Антенное устройство

АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО
Полезная модель относится к антенной технике, а именно к «коротким широкополосным антеннам, и может применяться в качестве антенны в системах радиосвязи, радиолокации, телевидения и радиовещания, а так же как поглотитель электромагнитных волн (ЭМВ).
Существует проблема уменьшения радиолокационной видимости объектов.
Известны поглотители электромагнитных волн поглощающего и интерференционного типов и их комбинации.
В известном поглотителе электромагнитных волн, включающем металлическую подложку и расположенные на ней слой диэлектрика и разнесенные по высоте двухмерные рещетки резонансных элементов. На внещней стороне каждого слоя расположены решетки резонансных элементов, первый слой соединен с  подложкой, а каждый последующий слой соединен с преяьщущим (см. патент России № 2119216 по кл. HO1Q 17/00).
Недостатком известного поглотителя является узкополосность. Увеличение полосы поглощения ЭМВ в сторону более длинных волн увеличивает их массогабаритные характеристики.
В качестве прототипа выбрана щирокополосная антенна (см. «Сверхширокополосные антенны. Перевод с английского /Под редакцией
HO IQ 9/00 HOIQ 17/00
Л.С.Бененсона М. Изд. «Мир 1964 г. стр. 416, стр. 399-402), выполненная в виде вибратора, состоящего из металлической прямоугольной пластины, установленной перпендикулярно проводящей поверхности, образующей противовес.
Это антенное устройство не обладает достаточно широкой полосой частот, в которой сохраняется форма диаграммы направленности. Также недостатком являются больщие габариты при использовании известной антенны в качестве самостоятельного антенного устройства, так как размеры противовеса должны быть не менее 1/2 максимальной рабочей длины волны. Задачей полезной модели является создание широкополосного антенного устройства, обладающего такими качествами как нулевое отражение электромагнитных волн, возможность пеленгации принимаемого сигнала, компактность антенного устройства.
Это достигается тем, что в антенном устройстве, состоящем из множества электропроводящих пластин, разделенных между собой диэлектриком, согласно полезной модели, каждая электропроводящая пластина выполнена в виде квадрата с длиной стороны отдельного квадрата, соответствующей условию
где  - длина волны в метрах;
dx - длина стороны квадрата в метрах;
а электропроводящие пластины упорядочены матричным способом в строки и столбцы, при этом одноименные стороны квадратов подключены к отдельной собственной шине, образуя двухпроводную линию из шин противоположных
(.cfc,
сторон квадрата, а каждая из двухпроводных линий подключена к собственной нагрузке.
В дальнейшем полезная модель поясняется описанием конкретных примеров выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг. 1 - изображает взаимное расположение векторов поля для электрического диполя, согласно полезной модели, в системе координат;
Фиг. 2 - пространственную тороидальную диаграмму направленности;
Фиг. 3, 4 - то же, в плоскости, перпендикулярной оси диполя;
Фиг. 5, 6 - то же в плоскости, проходящей через ось диполя;
Фиг. 7 - отдельную электропроводящую пластину, согласно полезной модели;
Фиг. 8 - подложку, согласно полезной модели;
Фиг. 9 - подложку, согласно полезной модели, разделенную на отдельные квадраты;
Фиг. 10 - электропроводящие пластины, согласно полезной модели, упорядоченные матричным способом в строки и столбцы;
Фиг. 11, 12 - электропроводящие пластины, согласно полезной модели,
, ,/ подключенные к двухпроводным линиям.
Разработка предложенной полезной модели основана на расчетах характеристик элементарного электрического диполя.
Элементарным электрическим диполем (греч. Di приставка, означающая дважды и греч. Polos- полюс) (диполем Герца) называют прямолинейный
проводник длиной dz, много меньшей, чем длина волны, X, вдоль которого амплитуда и фаза тока неизменны.
Из теории электромагнитного поля, создаваемого элементарным электрическим диполем, расположенным в однородной неограниченной среде вдоль оси Z, на произвольном расстоянии г фиг. 1
Zg-k-Idz
I j
:k-r (k-r) (k-r)4-71
Zg-k-Idz
dE,.
(k-r) (k-r)
2-71
dH, :
I  J
Ф4-7Г k-r (k-ry
Еф    0
Здесь dEe и dEr - меридианная и радиальная составляющие напряженности электрического поля, В/м;
dH - азимутальная составляющая напряженности магнитного поля, А/м;
I - комплексная амплитуда тока диполя. А;
dz - длина диполя, м; Idz - момент тока диполя;
(2-71)
/Q  -jk-r sin(0)-je -
/л -ik-r sin(9)-e
/л  -jk-r sin(0)-j-e
- коэффициент фазы (волновое число);
где Xo - длина волны в свободном пространстве;
- относительная диэлектрическая проницаемость среды;
ц - относительная магнитная проницаемость среды;
8а   БО - абсолютные диэлектрическая проницаемость среды;
|1а  M. Цо - абсолютные магнитная проницаемость среды;
ZB - волновое сопротивление среды, Ом;
j  е-- фазовый множитель;
J :  -1- мнимая единица;
W : 2  Л  /- круговая частота (число колебаний за 2я секунд);
г - радиальная координата;
0 - меридиональная координата;
ф - азимутальная координата;
Для перехода к мгновенным комплексам все выражения надо помножить .
Из выше перечисленных выражений следует, что диаграмма направленности электрического диполя (показано на фиг. 2, 3, 4, 5, 6) имеет наг равленпый характер по меридиональной составляющей (зависит от угла 9). Диаграмма направленности передающего и приемного диполя одинакова.
Комплексная амплитуда ЭДС, которая создается на входе приемного диполя под действием падающего из вне поля равна
Sdz-J- Z (e)
(Eпaдs(e)) dz
IdZp :
ZH-Z, ;2„.г.
где E пад - напряженность падающего электромагнитного поля;
ZH - сопротивление нагрузки;
Za - входное сопротивление антенны в режим передачи;
IdZp - ток приемного диполя;
Приемный диполь при согласованной нагрузки ZH  Za не имеет пассивного рассеивания (структурной или конструктивной составляющей поля рассеяния) ввиду его малых размеров по отнощению к длине волны. Так как вся
падающая на него энергия электромагнитного поля направляется на нагрузку (а
не излучает обратно в окружающую среду). Но в виду его малых размеров и
наводимый ток так же мал. Для повыщения тока до желаемого уровня необходимо применять множество элементарных диполей, подключенных между собой параллельно. Предлагаемое антенное устройство типа «Дипольное поле состоит из множества элементарных электропроводящих пластин, упорядоченных в матрицу, расположенных на диэлектрике и подключенных
между собой одноименными сторонами параллельными полосками (щинами),
образующими двухпроводную линию из соединительных полосок противоположных сторон двух соседних квадратов.
Квадратную пластинку из проводящего материала выбирают с длиной стороны намного меньще длины волны, чтобы вьшолнялось условие:
где X - длина волны в метрах; dx - длина стороны квадрата в метрах;
Эту пластину можно представить в виде двух элементарных диполей расположенных перпендикулярно друг другу (фиг. 7). Тогда рассматривать
необходимо площадь пластинки    Х-оу Разность потенциалов на контактных парах 1;2 и 3;4 зависит от направления вектора Пойнтинга падающей электромагнитной волны.
Общий ток дипольного поля будет равняться сумме токов всех отдельных диполей.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.
Дипольное поле легко получить на основе алюминиевой фольги. Алюминий А1 прекрасный проводник, а окись алюминия АЬОз прекрасный диэлектрик, легко получаемый с помощью электролиза на алюминии до желаемой толщины.
Таблица 1. Физические свойства алюминия
Таблица 2. Физические свойства окиси алюминия
В диэлектрике, помещенном в переменное электрическое поле, часть энергии поля переходит в тепловую. Тепловые потери пропорциональны тангенсу угла диэлектрических потерь P(BT)UwC tg5, где U-действующее значение синусоидального напряжения; w-круговая частота; С-емкость участка изоляции; tg5 IaKT/ IpeaKT -отношение активного и реактивного токов на участке изоляции.
С помощью литографии, электролиза и кислотного травления можно получить дипольное поле любых размеров и конфигураций. А так же для всего частотного диапазона вплоть до инфракрасных волн.
Дипольное поле строится следующим образом. Алюминиевая фольга (фиг 8) необходимой площадью покрывается с одной стороны окисью алюминия, методом электролиза и является подложкой, с другой стороны (фиг 9), с помощью литографии разграфляется на равномерные квадраты.
Химическим способом (например, соляной кислотой) убирается алюминий до окиси алюминия между квадратами, так чтобы квадраты не были замкнуты между собой. Затем (фиг 10) размечаются контактные пары, и покрывается окисью уже вторая сторона кроме контактных пар. После чего (фиг
о
11) соединяются одноименные контакты соседних квадратов упорядоченных в столбцы, методом наложения алюминиевой фольги с последующей литографией и химической обработкой, только теперь оставляются контактные полоски контактов 1 и 2. Затем соединительные полоски необходимо сплавить с контактами подложки. Так как температура плавления алюминия намного меньше температуры плавления окиси алюминия это возможно сделать путем нагрева подложки до требуемой температуры. Затем покрываются окисью уже соединительные полоски. Затем таким же образом (фиг 12) соединяются одноименные контакты соседних квадратов упорядоченных в строки 3 и 4. Так же соединяются одноименные контакты столбцов и строк. Соединительные полоски (шины) противоположных сторон квадратов образуют двухпроводную линию, и предназначены для пропускания необходимого количества электрического тока.
Размеры как дипольного поля в целом, так и отдельного дипольного квадрата и толшина диэлектрического покрытия (А12Оз) могут быть
различными в зависимости от предназначения (диапазона рабочих частот, рабочего электрического напряжения)
Антенное устройство, основанное на «Дипольном поле, может применяться в качестве антенны в системах радиосвязи, радиолокации, телевидения и радиовешания, а также как поглотитель электромагнитных волн (ЭМВ).
.(V/5/
направленности (фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6), а «дипольное поле представляет собой множество перпендикулярных между собой диполей, то, сравнивая амплитуды сигнала между перпендикулярными диполями плоскости «Дипольного поля и между разнонаправленными плоскостями можно определить точное направление падения волны. Радиолокатор одновременного сферического обзора строится по принципу пеленгатора, только пеленгуются отраженные сигналы собственного сферического облучателя.
Как поглотитель электромагнитных волн предложенная модель может использоваться в качестве гримирующей плоскости с малой радиолокационной заметностью (в военной авиации и военном морском флоте). Если нагрузкой приемного диполя является, к примеру, частотно-согласованный гасящий трансформатор, либо любое другое согласованное приемное устройство, то такой диполь можно рассматривать как плоскость с нулевым отражением электромагнитных волн. При этом дифракция проходящей волны на разных частях корпуса самолета (корабля) будет разной. Изменившая направление волна падает на обратную сторону корпуса, которая также покрыта не
отражающим «дипольным полем.
Далее распространяющаяся преломленная электромагнитная волна будет иметь очень малое значение вектора Пойнтинга в направлении, обратном к первоначальному распространению электромагнитной волны. Меньше собственных щумов существующих на сегоднящний день радиолокационных станций. Поэтому можно смело сказать, что объект, покрытый антенной типа «Дипольное поле частотно согласованной с нагрузкой, будет иметь нулевую
радиолокационную видимость в диапазоне частот ограниченной верхней частотой, для которых отдельный квадрат является диполем и параметрами нагрузки. Библиографические данные:
1.Драбник, Зуренко, КИСЛОЕ. «Антенно-фидерные устройства 1974г.;
2.«Антенны в режиме приема и измерения характеристик антенн Московский институт им. Серго Орджоникидзе.
Аверин, Аронзов «Таблица физических величин 1976г.;
3.Патент России JVb 2119216 «Поглотитель электромагнитных волн и способ его изготовления по классу HO1Q 17/00.
4.«Сверхширокополосные антенны. Перевод с английского под редакцией Л.С.Бененсона М. Р1зд. «МИР, 1964 г. стр. 416, стр. 399-402