Спосіб формування діаграми спрямованості радіоантени

Спосіб формування діаграми спрямованості радіоантени, що включає збудження на робочій поверхні просторового періодичного випромінювача поздовжніх високочастотних поверхневих біжу 3 24664 ние, 1967. - С. 422-464], що включає збудження на робочій поверхні просторового періодичного випромінювача поздовжніх високочастотних поверхневих бігучих радіохвиль з нерегульованими характеристиками та параметрами зовнішнього поля випромінювання, які розповсюджуються вздовж осі симетрії випромінювача, прийом високочастотного сигналу, підсилення, перебудову цього сигналу в низькочастотний інформаційний сигнал та відображення його на інформаційному індикаторі. Ознаками, спільними з рішенням, що заявляється є: збудження на робочій поверхні просторового періодичного випромінювача поздовжніх високочастотних поверхневих бігучи х радіохвиль, випромінювання на ціль, прийом високочастотного сигналу, підсилення, перебудова цього сигналу у низькочастотний інформаційний сигнал та відображення його на інформаційному індикаторі. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб формування діаграм спрямованості радіоантени, який шляхом використання елементарного просторового періодичного випромінювача з регульованим періодом зовнішнього поля випромінювання дозволяє отримувати в дальній зоні різні ДСА у тому числі і радіопеленгаційні ДСА та регулювати ширину смуги робочих частот радіоантени. Суттєвими ознаками способу, що заявляється, є: збудження на робочій поверхні елементарного просторового періодичного широкосмугового випромінювача поздовжніх високочастотних поверхневих бігучи х радіохвиль з регульованим періодом, підстроювання періоду випромінювача до періоду приймального високочастотного сигналу, перебудова його у низькочастотний інформаційний сигнал та відображення його на інформаційному індикаторі. Відмінними від прототипу ознаками є: додаткове регулювання періодів випромінювальних високочастотних поверхневих бігучи х радіохвиль, підстроювання періоду випромінювача до періоду приймального високочастотного сигналу, які здійснюють за допомогою елементарного періодичного випромінювача з регульованим періодом випромінювання. Спосіб дозволяє формувати в дальній зоні різні за шириною та формою промені ДСА, підстроювати період випромінювача до періоду приймальних хвиль, регулювати ширину смуги робочих частот радіоантени. Спосіб здійснюють таким чином: для отримання в дальній зоні різних за формами променів ДСА та ширини смуги робочих частот на робочій поверхні просторового елементарного періодичного випромінювача збуджують поздовжні широкосмугові поверхневі високочастотні бігучі радіохвилі, випромінюють їх у вільний простір, ефективний прийом високочастотних хвиль виконують підстроюванням періоду випромінювача до періоду приймального високочастотного сигналу, перебудовують його у низькочастотний інформаційний сигнал та відображення його на інформаційному індикаторі. Розширення і, навпаки, звуження смуги робочих коливань радіоантени досягається регулюван 4 ням довжини періодичного випромінювача. Менша частота діапазону ширини смуги робочих часто т в радіоантені досягається при найменшому періоді випромінювача і, навпаки, збільшення періоду випромінювача призводить до розширення загальної ширини смуги робочих частот радіоантени. Таким чином, регулювання періоду випромінювача дозволяє отримати в дальній зоні різні: - за шириною та формою промені ДСА, у тому числі і три класичні радіопеленгаційні ДСА; - за шириною смуги робочих частот; - коефіцієнти перекриття робочого діапазону за частотою. Теоретичне обґрунтування способу, що заявляється, базується на використанні статичної моделі, заснованої на відомому скалярному розрахунку за принципом Гюйгенса [Рудольф Кюн. Микроволновые антенны. Антенны сверхвысоких частот. Пер. с нем. В.И. Тарабарина и др. под ред.проф. М.П. Долуханова. - Л. С удостроение, 1967. - С. 422-426], в якому кожна точка поверхні випромінювача розглядається як елементарна точка-випромінювач високочастотних поверхневих бігучи х радіохвиль. Для різних періодів хвиль двох таких елементарних точок-випромінювачів, розташованих один від одного на відстані a вздовж осі симетрії випромінювача, існує відносна різниця фаз, а саме: 2pa Dj = (nz - cos J) ; (1) l0 Dj - відносна різниця фаз хвиль, що випромінюють дві протилежні симетричні елементарні точки-випромінювачі поверхневих хвиль, [б/розміру]; a відстань між двома точкамивипромінювачами поверхневих хвиль, [м]; l nz = 0 - статичний коефіцієнт скорочення lz хвилі; [б/розміру]; l0 - довжина поверхневих бігучи х радіохвиль у вільному просторі, [м]; lz - довжина хвилі, що розповсюджується вздовж осі симетрії випромінювача, [м]; J - кут, під яким здійснюються випромінювання на ціль, [град]. Якщо в статичну модель (1) з нерегульованим (стаціонарним) періодом випромінювання, h0=const, тобто зі стаціонарними характеристиками та параметрами зовнішнього поля випромінювання, внести заміну, яка врахує регулювання періоду хвиль, hu =var, то отримаємо динамічну модель, що характеризує формування різних ДСА, в тому числі й отримання трьох відомих класичних радіопеленгацій них ДСА, в яких довжина регульованого періоду hu є функцією довжини робочої поверхні випромінювача Lz, а саме: (2) hu =f(Lz), де: hu - довжина регульованого періоду випромінювального елемента вздовж осі симетрії випромінювача, [м]; Lz=(n-1)hu - довжина робочої поверхні самого періодичного випромінювача вздовж його осі си 5 24664 метрії, [м]; n - загальна кількість періодичних елементів, що випромінюють. З високою точністю можна розраховувати відповідне значення напруженості зовнішнього поля випромінювання в дальній зоні, яке створюють за допомогою лише одного елементарного просторового періодичного випромінювача з регульованим періодом, якщо припустити, що дальнє поле випромінювання формується шляхом інтегрування параметрів зовнішнього поля випромінювання окремих точок-випромінювачів, розташованих на двох протилежних бокових лініях робочої бокової поверхні випромінювача. Для розрахунку відносної напруженості електромагнітного поля, для кожної точки у дальній зоні, можна використовувати рівняння: é p æ s ù 0 ö ç ÷ sinê ç h (L ) ÷ - cos J ú æ pd ö ê l0 è u z ø ú ë û ÷ (3) , E(J ) = cosç ç l ÷ sin J é s0 ù è 0ø - cos Jú ê ë h u(L z ) û E(J) - відносне значення напруженості в дальній зоні, [б/розміру]; J - кут спостереження за ціллю, [град]; l0 - довжина поверхневих бігучи х радіохвиль у вільному просторі, [м]; s 0=pd - довжина одного витка періодичного випромінювача, [м]; hu - довжина регульованого періоду випромінювального елемента, [м]; d - діаметр елементарного періодичного випромінювача, [м]; Lz=(n-1)hu - довжина робочої поверхні вздовж осі симетрії періодичного випромінювача, [м]; n - загальна кількість витків періодичного просторового випромінювача. Розв'язанням рівняння (3) відносно довжини періоду hu , можна отримати розподіл напруженості електромагнітного поля в дальній зоні, а саме, різні ДСА, в тому числі й умови появи ДСА з радіопеленгаційними характеристиками, а також умови отримання різних за шириною смуг робочих частот радіоантени та її переміщення. На Фіг.1-3 наведено ДСА, які можна отримувати цим способом. На Фіг.4-6 наведено радіопеленгаційні ДСА, які можна отримувати цим способом. Ширину смуги робочих хвиль на рівні 0,5 потужності розраховують по відомій формулі: Dl0,5=(l2-l1) 0,5 , (4) де: Δl0,5 - загальна ширина смуги робочих частот на рівні 0,5 потужності, МГц; l2, l 1 - максимальна та мінімальна довжина хвилі в робочій смузі частот, МГц. Розрахунок максимальної та мінімальної частоти робочої смуги частот на рівні 0,5 потужності здійснюють за формулою, а саме: (li )0,5 = 2pa[2n(1- sina)] , (5) k i[(2n + 1)cos a ] де: a відстань між двома точками 6 випромінювачами поверхневих хвиль, [м]; n - загальна кількість періодів періодичного просторового випромінювача; a - кут підйому переднього фронту хвилі, [град]; k - коефіцієнт скорочення довжини хвилі (для мінімальної довжини хвилі в смузі робочих частот k=2/154, для максимальної - k=0,463). Приклад конкретного виконання Випромінювальний елемент радіоантени виконаний у вигляді нерегулярної просторової однозаходної дротової циліндричної спіралі з регульованим періодом випромінювання поверхневих високочастотних бігучи х радіохвиль, що має такі характеристики та параметри: - радіус робочої поверхні періодичного випромінювача, a=0,05м; - кількість періодів просторового періодичного випромінювача, n=10; - діапазон регулювання кута підйому переднього фронту поверхневих бігучих хвиль: від a min=1°, до a mах=15°; - діапазон регулювання періоду періодичного випромінювача: від hmin=0,005м, при a=1° до hmax=0,084м, при a=15°; - діапазон регулювання довжини робочої поверхні періодичного випромінювача від Lz=0,0495м (для hmin=0,005м), до Lz=0,756м (для hmax=0,084м). На Фіг.7 наведено загальну ширину смуги робочих частот ΔF1 , яка розрахована для довжини робочої поверхні випромінювача Lz=0,0495м і a=1°. Максимальна ширина смуги в цьому випадку складає: ΔF1=2200-470=1730МГц. При збільшенні довжини робочої поверхні випромінювача до Lz=0/756м і до a=15°, ширина смуги робочих частот ΔF2 переміщується і становить ΔF2=2820610=2210МГц. У першому випадку коефіцієнт перекриття діа2200 пазону по частоті складає: Кп1 = , у другому 470 2820 Кп2 = . Це свідчить про те, що збільшення 610 кута a від 1° до 15° призводить також до значного розширення смуги робочих частот, але коефіцієнт перекриття робочого діапазону радіоантени по частоті в обо х випадках фактично не змінюється. Що стосується загального розширення смуги робочих частот, як свідчить Фіг.3, то вона перекриває значно більшу ширину смуги робочих частот, а саме: ΔFзаг=2820-470=2350МГц. В даному випадку загальний коефіцієнт перекриття смуги робочих 2820 частот збільшується до Кзаг = = 6,0 , що під470 тверджує можливість існування умов щодо подальшого збільшення прогнозованого розширення смуг робочих частот до 10-20 і більше (така ж сама антена, але без регулювання періоду періодичного випромінювача, має загальний коефіцієнт перекриття лише 1,5-2,3). Заявлений спосіб дозволяє працювати в широкому діапазоні робочих частот, а саме, від 0,9 до 3,0ГГц., що дозволяє конструювати сучасні широкосмугові, малогабаритні (радіоантена використо 7 24664 вує лише один елементарний випромінювач на увесь діапазон частот), економічні, надійні, багатофункціональні радіотехнічні системи нового покоління. Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 8 Спосіб не потребує використання дорогого обладнання та значних коштів для впровадження таких антен у сучасні та майбутні радіотехнічні системи спеціального призначення тощо. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601