Антенный излучатель
ANTENNA RADIATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области антенной техники, в частности к конструкциям из антенных элементов, предназначенным как для передачи, так и приема радиосигналов, и может быть использовано в радиолокационных станциях и комплексах.
Уровень техники
Известна «Малогабаритная СВЧ-антенна на основе метаматериала», защищенная патентом РФ № 2473157 (МПК H01Q9/00, опубл. 20.01.2013 г., заявка № 2011146626 от 17.11.2011 г.).
Известная  малогабаритная СВЧ-антенна на основе метаматериала включает излучатель, диэлектрическую опору, которая расположена на излучателе, а также метаматериал, расположенный на диэлектрической опоре. При этом метаматериал выполнен в виде слоистой структуры с идентичными поперечными размерами с излучателем и диэлектрической опорой. Поперечные размеры метаматериала не превышают длину волны. Излучатель состоит из: металлического экрана; диэлектрической подложки; металлической накладки; фидерной линии для подачи питания. При этом на металлическом экране расположена диэлектрическая подложка, на которой расположена металлическая накладка. Фидерная линия для подачи питания электрически соединена через отверстие в металлическом экране и диэлектрической подложке с металлической накладкой. Известная  малогабаритная СВЧ-антенна на основе метаматериала позволяет уменьшить массогабаритные характеристики СВЧ-антенн при одновременном сужении диаграммы направленности, но не обеспечивает получение требуемой формы диаграммы направленности антенного излучателя.
Известна «Дипольная антенна» по патенту РФ на изобретение № 2546069 от 27.12.2014 (МПК H01Q9/00, опубл. 27.12.2014 г., заявка № 2013128555 от 21.06.2013 г.).
Известная дипольная антенна содержит корпус, симметрирующее устройство с диэлектрическим заполнителем, ортогональные дипольные излучатели, коаксиальные запитывающие линии, отражающий экран, микрополосковый неразвязанный делитель с фазосдвигающей линией 90° и РЧ-соединитель с кабелем. Излучающие плечи дипольного излучателя выполнены за одно целое с корпусом в виде призм с основаниями из прямоугольных треугольников. Крестообразное симметрирующее устройство с диэлектрическим заполнителем прорезано в первом торце корпуса между ортогональными дипольными излучателями. Отражающий экран расположен во втором торце корпуса с микрополосковым не развязанным делителем с фазосдвигающей линией 90°. Он связан с коаксиальными запитывающими ортогональные дипольные излучатели линиями. РЧ-соединитель с кабелем подключен к входу микрополоскового делителя. Техническое решение прототипа улучшает конструкцию дипольной антенны за счет упрощения конструкции плечей дипольного излучателя и повышает надежность конструкции за счет уменьшения количества конструктивных элементов, а также дает возможность изготовления излучающих плечей и корпуса дипольной антенны из одной металлической болванки при помощи токарно-фрезерных операций. Недостатком указанного решения является то, что оно не обеспечивает получение требуемой формы диаграммы направленности и уменьшение боковых лепестков антенны. Кроме того, она не позволяет выполнять печатные металлизированные рисунки на поверхности диэлектрической подложки дипольного вибратора.
За ближайший аналог заявляемого изобретения может быть принято техническое решение по заявке РФ на изобретение № 2014115426 от 17.04.2014 «Совмещенная микрополосковая антенна» (МПК H01Q9/00, опубл. 27.10.2015 г.).
Согласно указанному техническому решению совмещенная многовибраторная микрополосковая антенна состоит из объединенных в симметричные вибраторы пар плеч. Пары плеч вибраторов выполнены в виде тонкого слоя металла, нанесенного на непроводящую подложку. Пары плеч вибраторов имеют различные размеры. Большие плечи имеют полую форму, а плечи меньшего размера целиком размещаются внутри плеча большего размера. Техническое решение прототипа упрощает конструкцию микрополосковой антенны за счет нанесения металла на непроводящую подложку. Но совмещенная многовибраторная микрополосковая антенна прототипа не обеспечивает получение требуемой формы диаграммы направленности и уменьшение боковых лепестков антенны.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании антенного излучателя с требуемой формой диаграммы направленности, и в обеспечении экономичности при его изготовлении.
Техническим результатом от использования заявляемого изобретения является получение требуемой формы диаграммы направленности и уменьшение боковых лепестков антенного излучателя.
Технический результат от использования заявляемого изобретения достигается тем, что антенный излучатель включает фланец и два полуволновых дипольных вибратора (далее по тексту - вибратора). Каждый вибратор снабжен диэлектрической подложкой с металлизацией, питающей полосковой линией (далее по тексту - питающей линией) и группой контактов подключения приемо-передающей аппаратуры. Фланец антенного излучателя в плане выполнен в форме круга, который составлен из секторов плоских пластин с отбортованными по краям вдоль радиуса кромками. Диэлектрическая подложка каждого вибратора выполнена плоской. Металлизация на диэлектрической подложке выполнена, по меньшей мере, из пары металлизированных рисунков, нанесенных первый на лицевой стороне и второй на тыльной стороне диэлектрической подложки. При этом первый металлизированный рисунок выполнен из двух шлейфов, каждый из которых снабжен плечом и полосой, освобожденной от металлизации. Второй металлизированный рисунок выполнен из одного шлейфа, который снабжен двумя симметричными разнонаправленными плечами. Причем шлейфы вибраторов размещены вдоль продольной оси антенного излучателя. В шлейфах сквозь диэлектрическую подложку выполнены верхние переходные отверстия под элементы соединения металлизированных рисунков и нижние переходные отверстия под элементы крепления вибраторов к фланцу. Питающая линия протянута в освобожденной от металлизации полосе шлейфов первого металлизированного рисунка каждого вибратора. Группа контактов подключения приемо-передающей аппаратуры каждого вибратора включает расположенные вблизи друг от друга в области нижней части первого металлизированного рисунка центральный контакт, который соединен с исходной точкой питающей линии, и боковые контакты. Боковые контакты соединены соответственно с каждым из шлейфов первого металлизированного рисунка, и со шлейфом второго металлизированного рисунка. Кроме того, плоскости вибраторов соединены между собой крестообразно и установлены между стенками отбортованных кромок секторов перпендикулярно плоскости фланца с возможностью электрического контакта посредством элементов крепления, которые размещены в нижних переходных отверстиях вибратора, совмещенных с отверстиями отбортованной кромки секторов фланца.
Краткое описание чертежей
Заявляемое изобретение поясняется на следующих фигурах:
фиг.1 – дипольный вибратор при общем виде антенного излучателя;
фиг.2 – дипольный вибратор при виде антенного излучателя сзади;
фиг.3 – антенный излучатель с крестообразно соединенными первым и вторым дипольными вибраторами при виде сверху;
фиг.4 – группа контактов подключения приемо-передающей аппаратуры дипольного вибратора (фрагмент в увеличенном виде).
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 – первый вибратор;
2 – второй вибратор;
3 – первый металлизированный рисунок вибратора;
4 – второй металлизированный рисунок вибратора;
5 - диэлектрическая подложка вибратора;
6 – первый шлейф первого металлизированного рисунка вибратора;
7 – второй шлейф первого металлизированного рисунка вибратора;
8 - плечо первого шлейфа первого металлизированного рисунка вибратора;
9 - плечо второго шлейфа первого металлизированного рисунка вибратора;
11 – полоса шлейфа первого металлизированного рисунка вибратора;
12 - шлейф второго металлизированного рисунка вибратора;
13 - плечо второго металлизированного рисунка вибратора;
14 – верхние переходные отверстия вибратора;
15 – нижние переходные отверстия вибратора;
16 - питающая линия вибратора;
17 - центральный контакт;
18 - первый боковой контакт;
19 - второй боковой контакт;
20 - фланец;
21 - сектор фланца;
22 - отбортованная кромка сектора фланца;
23 - отверстия отбортованной кромки секторов фланца;
24 - отверстия фланца крепления антенного излучателя;
25 - накладка с прорезями;
26 – группа контактов.
Осуществление изобретения
Антенный  излучатель в составе РЛС предназначен как для передачи, так и приема радиосигналов, обеспечивающих контроль вывода и посадки ракетоносителей и космических аппаратов.
Антенный  излучатель состоит из фланца и крестообразно соединенных двух плоских печатных полуволновых дипольных вибраторов (вибраторов) 1 и 2, плоскости которых пересекаются под углом 90° для обеспечения двух приемно-передающих каналов с ортогональной поляризацией 45° относительно продольной оси антенного излучателя.
Антенный излучатель содержит первый вибратор 1 и второй вибратор 2. Каждый из вибраторов включает диэлектрическую подложку 5, которая выполнена плоской. Изготовление плоской диэлектрической подложки может быть обеспечено, например из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. На лицевой и тыльной стороне поверхности диэлектрической подложки 5 вибратора выполнена посредством печати пара металлизированных рисунков 3 и 4.
Один из пары печатных металлизированных рисунков 3, выполненный на лицевой стороне поверхности диэлектрической подложки 5 вибратора, имеет два шлейфа 6, 7. Каждый из шлейфов 6, 7 снабжен соответственно сопряженным с ним одним плечом 8, 9 и полосой, освобожденной от металлизации.
А второй печатный металлизированный рисунок 4, выполненный на тыльной стороне поверхности диэлектрической подложки 5 вибратора, включает один шлейф 12, который снабжен двумя симметричными разнонаправленными плечами 13. Плечи 8, 9, 13 целесообразно выполнить в форме параллелограммов.
В местах сопряжения плеч 8, 9, 13 со шлейфами, в верхней части шлейфов 6, 7, 12 каждого вибратора сквозь диэлектрическую подложку 5 выполнены верхние переходные отверстия 14 под элементы соединения металлизированных рисунков 3, 4 лицевой и тыльной сторон вибратора.
В зоне металлизации нижней части шлейфов 6, 7 с лицевой стороны диэлектрической подложки 5 и шлейфа 12 – c тыльной стороны диэлектрической подложки 5 вибратора сквозь диэлектрическую подложку выполнены нижние переходные отверстия 15 под элементы крепления, которые обеспечивают крепление вибраторов к фланцу 20 антенного  излучателя.
Шлейфы 6, 7 первого металлизированного рисунка 3, которые расположены на лицевой стороне диэлектрической подложки 5 вибратора 1, 2, имеют освобожденную от металлизации полосу 11. На шлейфе 12 второго металлизированного рисунка 4, расположенного на тыльной стороне дипольного вибратора 1, 2, в отличие от шлейфов 6, 7 первого металлизированного рисунка 3, освобожденная от металлизации полоса 11 шлейфа отсутствует.
Каждый из вибраторов снабжен питающей полосковой линией 16 (питающей линией). Питающие линии 16 первого и второго вибраторов 1, 2 идентичны. Питающая линия 16 как первого 1, так и второго вибратора 2 размещена и протянута в освобожденной от металлизации полосе шлейфов первого металлизированного рисунка 3 на лицевой стороне диэлектрической подложки 5 каждого вибратора. Она имеет Г-образную форму и содержит начальный участок, который расположен вдоль шлейфа 6, средний участок, расположенный поперек шлейфов 6, 7, и оконечный участок - вдоль шлейфа 7.
Каждый из вибраторов 1, 2 содержит группу контактов, которая обеспечивает подключение к приемо-передающей аппаратуре. Группа контактов подключения приемо-передающей аппаратуры каждого вибратора включает расположенные вблизи друг от друга в области нижней части первого металлизированного рисунка 3 центральный контакт 17 и боковые контакты 18, 19. Центральный контакт 17 соединен с исходной точкой питающей линии 16, а боковые контакты 18 и 19 соединены соответственно с нижней частью шлейфов 6, 7 первого металлизированного рисунка 3. При этом боковые контакты 18 и 19 соединены и с нижней частью шлейфа 12 второго металлизированного рисунка 4  c тыльной стороны диэлектрической подложки 5 вибратора.
При этом фланец 20 предусмотрен для крепления вибраторов 1 и 2 между собой. Он выполнен в плане в форме круга из четырех секторов плоских пластин 21 с отбортованными по краям вдоль радиуса кромками 22. На отбортованной кромке 22 вдоль радиуса секторов 21 фланца 20 выполнены отверстия 23 под элементы крепления вибраторов 1, 2 к фланцу 20 с обеспечением электрической связи секторов 21 фланца 20 с металлизированными рисунками 3 и 4 вибратора.
Кроме того, плоскости вибраторов 1 и 2 соединены между собой крестообразно. Они установлены между стенками отбортованных кромок секторов 21 перпендикулярно плоскости фланца 20 с возможностью электрического контакта посредством элементов крепления. Элементы крепления каждого вибратора 1, 2 размещены в нижних переходных отверстиях 15 вибратора, совмещенных с отверстиями 23 отбортованной кромки 22 секторов фланца 20. Крепление вибраторов 1, 2 к фланцу 20 через нижние переходные отверстия 15 и отверстия 23 отбортованной кромки 22 возможно, например, с помощью заклепок.
Для более жесткого крепления вибраторов 1 и 2 между собой предусмотрена накладка 25 с прорезями, размещенная в верхней части диэлектрической подложки 5 вибраторов вблизи продольной оси антенного излучателя. Накладка 25 может быть закреплена на вибраторах 1 и 2, например, с помощью клея.
Вместе с тем на поверхности секторов 21 фланца 20 выполнены отверстия 24 под элементы крепления антенного излучателя на силовой конструкции, полотне антенны. Силовая конструкция антенны на фигурах не показана.
На фиг.4 показан антенный излучатель, содержащий два крестообразно соединенных полуволновых дипольных вибратора 1 и 2 с одинаковой поляризацией, плоскости которых расположены вдоль продольной оси антенного излучателя.
При работе антенны на прием падающая электромагнитная волна возбуждает в дипольных вибраторах 1 и 2  антенного излучателя сигналы, которые поступают по питающим линиям 16 на контакты 17, 18, 19 и далее на приемное устройство (не показано).
Антенный излучатель, состоящий из крестообразно соединенных двух плоских полуволновых дипольных вибраторов, обеспечивает два приемно-передающих канала с ортогональной поляризацией 45° относительно продольной оси антенного излучателя.
При производстве форма выполнения дипольных вибраторов позволяет использовать технологию изготовления печатных плат, что упрощает процесс производства антенных излучателей.