Вібраторна антена

Винахід відноситься до пристроїв, що випромінюють або приймають електромагнітну енергію, а більш конкретно, - до бортових антен, які установлюються на ракетах, супутниках, літаках і інших космічних та транспортних засобах. Основною вимогою до бортових антен є виконання функцій приймання або випромінювання радіохвиль таким чином, щоб максимально забезпечити надійну роботу радіосистеми в умовах високих амплітуд перевантажень та широкого спектру звукових і механічних вібрацій, які присутні, наприклад, в польоті літака або при запуску суп утника ракетою-носієм. Відомим типом антени, яку можна було б використовувати в якості бортової, є мікрохвильова вібраторна антена, схема якої наведена в патенті Великобританії за номером 2307794 А, опублікованому 4 червня 1997 року. Ця антена являє собою півхвильовий горизонтальний вібратор, розташований на торці жорсткого коаксіалу, довжиною l/4 (де l - довжина хвилі на робочій частоті) над металевим екраном. Вібратор має форму краватки-метелика, а зовнішній провідник коаксіалу має вигляд стакана, розрізаного на дві частини подовжніми чвертьхвильовими щілинами для електричної ізоляції вібратора від екрану та симетрування діаграми випромінювання. Частина цього вібратора кріпиться до торця однієї половини стакана, а друга - до другої половини торця стакана та до центрального провідника коаксіалу. Основним недоліком цієї антени є те, що розрізаний стакан коаксіалу втрачає жорсткість форми та міцність і, при наявності великих перевантажень та вібрацій, може руйнуватись, потрапляючи в механічний резонанс, подібно камертону, на частоті, обов'язково присутній в спектрі частот вібрацій. З відомих конструкцій найбільш близькою до пропонованої є антена, показана в книзі «Проектирование антенно-фидерных устройств» авторів М.С. Жука та Ю.Б. Молочкова [М., «Энергия», 1966, стор.138, мал.313а]. В цій книзі на малюнку 3-13а в аксонометрії показаний варіант виконання вібраторної антени з фазуючою щілиною, довжина якої дорівнює l/4. Недоліком такої антени, як і в аналогові, є ослаблення конструкції коаксіалу після виконання чвертьхвильових щілин в його зовнішньому провідникові-стакані, що в умовах високих амплітуд перевантажень та вібрацій може призводити до роз лагодження антени або навіть до її р уйнування. В основу винаходу вібраторної антени поставлено задачу шляхом скріплення між собою торців розрізаного зовнішнього провідника-стакана установленим діелектричним кільцем та поділом кожного чвертьхвильового вібратора на дві нерівні частини, менша з яких виконана заодно з зовнішнім провідникомстаканом, а більша виконана малої товщини і скріплена з меншою, суттєво підвищити механічну міцність антени в умовах високих амплітуд перевантажень та вібрацій і забезпечити в цих умовах надійну передачу або приймання потрібної інформації. Винахід характеризується такими суттєвими ознаками: - торці розділеного зовнішнього провідника-стакана скріплені між собою установленим діелектричним кільцем; - кожний чвертьхвильовий вібратор розділений на дві нерівні частини, менша з яких виконана за одне ціле з зовнішнім провідником-стаканом, а більша виконана малої товщини і скріплена з меншою. Сукупність відомих та нових суттєвих ознак дозволила досягти технічного результату, який полягає в надійних прийманні та передачі інформації в умовах підвищених амплітуд перевантажень та вібрацій. Для пояснення суті винаходу та його роботи додаються креслення, на яких: Фіг.1 показує в аксонометрії загальний вигляд антени; Фіг.2 показує в аксонометрії частину антени зі знятими кільцем та тонкими частинами вібраторів. Запропонована вібраторна антена складається з диска-рефлектора 1, на якому за допомогою фланця 2 та гвинтів 3 закріплено жорсткий коаксіал 4, зовнішній провідник-стакан якого розрізаний щілинами 5 на дві частини. На торці цього провідника-стакана виконано чотири різьбових отвори 6 для кріплення діелектричного кільця 7 за допомогою гвинтів 8 та різьбовий отвір для кріплення перемички 9, яка з'єднує одну половину розрізаного провідника-стакана з центральним провідником 10 коаксіалу за допомогою гвинтів 11 і 12. На виконаних заодно з провідником-стаканом частинах 13 чвертьхвильових вібраторів зроблені по два різьбових отвори 14 для кріплення гвинтами 15 тонких частин 16 вібраторів. Виконана таким чином антена за допомогою діелектричного кільця 7 одержує додаткову жорсткість форми і стійкість до перевантажень та вібрацій. Підбором діаметра центрального провідника 10 досягається необхідна ступінь узгодження вхідного опору антени з хвильовим опором фідера і надійно підтримується в умовах підвищених перевантажень та вібрацій. Виконання більшої частини 16 кожного чвертьхвильового вібратора малої товщини (з пластинки завтовшки близько 1мм) зміщує центр мас чвертьхвильових вібраторів ближче до центральної частини провідника-стакана, зменшуючи момент інерції під час дії перевантаження та вібрації, при цьому довжина всього півхвильового вібратора-метелика залишається постійною, бо ширина щілин, завдяки установленому діелектричному кільцю 7, не змінюється, а антена надійно приймає чи передає відповідну інформацію. Проведені стендові випробування повністю підтвердили здійснення рішення, а контрольні прилади при цьому не зафіксували зміни рівня коефіцієнта стоячої хвилі (КС Х) від дії всієї гами перевантажень та вібрацій, які присутні на борту супутника при його виведенні на орбіту ракетою-носієм. Запропонована антена розроблена для установлення на штучному супутнику Землі і виконує роль одночасно приймальної та передавальної антени телеметричної системи, в якій робочі частоти приймального та передавального каналів належать до S-діапазону хвиль і відрізняються між собою на 270МГц. Виконання півхвильового вібратора в полегшеному варіанті коаватки-метелика дає можливість працювати антені в обумовленій коефіцієнта стоячої хвилі смузі частот з рівнем (КСХ), не ви щим 1,7. Наявність диска-рефлектора дозволила одержати діаграму випромінювання антени, у вигляді кардіоїди з напрямом максимуму випромінювання вздовж жорсткого коаксіалу. Варто відзначити, що, при установленні вібраторної антени безпосередньо на металевій поверхні супутника, наявність дискарефлектора не обов'язкова, - узгодження та діаграма випромінювання при цьому зберігаються, а для закріплення антени достатньо фланця з отворами.