Антенная насадка

Назначение
Полезная модель относится к радиотехнике, а именно, к антенной технике и технике антенных измерений дециметрового диапазона с эллиптической поляризацией, может быть использована в качестве элемента при комплексных испытаниях радиопередающей и радиоприемной аппаратуры на космическом аппарате (КА).
Уровень техники
Антенные насадки широко используются при комплексных испытаниях радиоаппаратуры в частности на КА. Данный тип антенных насадок обеспечивает высокую повторяемость характеристик, хорошую технологичность, низкую стоимость изготовления. Антенная насадка способна работать с антеннами радиосистем левой или правой эллиптической поляризации.
Известна антенная насадка по изобретению РФ №2699237.
Насадка для антенны летательного аппарата содержит коаксиальный соединитель, экранирующий корпус, внутри которого расположены проводящая втулка, установленная при помощи изолятора соосно экранирующему корпусу, и элемент связи, электрически соединенный с коаксиальным соединителем согласно изобретению экранирующий корпус выполнен открытым с одного торца, изолятор и втулка размещены под элементом связи, установленным перпендикулярно оси насадки и выполненным в виде печатной платы с двумя проводниками, расположенными в одной плоскости и изогнутыми под углом 90° с образованием попарно равных коротких и длинных отрезков, длина и ширина которых выбраны таким образом, чтобы разность фаз токов в них составляла 90°, при этом место изгиба одного проводника соединено с центральным проводником коаксиального соединителя, продольная ось которого параллельна оси корпуса, а место изгиба другого проводника - с втулкой, в которой вдоль по направлению к коаксиальному соединителю выполнен срез для осуществления симметрирования токов, при этом коаксиальный соединитель установлен соосно насадке.
Недостатком данной насадки является малая широкополосность.
Известна антенная насадка для штыревой антенны по изобретению РФ №2725015.
Антенная насадка для штыревых антенн представляет собой металлический экранирующий металлический корпус цилиндрической формы, который крепится к основанию бортовой штыревой антенны при помощи резьбового соединения.
Недостатком данной антенны является невозможность использования со спиральными антеннами круговой поляризации.
Известна антенная насадка по изобретению РФ №2574286. АН представляет собой металлический экранирующий корпус формы прямоугольного параллелепипеда, выполненного из алюминия АМг6 толщиной 3 мм, стенки которого обклеены пластинами радиопоглощающей резины ХВ 3.2. Выбранный радиопоглощающий материал обладает резонансными свойствами и имеет наибольшее поглощение в области более высоких частот, поэтому излучаемая мощность максимально передается через элемент связи антенной насадки.
Недостатком данной насадки являются высокая сложность изготовления и настройки, а так же высокий коэффициент стоячей волны (КСВ) насадки.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является изобретение, взятое за прототип №2699237.
Насадка для антенны летательного аппарата содержит коаксиальный соединитель, экранирующий корпус, экранирующий корпус выполнен открытым с одного торца, элемент связи, установленный перпендикулярно оси насадки и выполненный в виде печатной платы, а коаксиальный соединитель установлен соосно насадке.
Ее недостатком является малая широкополосность, что не позволяет реализовать заданные значения КСВ.
Целью заявляемой полезной модели является обеспечение заданных показателей электрических характеристик АФУ при упрощении конструкции антенной насадки дециметрового диапазона с круговой поляризацией.
Заявляемое решение направлено на получение следующего технического результата:
значение КСВ на входе насадки не более 1,5
значение КСВ на входе АФУ не более 1,6;
затухание между входом насадки и входом АФУ не более 30 Дб.
Раскрытие полезной модели
Антенная насадка включает в себя экранирующий корпус цилиндрической формы, один торец которого открыт и имеет конструктивную возможность установки и закрепления насадки над рабочей антенной летательного аппарата, например, фланец с отверстиями под крепеж.
На другом торце корпуса насадки соосно установлен коаксиальный соединитель с центральным проводником. Внутри корпуса перпендикулярно его оси установлен элемент связи в виде плоского излучателя, выполненного на печатной плате.
Плоский излучатель является вспомогательной антенной, служащей нагрузкой для передающей антенны и источником сигнала для приемной антенны. В данном случае этот плоский излучатель является однозаходной спиралью, выполненной на печатной плате из фольгированного диэлектрика. Выбор формы спирали обусловлен простотой конструкции, однонаправленным излучением, хорошей эллиптичностью в широком диапазоне частот, отсутствием необходимости в симметрирующем устройстве.
Сущность полезной модели заключается в том, что экранирующий корпус по вертикали разделен на две зоны плоским излучателем, при этом нижняя зона - полая, а верхняя содержит аттенюатор, установленный на торце корпуса насадки, электрически соединен с центральным проводником коаксиального соединителя и началом спирали излучателя, конец которой через согласующий резистор закорочен на корпус антенной насадки.
Аттенюатор выполнен на базе двух последовательно соединенных резисторов, один из которых размещен на оси насадки между центральным проводником и началом спирали излучателя, а второй заключен в собственный корпус, обеспечивающий возможность закрепления на корпусе насадки и соединен с центральным проводником и «землей».
Аттенюатор позволяет в широком диапазоне частот иметь хорошее согласование как по выходу антенной насадки, так и по входу испытываемой антенны.
Согласующий резистор служит для снижения отражений от конца спирали.
Антенна представляет собой однозаходную плоскую спираль, выполненную на печатной плате из фольгированного диэлектрика (стеклотекстолит) толщиной 2 мм. Спираль Архимеда определяется уравнением:
где а и ϕ - параметры спирали; b - металлическое плечо антенны.
Направление поляризации определятся направлением намотки спирали, поэтому для получения поляризации противоположного направления спираль необходимо перевернуть. Для работы на частотах 2-2,3 ГГц спираль имеет ширину металлического плеча, равную 6 мм и расстояние между витками, равное 6 мм; для указанных размеров захода спирали число витков составляет три. Для упрощения начертания спираль состоит из полувитков, прочерченных из двух соседних центральных точек. Высота размещения антенны над экраном (закороченной частью насадки) определяет ее входное сопротивление и составляет примерно 13 мм. Антенна присоединятся к высокочастотному соединителю через аттенюатор, представляющий собой резистивную цепь. Другой конец спирали соединяется с корпусом с помощью резистора.
Отличием от прототипа является наличие аттенюатора между спиральным излучателем и высокочастотным соединителем.
Антенная насадка также отличается простотой конструкции, однонаправленным излучением, хорошей эллиптичностью в широком диапазоне частот, отсутствием необходимости в наличии симметрирующего устройства и большей широкополосностью, при которой достигается лучший КСВ, позволяющий реализовать КСВ на входе насадки не более 1,5, а также КСВ на входе АФУ с установленной антенной насадкой не более 1,6 при полосе рабочих частот, не менее 2,02-2,295 ГГц.
Данные признаки обеспечивают высокие энергетические показатели при достаточно простой конструкции.
Перечень графических фигур
Фиг. 1 Конструкция антенной насадки:
1 - экранирующий корпус;
2 - плоский излучатель (элемент связи);
3 - коаксиальный соединитель;
4 - аттенюатор;
4.1 - первый резистор аттенюатора;
4.2 - второй резистор аттенюатора;
5 - центральный проводник;
6 - согласующий резистор;
Фиг. 2 Принципиальная электрическая схема антенной насадки.
Фиг. 3 Плоский излучатель.
3.1 - проводящая спираль;
3.2 - диэлектрическая подложка;
3.3 - проводник для соединения согласующего резистора с экранирующим корпусом;
3.4 - отверстие для винта.
Осуществление полезной модели.
Антенная насадка дециметрового диапазона состоит из экранирующего корпуса 1 цилиндрической формы, плоского излучателя (элемента связи) 2, расположенного на однослойной диэлектрической металлизированной (фольгированной) подложке, круглой формы, аттенюатора - 4, состоящего из первого резистора аттенюатора - 4.1, второго резистора аттенюатора - 4.2, из центрального проводника 5 и согласующего резистора. Плоский излучатель приподнят над основанием, он центральной частью соединен с первым резистором аттенюатора - 4.1, другой конец первого резистора аттенюатора - 4.1 соединен с коаксиальным соединителем - 3. Второй резистор аттенюатора - 4.2 замыкает центральный проводник коаксиального соединителя 3 с его корпусом 1. Согласующий резистор 6 соединяет свободный конец плоского излучателя с корпусом антенной насадки.
Использование аттенюатора позволяет в широком диапазон частот иметь хорошее согласование, как по выходу антенной насадки, так и по входу испытываемого АФУ, нагруженного на антенную насадку. Для получения КСВ на выходе антенной насадки не более 1,5 во всем диапазоне частот сопротивление первого резистора аттенюатора и второго резистора аттенюатора берется равным 75 Ом. Тогда при нулевом входном сопротивлении спирали первый резистор 4.1 аттенюатора будет параллелен второму резистору аттенюатора и его сопротивление равно 75/2=37,5 Ом (КСВ=1,33), а при бесконечном входном сопротивлении спирали плоского излучателя входное сопротивление будет равно сопротивлению второго резистора 4.2 аттенюатора 75 Ом (КСВ=1,5). При приближении второго резистора аттенюатора к 50 Ом, КСВ насадки приближается к единице, но растет затухание аттенюатора. Для устранения влияния индуктивности второго резистора 4.2 на КСВ он помещен в трубку, закороченную на конце, образуя коаксиальную линию. От значения сопротивления первого резистора аттенюатора зависит КСВ испытываемого АФУ. Согласующий резистор 6 служит для снижения отражений от конца спирали и выбирается порядка 100 Ом. Конструкция насадки представляет собой волновод цилиндрической формы, с одной стороны которого имеется фланец для присоединения к испытываемой антенне винтами. С другой стороны отрезок волновода закорочен, плоский излучатель, расположенный на однослойной диэлектрической металлизированной (фольгированной) подложке круглой формы, резисторов, образующих аттенюатор, резистор, закорачивающий конец излучателя на корпус, и коаксиальный соединитель.
Экранирующий корпус насадки изнутри может быть покрыт радиопоглощающим материалом, например, марки «терновник».
Полезная модель «Антенная насадка» была изготовлена авторами и испытана.
Электрические характеристики:
Полоса рабочих частот, не менее 2-2,3 ГГц (2,02 ГГц до 2,115 ГГц для приемного АФУ и 2,195 ГГц до 2,295 ГГц для передающего АФУ);
КСВ на входе насадки не более 1,5;
КСВ на входе АФУ с установленной антенной насадкой не более 1,6 при КСВ самого АФУ не более 1,4;
Затухание между входом насадки и входом АФУ не более 30 дБ при затухании в фидерном тракте АФУ около 5 дБ.
Таким образом, исходя из полученных результатов и их сравнения с требованиями к основным показателям, указанными выше, очевидно, что показатели электрических характеристик являются достаточными.
Все детали заявляемого устройства имеют простую форму, что существенно упрощает процесс изготовления и сборки, тем самым повышается технологичность изготовления.
Насадка для антенны ЛА устанавливается вплотную к антенне ЛА, при этом между корпусом ЛА и экранирующим корпусом насадки образуется закрытый радиотракт, исключающий излучение радиосигнала в свободное пространство, тем самым обеспечивая защиту от несанкционированного приема сигнала для передающего АФУ и воздействию радиопомех на приемное устройство для приемного АФУ.
При испытании приемной радиоаппаратуры антенная насадка крепится на фланец приемной антенны; на вход антенной насадки подается испытательный радиосигнал, на выходе приемной аппаратуры оценивается качество приема. При испытании передающей радиоаппаратуры антенная насадка крепится на фланец передающей антенны, на вход передающей аппаратуры подается испытательный сигнал, а с выхода антенной насадки снимается модулированный сигнал на измерительную установку.