Результат интеллектуальной деятельности: АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к антенным обтекателям.

Известен антенный обтекатель, содержащий диэлектрический корпус в форме колпака и реактивные двумерные решетки из проводников, помещенных в тело стенки диэлектрического корпуса, снабженного узлом крепления к летательному аппарату: Каплун В.А. Обтекатели антенн СВЧ. - М.: Советское радио, 1974, 238 с. и Радиопрозрачная стенка обтекателя. RU №2168816 от 05.06.2000.

Так как уменьшение толщины диэлектрической стенки ограничивается теплофизическими требованиями к обтекателю, искажения, вносимые в падающее поле из-за конечной толщины стенки, оказываются значительными, что приводит к высоким ошибкам пеленга. Кроме того, при увеличении отличия электрической толщины диэлектрической стенки от полуволновой, снижается коэффициент прохождения обтекателя.

Применение реактивных решеток позволяет компенсировать изменение электрической толщины диэлектрической стенки. Эти решетки для проходящих электромагнитных волн представляют реактивное сопротивление (индуктивного или емкостного характера) и их используют для согласования диэлектрических слоев с окружающим пространством. Для согласования слоев диэлектрика решетки обычно включаются в среднее сечение согласуемого слоя.

Преимущество в применении решеток заключается также в возможности с их помощью компенсировать электрическую толщину стенки при существенном росте геометрической толщины для увеличения механической прочности стенок обтекателя.

Однако из-за технологической сложности изготовления диэлектрического корпуса с реактивными решетками из проводников, помещенных в тело стенки диэлектрического корпуса, не нашли широкого применения в конструкциях антенных обтекателей. Трудности использования также вызывает радиотехническая настройка характеристик антенного обтекателя, изготовленного со стенками из таких решеток.

Наиболее близким техническим решением является антенный обтекатель по заявке на патент RU №92008100, H01Q 1/42, 20.03.1995, содержащий диэлектрический корпус в форме колпака и две реактивные двумерные решетки из проводников, закрепленные на внешней и внутренней поверхностях корпуса обтекателя. Шаг решеток равен (0,3-0,5)λ₀, где λ₀ - средняя длина волны рабочего диапазона обтекателя. Толщина стенок корпуса, переменная вдоль продольной оси обтекателя, зависит от угла падения волн на его стенки и фазового сдвига, вносимого реактивными решетками. Обтекатель практически прозрачен в рабочем диапазоне волн и не прозрачен для волн длиннее 3·λ₀.

Недостатком прототипа является то, что в конструкции антенного обтекателя со структурой стенки, однородной по всей высоте оболочки (то есть состоящей из диэлектрического слоя и реактивных решеток, закрепленных на внешней и внутренней поверхностях корпуса обтекателя), невозможно произвести оптимальную настройку радиотехнических характеристик во всем диапазоне частот и углов падения волны.

Это связано с тем, что различные по типу реактивные решетки, закрепленные в различных местах на поверхности диэлектрического корпуса, оказывают различное влияние на радиотехнические характеристики обтекателя, так как их действие может носить как индуктивный, так и емкостной характер и существенным образом влиять на электрическую толщину стенки обтекателя.

Одинаковые по типу реактивные решетки, размещенные в различных кольцевых поясах по высоте обтекателя, оказывают различное действие на радиотехнические характеристики.

Задачей изобретения является увеличение коэффициента прохождения и снижение искажений вносимых обтекателем в поле падающей волны.

Достигается задача тем, что предложен антенный обтекатель, содержащий диэлектрический корпус в форме колпака и две реактивные двумерные решетки из проводников, закрепленные на внешней и внутренней поверхностях, снабженный узлом крепления к летательному аппарату, отличающийся тем, что решетки выполнены в виде доводочных кольцевых поясов шириной (0,5-2)·λ, причем место расположения поясов по образующей, их количество и тип решеток или в виде сетки с периодом (0,15-0,2)·λ между проводниками в виде колец, расположенных перпендикулярно образующей, и проводников, расположенных вдоль образующей и равных по длине ширине пояса, с диаметром проводников (0,005-0,007)·λ или в виде реактивной решетки вибраторов с диаметром (0,005-0,007)·λ, расположенных перпендикулярно друг другу, в направлении перпендикулярно образующей с периодом (0,25-0,3)·λ, а в направлении вдоль образующей - с периодом (0,25-0,3)·λ при расстоянии между вибраторами в (0,015-0,025)·λ, где λ - длина волны в свободном пространстве падающей электромагнитной волны, подбираются доводочными операциями на радиотехническом стенде.

Авторы установили, что при измерении радиотехнических характеристик заявляемого антенного обтекателя достигается наибольший коэффициент прохождения и минимизация искажений вносимых обтекателем в поле падающей волны.

Для доказательства преимущества предлагаемого технического решения проведены расчетные эксперименты, результаты которых, представлены ниже.

Эксперименты проводились на обтекателе оживальной формы с удлинением 3, из материала с ε=7,0 полуволновой толщины, с утолщением в основании.

Для экспериментов использовалась сетка из стальной проволоки диаметром 0,05 мм с шагом в 10 мм.

Для демонстрации влияния реактивной решетки на радиотехнические характеристики обтекателя на фиг. 1 и 2 представлены пеленгационные ошибки в плоскости Е (электрический вектор лежит в плоскости поворота антенны (в горизонтальной плоскости)) на нижней и верхней частотах представленного диэлектрического корпуса с утолщением в основании без решеток и этого же диэлектрического корпуса с сеткой в виде пояса шириной 2·λ, нанесенной на наружную поверхность, в основании.

Из сравнения зависимостей на фиг. 1 и 2 видно, что сетка, нанесенная на утолщенную часть стенки в основании, скомпенсировала электрическую толщину, что позволило уменьшить пеленгационные ошибки в диапазоне 30-60° углов поворота антенны.

На фиг. 3 и 4 представлены пеленгационные ошибки в плоскости Е на нижней и верхней частотах представленного диэлектрического корпуса с утолщением в основании без решеток и этого же диэлектрического корпуса с сеткой в виде пояса шириной 2·λ, нанесенной на внутреннюю поверхность, в основании.

Из сравнения зависимостей на фиг. 3 и 4 видно, что сетка, нанесенная на внутреннюю поверхность утолщенной стенки в основании, скомпенсировала электрическую толщину, что позволило уменьшить пеленгационные ошибки в диапазоне 30-60° углов поворота антенны.

На фиг. 5 и 6 представлены пеленгационные ошибки в плоскости Е на нижней и верхней частотах представленного диэлектрического корпуса с утолщением в основании без решеток и этого же диэлектрического корпуса с сетками в виде поясов шириной 2·λ, нанесенными на внутреннюю и наружную поверхности, в основании.

Из сравнения зависимостей на фиг. 5 и 6 видно, что сетка, нанесенная на внутреннюю и наружную утолщенную стенку в основании, скомпенсировала электрическую толщину, что позволило уменьшить пеленгационные ошибки в диапазоне 30-60° углов поворота антенны.

Из сравнения фиг. 1 и 2 с фиг. 3 и 4, а также с фиг. 5 и 6 видно, что действие, оказываемое взаимным влиянием поясов на внутренней и внешней поверхностях диэлектрического корпуса на пеленгационные ошибки, значительно сильнее, чем в случае влияния пояса только на внутренней или внешней поверхностях.

На фиг. 7 и 8 представлены пеленгационные ошибки в плоскости Е на верхней и нижней частотах представленного диэлектрического корпуса без сеток и этого же диэлектрического корпуса с сеткой, нанесенной на наружную поверхность в носовой части поясом шириной в 1,5·λ.

Из сравнения зависимостей на фиг. 7 и 8 видно, что сетка, нанесенная на наружную поверхность в носовой части, скомпенсировала электрическую толщину, что позволило изменить пеленгационные ошибки в диапазоне носовых углов поворота обтекателя.

На фиг. 9 и 10, фиг. 11 и 12, фиг. 13 и 14 представлены пеленгационные ошибки в плоскости Е на верхней и нижней частотах представленного диэлектрического корпуса без сеток и этого же диэлектрического корпуса с сетками, нанесенными на наружную поверхность в носовой части узкими поясами шириной в 0,5·λ, расположенными, соответственно, по порядку (пояс 1, 2 и 3) и в сумме, по ширине, равной широкому поясу, влияние которого представлено на фиг. 7 и 8.

На фиг. 15 и 16 представлено сравнительное влияние каждого из трех узких поясов.

Из сравнения зависимостей на фиг. 9, 11, 13 и фиг 10, 12, 14 видно, что смещение положения поясов по образующей диэлектрического корпуса приводит к смещению углового действия поясов на пеленгационные ошибки, а также к изменению величины этих влияний, что позволяет использовать положение поясов для регулирования ошибок.

Из сравнения зависимостей на фиг. 7 и 8 видно, что сетка, нанесенная на наружную поверхность в носовой части диэлектрического корпуса, скомпенсировала электрическую толщину, что позволило изменить пеленгационные ошибки в диапазоне носовых углов поворота обтекателя.

На фиг. 17 представлены пеленгационные ошибки в плоскости Е на нижней частоте представленного диэлектрического корпуса без решеток и этого же обтекателя с сеткой, нанесенной на внутреннюю поверхность в носовой части поясом шириной в 1,5·λ.

Из сравнения зависимостей на фиг. 8 и 17 видно, несмотря на то, в обоих случаях структура сетки была одинакова, влияние сетки, размещенной на внутренней поверхности, на пеленгационные ошибки значительно сильнее, чем влияние, которое оказывает сетка, размещенная на внешней поверхности диэлектрического корпуса.

На фиг. 18 и 19 представлены пеленгационные ошибки в плоскости Е на нижней и верхней частотах представленного диэлектрического корпуса без решеток и этого же диэлектрического корпуса с решеткой вибраторов, нанесенной на наружную поверхность в носовой части поясом шириной в 1,5·λ (как на фиг. 8) и широкий пояс с решеткой вибраторов длиной в 4 мм с шагом 6×6 мм, нанесенный на наружную поверхность.

Из сравнения зависимостей на фиг. 18 и 19 видно, что влияние решеток вибраторов на зависимости пеленгационных ошибок значительно более сильное, чем влияние сетки.

На фиг. 20 представлены пеленгационные ошибки в плоскости Е на нижней частоте представленного диэлектрического корпуса без решеток и этого же диэлектрического корпуса с сеткой, нанесенной на наружную поверхность в носовой части узким поясом шириной в 0,5·λ (как на фиг. 14) и узким поясом шириной 0,5·λ с решеткой вибраторов длиной в 4 мм с шагом 6×6 мм, нанесенной на наружную поверхность.

Из сравнения зависимостей на фиг. 20 видно, что влияние решеток вибраторов на зависимости пеленгационных ошибок значительно более сильное, чем влияние сетки, а из сравнения зависимостей на фиг. 20 и 18 видно, что изменение ширины пояса различных типов (сетки или решетки вибраторов) реактивной решетки изменяет величину влияния на зависимости пеленгационных ошибок.

Установлено, что применение кольцевых поясов реактивных решеток, расположенных на внешней и внутренней поверхностях диэлектрического корпуса, позволяет корректировать величину пеленгационных ошибок, причем для каждого типа обтекателей ширина кольцевых поясов, тип решеток и место расположения по образующей подбираются доводочными операциями на радиотехническом стенде.

Возможно повышение прочности обтекателя без ухудшения его радиотехнических характеристик при больших углах поворота антенны относительно обтекателя. Для решения этой задачи стенка в радиотехнической зоне выполнена с плавным утолщением к основанию, в области утолщения на одну из поверхностей, наружную или внутреннюю, или на обе, нанесено проводящее покрытие в виде сетки для компенсации электрической толщины стенки и снижения пеленгационных ошибок. Антенный обтекатель, выполненный по предлагаемому техническому решению, по сравнению с известными конструкциями обтекателей вносит минимальные искажения в поле падающей волны и обладает лучшими радиотехническими характеристиками.

Источники информации

1. Каплун В.А. Обтекатели антенн СВЧ. - М.: Советское радио, 1974, 238 с.

2. Заявка на патент RU №92008100, H01Q 1/42, 20.03.1995.