Діелектрична антена

1. Діелектрична антена, що містить хвилевід постійного перерізу, закорочений металевою мембраною, в отворі якої встановлений перший з n діелектричних резонаторів, ідентично зорієнтованих в просторі і розташованих уздовж подовжньої осі хвилеводу, поза ним, причому відстань від центра першого діелектричного резонатора до центрів решти резонаторів вибрана із співвідношення d = (2n - 1)l / 4 , де l - довжина n робочої хвилі, порядковий номер діелектричного резонатора, яка відрізняється тим, що діелектрична антена додатково оснащена хвилеводом перерізу, що збільшується, розташованим уздовж подовжньої осі хвилеводу постійного перерізу, при цьому вузька частина хвилеводу перерізу, що збільшується, з'єднана з хвилеводом постійного перерізу, а його фокус суміщений з центром першого діелектричного резонатора. U 2 30282 1 3 30282 коефіцієнті посилення і низької вибірковості. Тому для одержання стійкого сигналу необхідно використовува ти антени великого розміру. У даній конструкції антени відсутня також можливість її настройки в процесі експлуатації. У основу корисної моделі поставлене завдання створити таку антену, в якій шляхом постачання її додатковим хвилеводом, досягається підвищення коефіцієнта посилення, за рахунок чого з'являється можливість забезпечити ефективну роботу антени при одночасному зменшенні її розмірів. Для вирішення завдання запропонована діелектрична антена, що містить хвилевід постійного перерізу, закорочений металевою мембраною, в отворі якої встановлений перший і "n" діелектричних резонаторів ідентично зорієнтованих в просторі і розташованих уздовж подовжньої осі хвилеводу, поза ним. причому відстань від центру першого діелектричного резонатора до центрів решти резонаторів вибрана із співвідношення d=(2n-1)l/4, де l - довжина робочої хвилі, n порядковий номер діелектричного резонатора, яка, згідно з корисною моделлю, додатково забезпечена хвилеводом перерізу, що збільшується. розташованим уздовж подовжньої осі хвилеводу постійного перерізу, при цьому вузька частина хвилеводу перерізу, що збільшується, пов'язана з хвилеводом постійного перерізу, а його фокус суміщений з центром першого діелектричного резонатора. Для можливості настройки антени, перший діелектричний резонатор додатково містить варикап, властивості якого залежать від управляючої напруги. Для одержання антен з певними технічними даними, як діелектричні резонатори використовують резонатори, які мають однакові за величиною діелектричні і (або) магнітні проникності. У іншому варіанті виконання, для одержання антен з іншими характеристиками, як діелектричні резонатори використовують резонатори, які мають різні за величиною діелектричні і (або) магнітні проникності. У переважному варіанті виконання, для ще більшого підвищення коефіцієнта підсилення, антена додатково забезпечена діелектричною стержневою антеною - точка збудження якої суміщена з центром першого діелектричного резонатора, а також лінзовою антеною опуклою стороною зверненої до хвилеводу перерізу, що збільшується. Це значно підвищує ефективність та забезпечує високу вибірковість антени. Відстань від опуклої сторони лінзової антени до краю широкої частини хвилеводу перерізу, що збільшується, може лежати в межах від 2 до 20мм. Для забезпечення узгодженості дій складових антену частин, зовнішня поверхня лінзової антени виконана з одного боку у вигляді опуклої сфери, а з другого боку у вигляді - конуса з малим кутом при вершині, причому сферична частина лінзової антени зістикована, основою конічної частини. На Фіг.1 представлена діелектрична антена в загальному вигляді. 4 На Фіг.2 представлена діелектрична антена у варіанті виконання за п.5 формули. На Фіг.3 показана амплітудно-частотна характеристика антени. Антена містить хвилевід постійного перерізу 1 закорочений металевою мембраною 2. в отворі якої встановлений перший (активний) діелектричний резонатор 3 і 4, 5...n пасивних діелектричних резонаторів встановлених уздовж осі хвилеводу постійного перерізу 1. Хвилевід перерізу, що збільшується, 6 своєю вузькою частиною пов'язаний з хвилеводом постійного перерізу 1, при цьому фокус хвилеводу перерізу 6. що збільшується, суміщений з центром першого діелектричного резонатора 3. Діелектрична стержнева антена 7 встановлена уздовж осі хвилеводу постійного перерізу 1, точка збудження якої суміщена з центром першого діелектричного резонатора 3. Лінзова антена 8 також розташована уздовж осі хвилеводу постійного перерізу 1, причому відстань від лівого краю лінзової антени 8 до краю широкої частини хвилеводу перерізу 6, що збільшується, складає від 2 до 20мм. Працює діелектрична антена таким чином. При передачі сигналів електромагнітні хвилі розповсюджуються в хвилеводі постійного перерізу і збуджують коливання в першому діелектричному резонаторі 3. Ці коливання синфазно складаються у напрямі випромінювання завдяки вибраним відстаням розміщення наступних (пасивних) діелектричних резонаторів. Оскільки діелектричні резонатори налаштовані на певну резонансну частоту - f 0, то вони збуджуються тільки на цій резонансній частоті і не вносять додаткового фазового зсуву в перевипромінюване поле. Хвилевід 6 перерізу, що збільшується, забезпечує формування рівномірного електромагнітного поля. що впливає на пасивні діелектричні резонатори. При цьому завдяки сполученню фокусу хвилеводу перерізу, що збільшується, 6 з місцем розташування центру першого діелектричного резонатора 3, забезпечується узгодженість дій діелектричних резонаторів з електромагнітним полем від хвилеводу перерізу, що збільшується, і збільшується коефіцієнт посилення діелектричної антени. Робота діелектричної антени в окремому випадку виконання, представленому на Фіг.2 відбувається таким чином. При передачі (прийомі) сигналу одна частина (основна) електромагнітної енергії хвиль випромінювана першим (активним) діелектричним резонатором 3, збуджує коливання основного типу послідовно в резонаторах 4, 5...n. Оскільки діелектричний резонатор, розташований в просторі, на резонансній частоті не вносить додаткового фазового зсуву в перевипромінюване їм поле по відношенню до збуджуючої його хвилі, то фазові співвідношення коливань в пасивних резонаторах 4, 5...n однозначно визначаються її віддаленням від резонатора-збудника. Тому при поширенні в осьовому напрямі радіохвилі від активного резонатора синфазно складаються з 5 30282 хвилями, перевипромінюваними пасивними діелектричними резонаторами. При цьому хвилевід 6 перерізу, що збільшується, забезпечує формування рівномірного електромагнітного поля. що впливає на пасивні діелектричні резонатори і лінзову антену 8. Інша частина електромагнітної енергії, перевипромінюваної пасивними діелектричними резонаторами, заломлюється в діелектричній стержневій антені 7 (відповідно до законів заломлення і з урахуванням діелектричної проникності матеріалу стержневої діелектричної антени), попадає в лінзову антену 8, де також заломлюється з урахуванням діелектричної проникності матеріалу і виходить в простір, сформувавши при цьому пучок паралельних променів, тобто рівномірне електромагнітне поле. Оскільки активний діелектричний резонатор 3 розташований у фокусі хвилеводу 6 перерізу, що збільшується, а також в точці збудження діелектричної стержневої антени 7, і при цьому відстань від краю широкої частини хвилеводу 6 перерізу, що збільшується, до лівого краю лінзової антени 8 вибрано в межах 2-20мм, то досягається узгоджена робота всіх елементів і тим самим досягається максимальне значення коефіцієнта посилення. У разі виконання зовнішньої поверхні лінзової антени з одного боку у вигляді опуклої сфери, а з другого боку у вигляді конуса з малим кутом при вершині принцип роботи пристрою не міняється, проте вдається одержати вищий коефіцієнт посилення. В процесі роботи пристрою його частотні характеристики визначаються резонансною частотою, на яку налаштовані діелектричні резонатори. У даній конструкції шар кожного резонатора і його матеріал вибираються однаковими, що забезпечує подібність їх резонансних частот і відповідну цій частоті деяку діаграму спрямованості. Ця діаграма дозволяє здійснити передачу (прийом) у вузькій смузі частот, яка визначає вибірковість діелектричної антени. Конструкція діелектричної антени забезпечує можливість передачі (прийому) хвиль однієї поляризації. Настройка на прийом сигналів потрібної поляризації забезпечується її просторовою орієнтацією. Перебудова антени з прийому сигналів однієї поляризації на прийом сигналів іншої поляризації здійснюється поворотом антени щодо її подовжньої осі на 90 градусів. При необхідності передачі (прийому) хвиль кругової поляризації використовують діелектричні резонатори, наприклад хрестоподібної форми. У разі потреби зміни характеристик антени, перший діелектричний резонатор додатково забезпечують варікапом, на який подають управляючу напругу. Вибір діелектричних або магнітних властивостей резонаторів забезпечу можливість отримання необхідної частотної характеристики. Запропонована конструкція діелектричної антени забезпечує більший коефіцієнт посилення, унаслідок введення додаткового елементу 6 хвилеводу перерізу, що збільшується, і забезпеченню узгодженості його дії з діелектричними резонаторами шляхом поєднання фокусу хвилеводу перерізу, що збільшується, з центром першого активного резонатора. Додаткова функціональна можливість - настройка антени, одержана завдяки введенню в перший діелектричний резонатор додаткової структури з можливістю зміни її властивостей. Використовування водній конструкції діелектричних резонаторів, хвилеводу спеціальної форми, лінзової і стержневої антен, і вибору їх взаємного розташування, а саме сполученню фокусу хвилеводу перерізу, що збільшується, і точки збудження стержневої антени з центром активного резонатора, а також вибору відстані між краєм широкої частини хвилеводу перерізу, що збільшується, з лівим краєм лінзової антени в заданих межах сприяє ще більшому підвищенню коефіцієнта посилення. Вибір форми поверхні лінзової антени також дозволяє забезпечити узгодженість дії частин, з яких складається антена. Можливість управління частотними властивостями діелектричної антени забезпечується як попереднім вибором параметрів резонаторів при її виготовленні, так і шляхом настройки додаткової структури при її експлуатації. Приклад амплітудно-частотної характеристики (Фіг.3) показує, що діаграма спрямованості перекриває вузьку смугу частот по відношенню до резонансної частоти на яку налаштована антена, забезпечує високу вибірковість пропонованої діелектричної антени і відповідно її високу перешкодозахисну.