Дзеркальна антена

Дзеркальна антена, що містить параболічний рефлектор, випромінювач і фідер, який підключений до випромінювача, що механічно з'єднаний з параболічним рефлектором і розташований у його фокусі, яка відрізняється тим, що рефлектор виконаний у вигляді короткофокусного параболоїда обертання з отвором у вершині, висота параболоїда є співмірною з діаметром його розкриву, причому в отвір параболоїда встановлений спіральний циліндричний неспрямований двокроковий випромінювач, що закріплений одним кінцем у вершині параболоїда, так щоб середина довжини випромінювача була розташована у фокусі параболоїда, за допомогою діелектричної втулки з різьбою і гайки, яка з'єднана з екраном фідера. Антена призначена для застосування в засобах радіолокації і зв'язку наземного, повітряного і космічного розташування, а також в радарах підповерхневого зондування, в умовах, що вимагають компактну конструкцію системи випромінювання з круговою поляризацією. Відомі дзеркальні антени різного типу, що відрізняються формою металевого дзеркального рефлектора і/або вібратора-випромінювача чи рупора-випромінювача. Гостроспрямована антена у формі параболоїда обертання з напівхвильовим вібраторомвипромінювачем чи з випромінювачем рупорного типу в фокусі параболоїда. Чисельні приклади антен цього типу наведені в публікаціях: 1) Пистолькорс А.А, Бахрах Л.Д., Курочкин A.IL Развитие отечественной антенной техники//Антенны, 1997, вып.1 (38). - С. 85-100; 2) Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика.М: Просвещение. - 1985. - С. 120-121; 3) Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970: пер. с англ. Под ред. К Л. Трофимова. Том 3. Радиолокационные устрой ства и системы (под. ред. А.С.Виницкого. - М.: Сов. радио. 1979. - С.7-8, 136, 197-198). Недоліками антени цього класичного типу є низька компактність конструкції, у зв'яжу із застосуванням довгофокусного рефлектора, а саме з необхідністю винесення випромінювача антени на велику відстань від дзеркала рефлектора. Антена для радара підповерхневого зондування [Пат. Російської Федерації №2158015, G01V 3/12, G01S 13/02, 2000] містить рупор круглого перерізу, в якому розміщені передавальний і два приймальні електроди. Передавальний електрод антени розміщений по радіусу рупора, один приймальний електрод -перпендикулярно до передавального, а другий приймальний електрод - навпроти. Антена забезпечує розміщення розкриву антени на поверхні землі під час її зондування. Недоліками цієї антени є занадто низька концентрація енергії електромагнітного поля, що суттєво знижує потенціальні можливості радара. З відомих дзеркальних антен найбільш близькою до антени, що пропонується, є параболічна мікрохвильова антена [Пат. США, №3718933, кл. 343-768 (H01q 13/00, 1973)], що вибрана як прото (19) UA (11) 94803 (13) C2 (21) a200910726 (22) 23.10.2009 (24) 10.06.2011 (46) 10.06.2011, Бюл.№ 11, 2011 р. (72) ДЕМ'ЯНЧУК БОРИС ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ДЕМ'ЯНЧУК ВІКТОРІЯ БОРИСІВНА (73) ДЕМ'ЯНЧУК БОРИС ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ДЕМ'ЯНЧУК ВІКТОРІЯ БОРИСІВНА (56) JP 62032712 A; 12.02.1987 GB 611248 A; 27.10.1948 US 6052090 A; 18.04.2000 JP 2001007636 A; 12.01.2001 FR 2602918 A1; 19.02.1988 US 3718933 A; 27.02.1973 RU 2158015 C2; 20.10.2000 UA 200901322 C2; 10.04.2009 UA 30945 U; 25.03.2008 3 тип. Прототип містить металевий рефлекторпараболоїд, випромінювач у вигляді двох суміщених пірамідальних рупорів, що розташовані один (передавальний) у іншому (приймальному). Відношення фокусної відстані до діаметра параболи дорівнює 0,4. Фазові центри рупорів суміщені з фокусом параболічного дзеркала. Менший рупор є винесеним вперед для зменшення затінку більшого рупора. Недоліками прототипу є, по-перше, низька компактність конструкції антени, по-друге, наявність екранування іншого рупора першим, потретє, обмеження застосувань для локації і зв'язку на літаках і космічних апаратах через відсутність кругової поляризації, яка можлива лише за умови значного ускладнення конструкції антени. Задачею, на рішення якої спрямований винахід, що пропонується, є така зміна елементів конструкції антени і їх розташування, при яких можливо збільшення компактності конструкції системи випромінювання і забезпечення випромінювань електромагнітної хвилі з круговою поляризацією шляхом застосування короткофокусного параболоїда і не спрямованого спірального випромінювача, що розташований у фокусі параболоїда. Для забезпечення вирішення цієї задачі у дзеркальній антені, що містить параболічний рефлектор, випромінювач і фідер, підключений до випромінювача, що механічно з'єднаний з параболічним рефлектором і розташований у фокусі параболічного рефлектора, згідно з винаходом, рефлектор являє собою короткофокусний параболоїд обертання з отвором у вершині, висота параболоїда є співмірною з діаметром його розкриву, в отвір параболоїда запроваджено спіральний циліндричний неспрямований двокроковий випромінювач, що закріплений одним кінцем у вершині параболоїда, так щоб середина довжини випромінювача була розташована у фокусі параболоїда, за допомогою діелектричної втулки з різьбою і гайки, яка з'єднана з екраном фідера. На фіг. 1 представлені особливості конструкції дзеркальної, параболічної, гостроспрямованої антени, що пропонується, де позначено: 1 - параболічний рефлектор у вигляді короткофокусного параболоїда обертання, 2 -випромінювач у вигляді спіральної циліндричної неспрямованої двокрокової антени, 3 - фідер, 4 - діелектрична втулка, 5 гайка. Параболоїд обертання 1 має висоту, що є співмірною з діаметром його розкриву, та отвір у вершині. В отвір параболоїда 1 запроваджено двокроковий спіральний неспрямований випромінювач 2. До випромінювача 2, який є просторовою спіраллю мідного проводу, підключений фідер 3. Випромінювач 2 закріплений, за допомогою діелектричної втулки 4 з різьбою і гайки 5, одним кінцем у вершині параболоїда 1, так щоб середина довжини випромінювача 2 була розташована у фокусі параболоїда 1. Гайка 5 з'єднана з екраном фідера 3. Функціонування антени. Вихідний сигнал фідера 3 подається на вхід випромінювача 2. Різниця фаз напруженості поля, який створюється між 94803 4 першим и другим витками спіралі випромінювача 2 для хвилі струму нульового типу у спіралі, з метою одержання в неї стоячої хвилі і створення діаграми спрямованості випромінювача 2 у формі тора у фокальній площині рефлектора-параболоїда обертання 1, дорівнює  . Тому центр тора розташовується у фокусі параболоїда, а форма такої діаграми випромінювача 2 точно збігається з формою параболоїда 1. Переріз діаграми спрямованості випромінювача 2, який має осьову довжину  , у площині, що перпендикулярна до фокальної площини параболоїда 1, а також переріз діаграми спрямованості дзеркальної антени, показано на фіг. 2. Завдяки співмірності висоти і діаметра розкриву параболоїда 1, втрати енергії випромінювача 2 зведені до мінімального рівня. Вид гостроспрямованого випромінювання у розкриві дзеркальної антени, що пропонується, показані на фіг. 3. Поляризація хвилі, що випромінюється при цьому, є круговою. Математичний опис в системі координат х, у, z (див. фіг. 3) форми елементів дзеркальної антени, що пропонується, та обґрунтування розмірів елементів конструкції антени доцільно здійснити на конкретному прикладі. Форма короткофокусного рефлекторапараболоїда обертання 1: 2 2 2 - загальна поверхня: z = (x + y )/r ; (1) 2 2 2 - переріз у площині z-x: z = х /(2р) = х h/r , де р - фокальний параметр. Форма спірального випромінювача 2, що має діаметр D: 2 -2 х = 0,5D cos  /[(D) /4 + (2  ) ]; 2 -2 у = 0,5D  sin  /[D /4 + (2  ) ]; (2) z =  /(2  ),  = 0,...,4  , Параметри спірального випромінювача 2: - довжина хвилі сигналу на вході випромінювача 2:  = 100 мм; - кількість витків спіралі (з кроком спіралі S =  /2): n = 2; - різниця фаз поля, що створюється між першим і останнім витками спіралі (з довжиною L кожного) для хвилі струму нульового типу:  0 = [2  /(  ) - 2  S/  ]  n =  ; (3) - довжина витка L, згідно з (3): L =  /(2n) + S; (4) - умови існування у спіралі хвилі струму нульового типу: L