ШИРОКОПОЛОСНЫЙ РУПОРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

Предлагаемый широкополосный рупорный излучатель относится к области антенной техники и может быть использован для приема (излучения) СВЧ колебаний, поляризованных под углом 45° к горизонтальной или вертикальной плоскости.
Известны рупорные излучатели [Рудольф Кюн. Микроволновые антенны. Перевод с нем. под ред. проф. М.П.Долуханова, стр.227-228, рис.5.23 и 239-240, рис.5.31 а), в). Изд-во Судостроение, 1967 г.], в которых с помощью металлических пластин можно формировать диаграмму направленности (ДН). При питании рупора линейно поляризованной волной, электрический вектор которой наклонен под углом 45° к горизонтали, для получения одинаковой по ширине ДН при приеме горизонтально и вертикально поляризованных волн в рупоре вблизи раскрыва помещают металлические полосы. Расстояние между полосами или, соответственно, расстояние от них до стенок рупора должно быть меньше , где λ - длина волны СВЧ колебаний, чтобы часть рупора, заполненная полосами, оставалась закритической для волны, поляризованной параллельно полосам.
11
Недостаток такого метода выравнивания ДН состоит в том, что из-за наличия полос могут легко возникать волны более высшего порядка, в частности, H-волны, и при этом распределение поля в апертуре искажается.
Известен пирамидальный рупорный излучатель [Рудольф Кюн. Микроволновые антенны. Перевод с нем. под ред. проф. М.П.Долуханова, стр.240, рис.5.31 б). Изд-во Судостроение, 1967 г.], содержащий гладкий пирамидальный рупор с раскрывом, равным A, высотой, равной B и длиной, равной L, и диэлектрическую пластину, расположенную по оси рупора, запитываемый волноводом сечения a×b. При помещении в рупоре диэлектрической пластины с соответствующим выбором ее размеров и относительной диэлектрической проницаемости ε можно производить выравнивание ширины ДН в плоскости пластины.
Недостатком данного метода является невозможность получить стабильную по ширине ДН в широком диапазоне частот при приеме рупорным излучателем горизонтально и вертикально поляризованных волн.
макс
мин
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является построение широкополосного рупорного излучателя с одинаковой шириной ДН в диапазоне частот с отношением , где f,f - максимальная и минимальная рабочие частоты СВЧ колебаний, при приеме горизонтально и вертикально поляризованных волн.
макс
мин
мин
макс
Технический результат достигается тем, что в рупорном излучателе, содержащем гладкий пирамидальный рупор с раскрывом, равным A, высотой, равной B и длиной, равной L, диэлектрическую пластину, расположенную по оси рупора и волновод, сечением a×b, в рупоре A=L, диэлектрическая пластина имеет относительную диэлектрическую проницаемость ε=1,2 и длину, равную L, а ширину, которая линейно меняется от размера, равного 1 мм в вершите рупора до размера, равного A/2 в раскрыве рупора, при этом высота пластины линейно меняется от значения, равного b в вершине рупора до значения, равного B в раскрыве рупора, причем на расстоянии, равном 0,1·λ от рупора установлена поляризационная решетка, выполненная из круглых проводников диаметром, равным 0,035·λ, решетка состоит из четырех слоев, в первом слое, ближайшем к раскрыву рупора, проводники установлены горизонтально, во втором слое проводники установлены под углом 15° к горизонтальной плоскости, в третьем слое проводники установлены под углом 30° к горизонтальной плоскости и в четвертом слое проводники установлены под углом 45° к горизонтальной плоскости, расстояние между проводниками в слое равно 0,3·λ, расстояние между слоями равно 0,07·λ, проводники установлены на пенопласте с ε=1,1÷1,2.
Существенные признаки, отличающие заявленный рупорный излучатель от прототипа, не поддаются самостоятельной квалификации, так как не отделяемы от целого объекта. Взаимное положение и размеры всех элементов, входящих в излучатель, рассчитаны и окончательно определены экспериментально и позволяют построить рупорный излучатель у которого в широком диапазоне частот одинаковая ширина ДН на уровне 3 дБ при приеме горизонтально и вертикально поляризованных волн, уровень боковых лепестков ниже 30 дБ и КСВН не более 1,4.
На Фиг. приведен эскиз предлагаемого рупорного излучателя, состоящего из рупора 1 с волноводом 2, диэлектрической пластины 3 и поляризационной решетки 4.
Рупорный излучатель содержит гладкий пирамидальный рупор с раскрывом, равным A, высотой, равной B и длиной, равной L.
Волновод имеет сечение a×b.
Диэлектрическая пластина расположена по оси рупора и имеет относительную диэлектрическую проницаемость ε=1,2, длину, равную L, а ширину, которая линейно меняется от размера, равного 1 мм в вершите рупора до размера, равного A/2 в раскрыве рупора. Высота диэлектрической пластины линейно меняется от значения, равного b в вершине рупора до значения, равного B в раскрыве рупора.
макс
мин
В предлагаемой полезной модели в рупоре A=L, и на расстоянии, равном 0,1·λ от рупора установлена поляризационная решетка, выполненная из круглых проводников диаметром, равным 0,035·λ.
мин
макс
Решетка состоит из четырех слоев. В первом слое, ближайшем к раскрыву рупора, проводники установлены горизонтально, во втором слое проводники установлены под углом 15° к горизонтальной плоскости, в третьем слое проводники установлены под углом 30° к горизонтальной плоскости и в четвертом слое проводники установлены под углом 45° к горизонтальной плоскости. Расстояние между проводниками в слое равно 0,3·λ. Расстояние между слоями равно 0,07·λ. Проводники установлены на пенопласте с ε=1,1÷1,2.
Рупорный излучатель работает следующим образом: СВЧ сигнал через волновод 2 поступает в рупор 1. С помощью диэлектрической пластины 3 и конфигурации рупора 1 в раскрыве рупора формируется такое распределение электромагнитного поля, которое обеспечивает одинаковую ширину ДН. на уровне 3 дБ в широком диапазоне частот, а поляризационная решетка 4 поворачивает плоскость поляризации на 45°, при этом обеспечивает прием горизонтально и вертикально поляризованных волн.
Экспериментально исследованы макеты заявляемого устройства с размерами: раскрыв рупора A=110 мм, высота рупора B=25 мм и длина рупора L=110 мм. Волновод, запитывающий рупор, имел сечение (23×10) мм. Диэлектрическая пластина имела размеры: длина L=110 мм, ширина в раскрыве рупора 55 мм, высота изменяется от b=10 мм до В=25 мм в раскрыве.
В диапазоне частот  рупорный излучатель имел ширину ДН на уровне 3 дБ, равную (23±3)° при приеме горизонтально и вертикально поляризованных волн, уровень боковых лепестков ниже 30 дБ и КСВН не более 1,4.
Заявляемый излучатель конструктивно прост. В него входят широко применяемые материалы и он может быть изготовлен на любом среднетехническом предприятии. По сравнению с прототипом предлагаемый рупорный излучатель имеет улучшенные технические и экономические показатели:
- одинаковую ширину ДН в широком диапазоне частот;
- более низкий уровень боковых лепестков;
- более простую конструкцию, меньшие габариты и соответственно, более низкую цену.