ИЗЛУЧАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ МАЛОГАБАРИТНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности, к антенной технике, и может быть использована в радиолокации, связи, при разработке фазированных антенных решеток.
Известен излучающий элемент дипольного типа (Патент US №3845490, дата публикации 1974.10.29, MПK: H01Q 9/16; H01Q 21/08; H01P 3/08). Излучающий элемент выполнен с использованием технологии производства печатных плат и состоит из дипольного излучателя и согласующего трансформатора на симметричной полосковой линии, расположенных на металлизированных слоях склеенных под давлением печатных плат.
К недостаткам данного излучающего элемента можно отнести его значительные линейные размеры в Е-плоскости, составляющие 0,5λ, где λ - длина волны в свободном пространстве.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой антенне является излучающий элемент фазированной антенной решетки, предназначенный для использования в составе фазированной антенной решетки, установленной в носке крыла летательного аппарата (Патент US №6229491, дата публикации 2001.05.08, MПК: H01Q 1/28; H01Q 19/30), который выбран в качестве прототипа. Излучающий элемент состоит из следующих деталей: вибратора, согласующего трансформатора, директора, токопроводящего рефлектора с перегородками, соединителя для подключения к выходу приемопередатчика и двух держателей. Вибратор конструктивно выполнен из симметричных отрезков металлической проволоки со специальной L-образной формовкой концов, помещенных в цилиндрическую пластмассовую втулку. Директор выполнен из отрезка короткозамкнутой металлической проволоки и также расположен в цилиндрической пластмассовой втулке. Вибратор и директор являются диаграммообразующими компонентами излучающего элемента, и посредством держателей установлены на поверхности токопроводящего рефлектора. Недостатками данного технического решения являются повышенная сложность конструкции излучателя и относительно большой линейный размер в Е-плоскости излучающего элемента, составляющий более 0,25λ, что не всегда позволяет установить данный излучающий элемент на борту летательного аппарата. Детали излучающего элемента изготавливаются с использованием высокоточной механической обработки, с целью обеспечения идентичности параметров излучающих элементов в составе фазированной антенной решетки, что ведет к удорожанию продукции. Сборка и монтаж данного излучающего элемента требуют применения высококвалифицированного ручного труда.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является уменьшение линейных размеров излучающего элемента в Е-плоскости для создания малогабаритной фазированной антенной решетки.
Технический результат достигается тем, что излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки содержит вибратор, согласующий трансформатор, токопроводящий рефлектор с установленными на нем перегородками, соединитель для подключения к выходу приемопередатчика. При этом он отличается от прототипа тем, что дополнительно включает диэлектрические элементы, выполненные из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, размещенные и жестко закрепленные между концами вибратора и перегородками, установленными на поверхности рефлектора. Причем вибратор и согласующий трансформатор выполнены в виде участков металли-
При этом введенные в конструкцию излучателя дополнительные диэлектрические элементы могут быть выполнены либо как отдельные детали конструкции излучателя, либо могут являться частью конструкции обтекателя, изготовленного из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1.
Сущность полезной модели поясняется рисунками Фиг.1-Фиг.3. На Фиг.1 представлена конструкция излучателя малогабаритной фазированной антенной решетки, где
1 - вибратор;
2 - согласующий трансформатор;
3 - диэлектрические элементы;
4 - рефлектор;
5 - перегородки;
6 - соединитель;
7 - печатная плата.
Излучающий элемент содержит вибратор 1, согласующий трансформатор 2, диэлектрические элементы 3 и установленные на токопроводящем рефлекторе 4 металлические перегородки 5. При этом вибратор 1 и согласующий трансформатор 2 выполнены посредством технологии производства печатных плат, в виде участков металлизированного слоя на изоляционном основании печатной платы 7.
Диэлектрические элементы 3 размещены и жестко закреплены между концами вибратора 1 и перегородками 5. Диэлектрические элементы 3 могут быть выполнены либо как отдельные детали конструкции излучателя, либо являться частью конструкции обтекателя, изготовленного из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1. Посредством соединителя 6 излучающий элемент подключается к выходу приемопередатчика.
Работа излучающего элемента малогабаритной фазированной антенной решетки осуществляется следующим образом.
Излучающий элемент представляет собой симметричный вибратор 1, который с целью уменьшения размеров укорочен (нагружен) путем создания между его концами и установленными на рефлекторе 4 металлическими перегородками 5 распределенной емкости (Фиг.1). Такая емкость эквивалентна отрезку разомкнутой двухпроводной линии, длину которого l' можно определить исходя из следующего равенства:
, где
l' - отрезок разомкнутой линии;
в
ρ- волновое сопротивление эквивалентной линии, равное волновому сопротивлению вибратора;
С - величина емкости нагрузки;
π - постоянная величина, равная 3,14;
ω - циклическая частота сигнала.
Таким образом, нагруженный вибратор можно представить в виде обычного ненагруженного вибратора, эквивалентного по своим параметрам нагруженному вибратору.
Длина плеча эквивалентного вибратора равна:
в
l=l+l', где
l - фактическая длина вибратора.
Расположение диэлектрических элементов 3, изготовленных из материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, в пространстве между концами вибратора 1 и перегородками 5 вызывает повышение плотности электрического поля в близлежащем объеме и увеличение емкости нагрузки на концах вибратора, с соответствующими ростом эквивалентной длины плеч вибратора и снижением его резонансной частоты, что позволяет уменьшить линейные размеры симметричного вибратора в Е-плоскости до 0,165λ.
Практическое применение излучающего элемента рассмотрим на примере малогабаритной фазированной антенной решетки дециметрового диапазона волн. На рисунке Фиг.2 представлена конструкция излучающего элемента с согласующим устройством и обтекателем. При этом роль диэлектрических элементов 3 выполняют расположенные между концами печатного вибратора 1 и перегородками 5 части конструкции обтекателя. Использование в качестве диэлектрических элементов 3 частей конструкции обтекателя, изготовленного из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, позволяет упростить конструкцию в случае необходимости применения обтекателя для защиты излучающего элемента от воздействия внешней среды и придания жесткости конструкции, а также получить излучающий элемент с линейными размерами 0,165λ в Е-плоскости.
На рисунке Фиг.3 представлены графики зависимости коэффициента отражения от частоты для двух типов конструкции излучающих элементов: излучающего элемента прототипа и предлагаемого технического решения. Как видно из графиков, предложенная конструкция излучающего элемента обладает такой же частотой входного согласования, как и прототип, при значительно меньших линейных размерах в Е-плоскости (0,165λ против 0,25λ в прототипе), что позволяет конструировать антенные решетки излучателей, обладающие меньшими габаритными размерами.
Предлагаемая конструкция излучающего элемента малогабаритной фазированной антенной решетки позволяет создавать малогабаритные фазированные антенные решетки дециметрового диапазона волн для установки их в элементах конструкции летательных аппаратов, например, в носке крыла.