Рупорна антена з похилою поляризацією
Пропонована рупорна антена з похилою поляризацією відноситься до області антени і може бути використана для прийому електромагнітних хвиль, еліптично і лінійно поляризованих під кутами 0°, 45° і 90° до вертикальної площини або для випромінювання сигналів похилої поляризації під кутом 45°. Завданням, на вирішення якої спрямована корисна модель, є створення рупорної антени з похилою поляризацією з формою та параметрами ДН з низьким рівнем бічних пелюсток, незалежними від поляризації сигналів, що приймаються в діапазоні з коефіцієнтом перекриття частот ставленням більше 1,5:1.Рупорна антена з похилою поляризацією містить гладкий рупор з розкривом, рівним A, висотою, рівною B, довжиною, рівною L, фланцями кріплення рупора до хвилеводу, перетином a×b, і до приладу, при цьому L=0,825 A, рупор виконаний пірамідальним і забезпечений обертачем площини поляризації на 45° товщиною T=(0,32±0,11)макс, відстань від розкриття рупора до обертача поляризації дорівнює (0,065±0,065)макс. Обертач поляризації виконаний плоским із чотирьох шарів склодротяної тканини, у першому шарі, найближчому до розкриття рупора, провідники тканини орієнтовані щодо горизонтальної площини з нахилом (11±5)°, у другому шарі - під кутом (22±5)°, у третьому шарі - під кутом (33±5)° та у четвертому шарі - під кутом (45±5)°. Відстань між шарами дорівнює 0,133 макс, між шарами тканини впритул розташовані склопластикові стільникові заповнювачі, обертач площини поляризації кріпиться до фланця кріплення рупора до приладу гвинтами, рупор і припаяні по його кінцях фланці виготовляються з однакового металу. Ілл. 1.
Пропонована рупорна антена з похилою поляризацією відноситься до галузі антеної техніки і може бути використана для прийому лінійно та еліптичнополяризованих хвиль або випромінювання НВЧ коливань, поляризованих під кутом 45° до горизонтальної площини.
Відомі рупорні антени [Рудольф Кюн. Мікрохвильові антени. Переклад із ньому. за ред. проф. М.П. Долуханова, стор 227-228, рис. 5.23 та 239-240. Мал. 5.31 а), в). Вид-во Суднобудування, 1967], в яких за допомогою металевих пластин можна формувати діаграму спрямованості (ДН). При збудженні рупора лінійно поляризованою хвилею, електричний вектор якої нахилений під кутом 45° до горизонталі, для отримання однакової по ширині ДН при прийомі горизонтально і вертикально поляризованих хвиль в рупорі поблизу розкриву поміщають металеві смуги. Відстань між смугами або, відповідно, відстань від них до стінок рупора має бути меншою, - довжина хвилі НВЧ коливань, щоб частина рупора, заповнена смугами, залишалася закритою для хвилі, поляризованої паралельно смуг.
Недолік такого методу вирівнювання ДН полягає в тому, що через наявність смуг можуть легко виникати хвилі вищого порядку, зокрема H11-хвилі. і при цьому розподіл поля в апертурі спотворюється.
Відомий пірамідальний рупорний випромінювач [Рудольф Кюн. Мікрохвильові антени. Переклад із ньому. за ред. проф. М.П. Долуханова, стор 240, рис. 5.31 б). Вид-во Суднобудування, 1967 р.], що містить гладкий пірамідальний рупор з розкривом, рівним A×B (A - розмір у горизонтальній площині, B - розмір у вертикальній площині) і довжиною, що дорівнює L, і діелектричну пластину, розташовану по осі рупора , Запитуваний хвилеводом перерізу a×b. При поміщенні у рупор діелектричної пластини з відповідним вибором її розмірів та відносної діелектричної проникності можна проводити вирівнювання ширини ДН у площині пластини.
Недолікомданого методу є неможливість отримати стабільну і однакову по ширині ДН у широкому діапазоні частот при прийомі такої антени антени еліптично, горизонтально і вертикально поляризованих хвиль.
Технічним завданням, на вирішення якої спрямована корисна модель, є побудова рупорної антени з похилою поляризацією з однаковою шириною ДН в діапазоні частот з відношенням, де fмакс, fмін - максимальна і мінімальна робочі частоти НВЧ коливань, при прийомі еліптично, горизонтально і вертикально поляризованих .
Технічний результат досягається тим. що рупорна антена з похилою поляризацією, що містить гладкий порожнистий рупор з розкривом, рівним A, висотою, рівною B, довжиною, рівною L, фланцями кріплення рупора до хвилеводу, перетином a×b, і до приладу, L=0,825A, рупор виконаний пірамідальним і забезпечений обертачем площини поляризації на 45°, відстань від розкриття рупора до обертача поляризації дорівнює (0,065±0,065)макс, обертач площини поляризації виконаний плоским з чотирьох шарів склодротяної тканини, в першому шарі, найближчому до розкриття рупора, провідники склодротової тканини площині з нахилом (11±5)°, у другому шарі - під кутом (22±5)°, у третьому шарі - під кутом (33±5)° та у четвертому шарі - під кутом (45±5)°, відстань між шарами дорівнює 0,133 макс, між шарами тканини впритул розташовані склопластикові стільникові заповнювачі, обертач площини поляризації кріпиться до фланця кріплення рупора до приладу гвинтами, рупор і припаяні по його кінцях фланці виготовляються з однакового металу.
Істотні ознаки, що відрізняють заявлену рупорну антену з похилою поляризацією від прототипу, не піддаються самостійній кваліфікації, оскільки не відокремлюються відцілого об'єкта. Взаємне положення та розміри всіх елементів, що входять в рупорну антену з похилою поляризацією, розраховані та остаточно визначені експериментально і дозволяють побудувати рупорну антену з похилою поляризацією, у якої в широкому діапазоні частот однакова ширина ДН на рівні мінус 3 дБ при прийомі еліптично, горизонтально поляризованих хвиль, рівень бічних пелюсток нижче мінус 30 дБ та КСВН не більше 1,4.
На Фіг. наведено креслення пропонованої рупорної антени з похилою поляризацією, на якій зображено: 1 - рупор; 2 - фланець кріплення рупора до хвилеводу; 3 - фланець кріплення рупора до приладу; 4 – обертач площини поляризації; 5 - шари склодротяної тканини; 6 - склопластикові стільникові заповнювачі; 7 - гвинти кріплення обертача площини поляризації до фланця кріплення рупора до приладу.
Рупор 1 виконаний пірамідальним, пустотілим, гладким, з перетином фланця кріплення рупора до хвилеводу (хвильоводу входу) a×b, з розкривом, рівним A, висотою, рівною B, довжиною, рівною L, виготовляється з металу (наприклад, з латуні).
Фланець кріплення рупора до хвилеводу 2 і фланець кріплення рупора до приладу 3 також металеві та кріпляться відповідно на кінцях рупора методом паяння.
Обертач площини поляризації 4 виконаний плоским і складається з чотирьох шарів склодротяної тканини 5, причому в першому шарі, найближчому до розкриття рупора 1, провідники склодротяної тканини орієнтовані щодо горизонтальної площини з нахилом (11±5)°, у другому шарі - під кутом (22 ±5)°, третьому шарі - під кутом (33±5)° і четвертому шарі - під кутом (45±5)°. Відстань між шарами дорівнює 0,133 макс, між шарами склодротяної тканини впритул розташовані склопластикові стільникові заповнювачі 6. Обертачплощині поляризації 4 кріпиться до фланця 3 кріплення рупора до приладу гвинтами 7.
Рупорна антена з похилою поляризацією в режимі випромінювання працює наступним чином: НВЧ сигнал через хвилевод збуджує хвилю типу H10 в рупорі 1. При запропонованій конфігурації рупора 1 в його розкриві в площині магнітного вектора формується амплітудно-фазовий розподіл електромагнітного поля, рівні мінус 3 дБ у широкому діапазоні частот, а обертач поляризації 4 вертикальну поляризацію рупора розгортає на 45° для випромінюваної хвилі.
У режимі прийому забезпечується прийом еліптично, горизонтально та вертикально поляризованих хвиль.
Експериментально досліджено макети пристрою з розмірами: A=115 мм, B=26 мм, L=95 мм і L=97 мм. Вхід рупора 1 має переріз (a×b=23×10) мм. Обертач площини поляризації 4 товщиною T=16 мм на основі склодротяної тканини розташовувався на відстанях 0, 5 та 10 мм від розкриття рупора 1.
У діапазоні частот рупорна антена з похилою поляризацією мала ширину ДН на рівні мінус 3 дБ, рівну (20,5±2,6)°, при прийомі горизонтально і вертикально поляризованих хвиль, рівень бічних пелюсток нижче мінус 30 дБ і КСВН не більше 1, 4.
Заявляється рупорна антена з похилою поляризацією конструктивно проста. До неї входять матеріали, що широко застосовуються, і вона може бути виготовлена на будь-якому середньотехнічному підприємстві. У порівнянні з прототипом складної конфігурації рупора з збуджуючим переходом з похилим перетином прямокутного хвилеводу, пропонована рупорна антена з похилою поляризацією має покращені технічні та економічні показники:
- однакову ширину ДН у широкому діапазоні частот та поляризацій;
- нижчий рівеньбічних пелюсток;
- Простішу конструкцію, менші габарити і, відповідно, нижчу ціну.
Рупорна антена з похилою поляризацією, що містить гладкий рупор з розкривом, рівним А, висотою, рівною, довжиною, рівною L, фланцями кріплення рупора до хвилеводу, перетином a×b, і до приладу, що відрізняється тим, що L=0,825A, рупор виконаний пірамідальним і забезпечений обертачем площини поляризації на 45°, відстань від розкриття рупора до обертача поляризації дорівнює (0,065±0,065)макс, обертач поляризації товщиною T=(0,32±0,11)макс виконаний плоским з чотирьох шарів склодротяної тканини першому шарі, найближчому до розкриття рупора, провідники тканини орієнтовані щодо горизонтальної площини з нахилом (11±5)°, у другому шарі - під кутом (22±5)°, у третьому шарі - під кутом (33±5)° та в четвертому шарі - під кутом (45±5)°, відстань між шарами дорівнює 0,133·макс, між шарами тканини впритул розташовані склопластикові стільникові заповнювачі, обертач площини поляризації кріпиться до фланця кріплення рупора до приладу гвинтами, рупор і припаяні по його кінцях фланці до хвилеводу та приладу виготовляються з однакового металу.