Антена поверхневої хвилі

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Известна антенна поверхностной волны [Авт.св. СССР Ns 1078512, кл. Η01Q11/02, 1984], содержащая коаксиальный волновод, конический рупор, биконический диэлектрический переход и стержневую замедляющую стр уктур у, при этом внешний проводник коаксиального волновода подключен к коническому рупору, биконический диэлектрический переход, выполненный в виде двух усеченных конусов, у которых большие основания совмещены, а диаметры меньших оснований равны соответственно диаметру внешнего проводника коаксиального волновода и внешнему диаметру стержневой замедляющей структуры, расположенной в коническом рупоре соосно со стержневой замедляющей структурой, содержащей металлический стержень, установленный в диэлектрической трубке, причем один конец металлического стержня подключен к центральному проводнику коаксиального волновода, а на поверхности диэлектрической грубки размещены металлические кольца переменной ширины, расположенные с шагом lпв, где lпв - длина поверхностной волны. Антенна имеет дискообразную диаграмму направленности, Однако, она имеет высокий уровень бокового излучения из-за равномерного распределения амплитуды поверхностных токов вдоль замедляющей структуры, а в связи с отсутствием в ее конструкции элементов излучения волн с ортогональными векторами напряженности поля со сдвигом фаз на 90° не обеспечивает прием-подачу волн с круговой поляризацией, что уменьшает надежность приема-передачи сигналов. В основу изобретения поставлена задача создания такой антенны поверхностной волны, в которой введение радиальных металлических штырей и изменение ширины металпических колец позволяет сформировать дискообразную диаграмму направленности с круговой поляризацией поля и уменьшить уровень бокового излучения и за счет этого повысить надежность приема-передачи сигналов. Поставленная задача решается таким образом, что в антенну поверхностной волны, содержащую коаксиальный волновод, конический рупор, биконический диэлектрический переход и стержневую замедляющую структур у, при этом внешний проводник коаксиального волновода подключен к коническому рупору биконический диэлектрический переход, выполненный в виде двух усеченных конусов, у которых большие основания совмещены, а диаметры меньших оснований равны соответственно диаметру внешнего проводника коаксиального волновода и внешнему диаметру стержневой замедляющей структуры, расположенный в коническом рупоре соосно со стержневой замедляющей структурой, содержащей металлический стержень, установленный в диэлектрической трубке, причем один конец металлического стержня подключен к центральному проводнику коаксиального волновода, а на поверхности диэлектрической трубки размещены металлические кольца переменной ширины, расположенные с шагом lпв, где lпв - длина поверхностной волны, согласно изобретению, введены радиальные металлические штыри, размещенные на поверхности диэлектрической тр убки на расстоянии lпв/4 один от др угого по спирали с шагом lпв , длина которых определяется из соотношения где hm -длина m-го радиального металлического штыря, m =1,2,. 4N, N=L/lпв. L - длина стержневой замедляющей структуры, 7lпв < L < 30lпв . при этом последний радиальный металлический штырь установлен на расстоянии lпв/4 от конца диэлектрической трубки, ширина металлических колец выбрана согласно соотношению: где dn - ширина n -го металлического кольца, n = 1,2 N Излучение электромагнитного поля с вращающейся поляризацией при формировании дискообразной диаграммы направленности определяется главным образом соотношениями высот радиальных металлических штырей и ширин металлических колец, их расположением и законами изменения их размеров вдоль стержневой замедляющей структуры, что обеспечивает преобразование поверхностной волны Е01, бегущей вдоль стержневой замедляющей структуры, в пространственную волну с круговой поляризацией поля, распространяющейся в поперечной плоскости к стержневой замедляющей структуре. Выбор в заявляемой антенне законов изменения высот радиальных металлических штырей по формуле (1) и ширин металлических колец по формуле (2) вдоль стержневой замедляющей структуры обеспечивает также быстро спадающее к концам структуры амплитудное распределение электромагнитного поля, благодаря чему достигается уменьшение уровня бокового излучения. На чертеже представлена структурная схема антенны поверхностной волны (АПВ). Антенна поверхностной волны содержит коаксиальный волновод 1, конический рупор 2, биконический диэлектрический переход 3 и стержневую замедляющую стр уктуру (СЗС), состоящую из металлического стержня 4 и диэлектрической трубки 5. Внешний проводник коаксиального волновода 1 подключен к коническому рупору 2, а внутренний -к одному концу металлического стержня 4. Биконический диэлектрический переход 3 выполнен в виде двух усеченных конусов, у которых большие основания совмещены, а диаметры меньших оснований равны соответственно диаметру внешнего проводника коаксиального волновода 1 и внешнему диаметру СЗС, и расположен в коническом рупоре 2 соосно со стержневой замедляющей структурой. На поверхности диэлектрической трубки 5 размещены металлические кольца 6 переменной ширины, расположенные с шагом lпв, где l пв - длина поверхностной волны, и радиальные металлические - штыри 7 переменной длины, размещенные на поверхности диэлектрической трубки 5 на расстоянии lпв/4 одна от другой по спирали с шагом Длв. Последний радиальный металлический штырь 7 установлен на расстоянии lпв/4 от конца диэлектрической трубки 5. Число металлических колец 6 равно N, где N=L/lпв , L - длина СЗС, а число радиальных металлических стержней 7 - 4N. Длина СЗС выбирается в следующих пределах 7lпв < L < 30lпв . Ширина металлических колец 6 и высота радиальных металлических штырей 7 изменяется вдоль СЗС по законам, приведенным в формулах (1) и (2) изобретения. АПВ работает следующим образом. Поверхностная волна Ε01, распространяющаяся вдоль СЗС в направлении к ее концу с коэффициентом замедления Кз = (1,14-1,15), где Кз - l/lпв , λ - длина волны генератора, синфазно возбуждает металлические кольца 6 и радиальные металлические штыри 7 и, отразившись от конца СЗС, порождает отраженную поверхностную волну, также возбуждающую металлические кольца 6 и радиальные металлические штыри 7. За счет наличия на поверхности СЗС указанных неоднородностей происходит преобразование падающей и отраженной поверхностных волн в пространственные гармоники, при этом формируется дискообразная диаграмма направленности, всенаправленная в плоскости, перпендикулярной к оси антенны. Круговая поляризация излучающего поля предложенной АПВ обусловлена соотношениями длин радиальных металлических штырей 7 и ширин металлических колец 6, их расположением и законами изменения их размеров вдоль СЗС. Выбор законов изменения длины радиальных металлических штырей 7 и ширины металлических колец 6 вдоль диэлектрической трубки 5 согласно формул (2) и (1) обеспечивает также быстро спадающее к концам структуры амплитудное распределение электромагнитного поля, что позволяет уменьшить уровень бокового излучения.