Волноводный излучатель

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области волноводных антенн, и может быть использовано в качестве самостоятельной широкополосной антенны, либо в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны.

Известен волноводный излучатель (патент RU №2674564 приоритет от 19.02.2018 г. «Волноводная антенна», авторы: Мигачев М.И., Ишеева И.В., МПК: H01Q 21/24, опубликовано 11.12.2018), содержащая круглый волновод, на открытый конец которого в плоскости его раскрыва установлен круглый металлический экран в виде кольца и установлены дополнительные металлические экраны, в виде колец с двумя разными внешними диаметрами, один из которых равен внешнему диаметру металлического экрана, установленного в плоскости раскрыва волновода, при этом все металлические экраны установлены вплотную с последовательным чередованием между собой по внешнему диаметру. Данный волноводный излучатель является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения.

Недостатками известного волноводного излучателя являются нестабильная ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности и наличие обратного излучения в широкой полосе частот.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание волноводного излучателя, обладающего стабильной шириной диаграммы направленности по уровню половинной мощности в широкой полосе.

Достигаемыми техническими результатами являются стабилизация ширины диаграммы направленности по уровню половинной мощности и увеличение коэффициента усиления в широкой полосе частот.

Данные технические результаты достигаются тем, что в волноводном излучателе, содержащем круглый волновод, на открытом конце которого установлены последовательно чередующиеся первые и вторые экраны, выполненные в виде металлических колец, при этом внешний диаметр каждого первого экрана больше внешнего диаметра каждого второго экрана, отличающаяся тем, что в продольном направлении от раскрыва волновода внешний диаметр каждого первого экрана меньше внешнего диаметра последующего первого экрана, а внешний диаметр каждого второго экрана меньше внешнего диаметра последующего второго экрана, при этом толщина вторых колец больше толщины первых колец и выбирается из соотношения: где t - толщина вторых колец, λ₀ - длина волны на центральной частоте диапазона.

Между металлическими первыми и вторыми экранами разного диаметра, поочередно установленными на свободный конец волновода, за счет увеличения внешних диаметров первых и вторых экранов в продольном направлении от раскрыва волновода, и различных толщин этих экранов, образуются различные резонансные области, в каждой из которых происходит рекомбинация токов одних частот и излучения токов других частот, что приводит к стабилизации ширины диаграммы направленности по уровню половинной мощности в широкой полосе частот. За счет выполнения внешнего диаметра каждого первого экрана больше внешнего диаметра каждого второго экрана, а также в продольном направлении от раскрыва волновода выполнение внешнего диаметра каждого первого экрана меньше внешнего диаметра последующего первого экрана и внешнего диаметра каждого второго экрана меньше внешнего диаметра последующего второго экрана обеспечивается чередование больших и малых диаметров экранов (колец), что приводит к уменьшению интенсивности обратного излучения, в результате чего происходит увеличение коэффициента усиления.

На фиг. 1 представлен вариант выполнения волноводного излучателя (три первых и два вторых экранов). На фиг. 2 представлено продольное сечение волноводного излучателя.

Волноводный излучатель (фиг. 1 и фиг. 2) содержит круглый волновод 1, поляризатор 2, выполненный в виде диэлектрической пластины, первые экраны 3₁, 3₂, 3₃ вторые экраны 4₁, 4₂.

Первые 3₁, 3₂, 3₃ и вторые 4₁, 4₂ экраны выполнены в виде металлических колец.

Первый экран 3₁ установлен в плоскости раскрыва открытого конца круглого волновода 1, далее установлены последовательно чередующиеся первые 3₂, 3₃ и вторые 4₁, 4₂ экраны, которые установлены вплотную друг к другу. При этом внешний диаметр каждого первого экрана 3₁ (3₂, 3₃) больше внешнего диаметра каждого второго экрана 4₁ (4₂).

В продольном направлении от раскрыва круглого волновода 1 внешний диаметр первого экрана 3₁ меньше внешнего диаметра первого экрана 3₂, который меньше внешнего диаметра первого экрана 3₃. Внешний диаметр второго экрана 4₁ меньше внешнего диаметра последующего второго экрана 4₂.

Поляризатор 2, выполненный в виде диэлектрической пластины устанавливается в полости круглого волновода 1.

Количество первых (31, 3₂, 3₃) и вторых (4₁, 4₂) экранов определяется шириной рабочего частотного диапазона.

Первые экраны 3₁, 3₂, 3₃ выполнены одинаковой толщины. Вторые экраны 4₁, 4₂ выполнены одинаковой толщины. При этом толщина каждого первого экрана 3₁ (3₂, 3₃) выбирается меньшей, чем толщина каждого второго экрана 4₁ (4₂), а толщина t каждого второго экрана 4₁ (4₂) выбирается из соотношения где λ₀ - длина волны на центральной частоте диапазона.

Волноводный излучатель работает следующим образом.

При возбуждении электромагнитной волны типа Н₁₁ в круглом волноводе 1, излучается поле с эллиптической поляризацией. При этом ширина диаграммы направленности уменьшается с ростом рабочей частоты антенны, так же происходит затекание токов на наружные стенки волновода, вследствие чего происходит интенсивное излучение в обратную сторону.

Первые 3₁, 3₂, 3₃ и вторые 4₁, 4₂ экраны, выполненные в виде металлических колец, препятствуют затеканию токов на наружную стенку круглого волновода, что приводит к уменьшению интенсивности обратного излучения волноводного излучателя. Увеличение коэффициента усиления происходит за счет уменьшения интенсивности обратного излучения. Между металлическими экранами 3₁, 4₁ и 3₂ образуется область, в которой происходит рекомбинация токов таким образом, что происходит излучение токов верхних частот диапазона, а токи нижних частот диапазона в процессе излучения не участвуют. Между металлическими экранами 3₂, 4₂ и 3₃ образуется область, в которой происходит рекомбинация токов таким образом, что происходит излучение токов нижних частот диапазона, а токи верхних частот диапазона в процессе излучения не участвуют.

Таким образом, использование заявляемого волноводного излучателя позволяет стабилизировать ширину диаграммы направленности и уменьшить уровень обратного излучения волноводной антенны в широком диапазоне частот.