содержащая круглый металлический волновод, дополнена экраном в виде проводящего усеченного обратного конуса. На внешнюю поверхность экрана нанесено полимерное покрытие, параметры которого определяются условиями размещения антенны. Плоскость малого основания усеченного обратного конуса совпадает с плоскостью открытого конца волновода, большое же основание расположено сзади от открытого конца волновода. По оси проводящего усеченного обратного конуса выполнено отверстие для установки волновода. Диаметр этого отверстия равен внешнему диаметру волновода.

На рис.1 представлена конструкция слабонаправленной волноводной антенны, где 1 - круглый металлический волновод, 2 - проводящий усеченный обратный конус, 3 - полимерное покрытие.

Слабонаправленная волноводная антенна содержит гальванически соединенные круглый металлический волновод и экран в виде проводящего усеченного конуса, обратного относительно рупорных антенн, например, круглого прямого, с отверстием по оси, на внешнюю коническую поверхность которого нанесено, например, полимерное покрытие с магнитодиэлектрическими свойствами. Круглый металлический волновод установлен внутри проводящего усеченного обратного конуса соосно с ним так, что плоскость малого основания экрана совпадает с плоскостью открытого конца волновода, большое основание экрана расположено сзади от открытого конца волновода, а диаметр отверстия в проводящем усеченном обратном конусе равен внешнему диаметру круглого металлического волновода.

Антенна предельно проста в изготовлении, требуется только токарная обработка, а покрытие наносится методом прессования.

Достаточно широкие диаграммы направленности определяются малым диаметром излучающего раскрыва антенны. Устойчивость ШДН_0,3 в диапазоне частот в Е- и Н-плоскостях и низкий уровень боковых и задних лепестков обеспечивается тем, что экран в виде проводящего усеченного обратного конуса, на внешнюю коническую поверхность которого нанесено покрытие, например, с магнитодиэлектрическими свойствами, препятствует затеканию поверхностных токов за края апертуры. У слабонаправленной волноводной антенны диапазона КВЧ с перекрытием 1,25 диаграммы направленности имеют хорошую осесимметричную монотонную форму, пригодную для амплитудной пеленгации. ШДН_0,3 составляет 88-94°, уровень боковых и задних лепестков не превышает 1%. Кроме того, в условиях реального размещения внутри крыльевых обтекателей ЛА экран антенны за счет применения покрытия, обладающего магнитодиэлектрическими свойствами, радикально уменьшает изрезанность диаграмм направленности, вызванную неизбежными переотражениями электромагнитных волн от стенок обтекателя и внутренних деталей крыла и обеспечивает вполне удовлетворительные монотонные диаграммы направленности. При установке антенны в открытый поток для защиты от внешних воздействий целесообразно использовать прочное эрозионно-устойчивое полимерное диэлектрическое покрытие.

Таким образом, разработана максимально простая в изготовлении слабонаправленная антенна на основе круглого волновода, имеющая ШДН_0,3, близкую к 90°, коническая форма которой с плавно увеличивающимся назад от раскрыва поперечным размером позволяет удобно вписываться в аэродинамически выгодные или целесообразные с точки зрения компоновки близкие к уголковым радиопрозрачные обтекатели ЛА или устанавливать антенну в открытом потоке.

Антенны данной конструкции экспериментально проверены и могут быть использованы в составе приемного модуля амплитудного пеленгатора.