ТРУБЧАТЫЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ ДЛЯ ЗЕРКАЛЬНЫХ АНТЕНН

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в технике СВЧ, в частности в технике спутникового телевидения.
Одним из типов антенн при приеме радиоволн сверхвысоких частот являются зеркальные антенны, состоящие из зеркального отражателя и приемного блока.
Отражатель обычно делают параболической формы, а приемный блок - это приемный штырь размером четверть длины волны, который установлен в волновод.
Отраженный от зеркала сигнал, поступаете в волновод и далее на приемный штырь и кабель. Недостатком такого приема является то, что срез волновода, имеет диаграмму направленности шире, чем геометрический размер антенны и значительная часть энергии не приходит в волновод.
Для устранения этого, на конце волновода должен стоять облучатель, который формирует диаграмму направленности оптимальную для конкретной антенны.
В последнее время получили распространение диэлектрические облучатели, которые представляют собой диэлектрический стержень вставленный в волновод [Патент RU 2092941].
Сущность изобретения: облучатель параболической антенны состоит из открытого конца круглого волновода с фланцем и диэлектрической линзы в виде тела вращения, при этом в диэлектрической линзе вдоль ее оси выполнено углубление в виде конуса, основание которого совмещено с плоскостью раскрыва, причем его диаметр dк выбран из соотношения 0,7 dк 2, где - рабочая длина волны, а угол к при вершине конуса - из соотношения 60° к 110°.
Часто еще используют не просто стержень, а стержень немного заточенный на конус.
Однако, расчеты и экспериментальные исследования, показывают, что для формирования оптимальной диаграммы необходимо изготавливать диэлектрическую структуру очень сложной формы, получить которую можно только экспериментально.
Известен также трубчатый диэлектрический облучатель для зеркальных антенн [Патент RU 90936 U], имеющей круглый волновод, отличающийся тем, что в волновод вставлен цилиндрический облучатель, состоящий из не менее двух трубок, вставленных друг в друга с возможностью сдвижения относительно друг друга, причем наружный диаметр меньшей трубки равен внутреннему диаметру большей. На волноводе может быть установлен отражающий фланец диаметром 0.7-1.0 длины волны. Данный облучатель выбран за прототип.
Недостатком этого облучателя является то, что трубки имеют между собой зазор, и при работе на открытом воздухе, через этот зазор может попасть влага внутрь волновода. Для предотвращения этого, поверх облучателя обычно устанавливают защитный кожух, однако это вносит потери в СВЧ сигнал.
Кроме того трубки со временем от вибрации, могут смещаться друг относительно друга, и относительно волновода, нарушая настройку облучателя.
Кроме того диэлектрики (полиэтилен, полипропилен и фторопласт) обладают достаточно высоким коэффициентом теплового расширения, параметра характеризующего относительную величину изменения объема или линейных размеров с увеличением температуры. Этот параметр у диэлектриков, обычно, выше чем, у алюминия или меди, материалов из которых, обычно, изготавливают волноводы. Это приводит к тому, что при повышении температуры, волновод испытывает значительное давление со стороны диэлектрического облучателя, вставленного внутрь волновода, что может приводить даже к разрыву тонкостенного волновода. При понижении температуры, облучатель может выпасть из волновода, или в, образовавшуюся между волноводом и облучателем, щель, может попасть влага.
Технический результат: обеспечивается исключение попадания влаги внутрь волновода без потребности в использовании защитного кожуха, т.е. без потерь в СВЧ сигнале, а также исключения выпадения диэлектрического облучателя из волновода при повышении температуры, и исключения избыточного давления на волновод, со стороны диэлектрического облучателя, при понижении температуры.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что облучатель, состоящий из круглого волновода с отражающим гладким флянцем диаметром равным длине волны, в волновод установлен диэлектрический цилиндрический облучатель, состоящий из трубок, вставленных друг в друга с возможностью сдвижения относительно друг друга, причем наружный диаметр меньшей трубки равен внутреннему диаметру большей, отличающийся тем, что сам облучатель выполнен состоящим из двух смещающихся относительно друг друга половинок, где в одной половинке соединены все четные трубки, а во второй половинке соединены все нечетные трубки, причем в обоих половинках спереди и сзади трубки имеют глухое соединение таким образом, что соединенными оказываются трубки с чередованием размера "через один" и обе половинки могут вставляться друг в друга так, что они образует единое цилиндрическое тело; при этом переднее соединение трубок формируют "нос" облучателя в виде конуса или цилиндрической ступенчатой структуры, а другое соединения формирует "хвост" облучателя либо в виде конуса, либо в виде цилиндрической ступенчатой структуры. Одна из половинок облучателя выполнена с возможностью фиксироваться за волноводный флянец с помощью выступа на внутренней поверхности самой внешней трубке облучателя. Кроме того, длина ступенек, цилиндрической ступенчатой структуры, со стороны хвоста, равна четверти волны, при каждом двухкратном понижении диаметра, начиная с диаметра равным диаметру волновода. Кроме того, "нос" облучателя выполнен в виде конуса с углом раскрыва 90-120 градусов. Кроме того, в качестве материала облучателя использован полиэтилен или полипропилен, или фторопласт. Кроме того, передняя часть облучателя для разных углов раскрыва антенны выполнена с возможностью изменяемой длины, и меняться в зависимости от того, с какой антенной работает облучатель, при этом внутренняя часть облучателя может не меняться. Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 показано конструктивное устройство облучателя со вставкой в волновод, где 1 - волновод, 2 - фланец, 3 - цилиндрический облучатель, 4 - внутренние трубки облучателя, 5 - выступ. На Фиг.2 показан облучатель отдельно от волновода с разделением половинок (а) и в рабочем состоянии (б).
Смещение ступенек, хвоста и носа облучателя подбирается экспериментально, или может быть равным четверти длины волны.
Одна половинка облучателя (3) установлена непосредственно в волновод (1), для фиксации в волноводе (чтобы облучатель не проваливался) у него есть ограничительная фаска. Диаметр той части облучателя, которая вставлена в волновод, немного меньше диаметра волновода, и не оказывает на него давления, даже в случае значительного повышения температуры.
Вторая половинка надевается на первую и может фиксироваться, например, за волноводный флянец (2) с помощью выступа (5) на внутренней поверхности самой внешней трубке облучателя (3).
При повышении температуры, трубчатая конструкция самой внешней трубки, не позволяет соскакивать с флянца, так как трубка обладает пружинным эффектом. При понижении температуры, облучатель не оказывает сильного давления на волновод, как за счет пружинного эффекта трубчатой структуры, так и за счет того, что давление приходится на более жесткий флянец.
Гладкий флянец, кроме функции крепления облучателя, выполняет роль отражателя, волны, не попавшей в волновод,
Отразившись от волноводного флянца, эта поверхностная волна складывается в противофазе с падающей волной, что исключает создания бегущей волны по оси излучения.
Для создания режима полного гашения отраженной от флянца волны, подбирается длина, диаметр и диэлектрическая проницаемость наружной трубки облучателя, так, чтобы сложение на срезе волновода, происходило в противофазе.
За счет предложенной формы, а также отсутствия потребности в защитном кожухе, упрощается конструкция облучателя. Однако, фиксация за волноводный флянец может быть осуществлена и иными способами, например, выполнением защелки на флянце, фиксирующей внешнюю трубку.
За счет того, что передняя часть облучателя съемная, то для разных углов раскрыва антенны, эта часть может иметь разную длину, и меняться в зависимости оттого, с какой антенной работает облучатель, при этом внутренняя часть облучателя может не меняться. Диаметр облучателя, число трубок (4), и их длина - определяют исходя из требуемого закона распределения напряженности поля в раскрыве антенны и эти параметры подбираются экспериментально.
Для работы облучателя с малыми потерями в диапазоне СВЧ он может быть выполнен из такого материала, как например, полиэтилен, полипропилен или фторопласт.
Технологически, половинки облучателя изготовлены литьем под давлением.
Литьевая форма изготавливается после того как экспериментально определены его размеры.
Заявленный облучатель в каждой половинке которого использовано по три трубки очень эффективен для офсетных антенн применяемых в спутниковом телевидении.
Вместо самой тонкой трубки целесообразно использовать диэлектрический стержень. Со стороны носа - конус с углом раствора - около 90-120 градусов, со стороны хвоста трехступенчатая цилиндрическая структура со смещение каждой ступеньки - в четверть длины волны, при каждом уменьшении диаметра в два раза, начиная с диаметра равным диаметру волновода. Возможно, также, использование различных кольцевых «юбочек» - небольших трубчатых выступов, для коррекции диаграммы направленности.