Многомодовая антенна

Предлагаемое изобретение относится к области антенной техники, а именно к области рупорных антенн (МКИ H01Q 13/00). Подобная антенна может быть использована в системах РПД (радиопротиводействия) для создания поляризационной, перенацеливающей и шумовой помех, так как она имеет низкий уровень кросс-поляризации, низкий уровень боковых лепестков, остронаправленную осесимметричную диаграмму, а также малые габариты и вес, что весьма существенно для бортовой аппаратуры. Она может быть использована в любом другом случае, когда применяется рупорная антенна, например в качестве облучателя для малошумящих зеркальных антенн.
11
Известна многомодовая рупорная антенна (патент США №3530481, кл. 343-786), в которой частичное преобразование волны TE в волны высших типов происходит на металлической структуру, последняя располагается между секциями волновода и рупора.
Подобное преобразование требует корректировки величины относительного сдвига фаз между распространяющимися волнами. Волны, возбужденные металлической структурой, должны достигать раскрыва рупора с определенными фазовыми сдвигами относительно друг друга. При изменении частоты относительные фазовые сдвиги волн меняются, что приводит к ухудшению характеристик антенны. А именно, увеличивается уровень кросс-поляризационной составляющей, уменьшается коэффициент усиления антенны. Корректировка указанного сдвига фаз путем регулирования длины металлической структуры (фазирующей секции) приводит к усложнению антенны. Кроме того, описанная в патенте фазирующая секция не обеспечивает компенсацию фазовых ошибок в раскрыве рупора, возникающих за счет разности хода центрального и крайних лучей в диапазоне частот, и поэтому может быть применена лишь для длинных рупоров с малым углом раскрыва. Последнее приводит к увеличению габаритов и веса антенны. При применении коротких рупоров с большим углом раскрыва необходимо использовать линзу для компенсации фазовых ошибок в аппертуре рупора, что ведет к увеличению потерь и рассогласованию его.
Цель предполагаемого изобретения состоит в уменьшении уровня кросс-поляризационной составляющей конической рупорной антенны, в компенсации фазовых ошибок в раскрыве антенны, возникающих за счет разности хода лучей на длине рупора (при большом угле его раскрыва) в широком диапазоне частот, а также в уменьшении габаритов и в упрощении технологии изготовления антенны в целом.
Эта цель достигается путем выполнения фазирующей секции в виде диэлектрической вставки, которая помещается в горловину конической рупорной антенны.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого изобретения, а на Фиг. 2, 3 - ее характеристики.
Многомодовая коническая рупорная антенна состоит из секции полого волновода 1 с круглым поперечным сечением, секции усеченного конуса 2, электрически связанной с секцией 1 и фазирующей секцией, выполненной из диэлектрического рупора 3 и диэлектрического полого цилиндра 4.
11
11
11
1,2
1,2
Источник возбуждает в секции волновода с круглым поперечным сечением электромагнитную волну типа TE. Фазирующая секция 3, 4 преобразует часть энергии, падающей на нее в виде волны ТЕ, в волны типа ТМ, TE и TM. Высшие типы волн распространяются в рупорной секции 2, представляющей собой усеченный конус и излучаются в свободное пространство. Фазирующая секция представляет собой диэлектрический рупор 3, прилегающий к стенкам секций 1, 2 и соосный диэлектрический полый цилиндр 4, который помещается в диэлектрический рупор 3. В предлагаемом изобретении фазирование высших типов волн осуществляется электрически с помощью фазирующей секции 3,4, что одновременно приводит к уменьшению уровня кросс-поляризационного излучения в широком диапазоне частот. Между диэлектрическим цилиндром 4 и диэлектрическим рупором 3 существует зазор, наличие которого обеспечивает фазирование высших типов волн в длинноволновой части диапазона. Оказывается, что фазирующая секция 3, 4 обеспечивает также компенсацию фазовых ошибок, возникающих в раскрыве рупора 2 за счет разности хода центрального и крайних лучей.
Были проведены измерения многомодовой конической рупорной антенны выполненной в соответствии с данным предложением в 3-см диапазоне волн.
На Фиг. 2 изображено поведение кросс-поляризационной составляющей в косом сечении в диапазоне волн, Как видно (1), в 50% полосе частот уровень кросс-поляризационной составляющей получился не хуже - 25 дБ. В то же время у известных конических рупорных антенн такого же размера уровень кросс-поляризационной составляющей в косом сечении достигает - 15 дБ в том же диапазоне частот - (2).
11
11
1,2
1,2
На фиг. 3 изображены сравнительные результаты измерений коэффициента усиления конической рупорной антенны с линзой в раскрыве рупора (2) и многомодовой конической рупорной антенны (1). Разница в коэффициенте усиления по диапазону частот незначительна и составляет 0,5 дБ. Из экспериментальных данных было получено, что диаграмма направленности в диапазоне частот хорошо сформирована и симметрична относительно направления максимума. Распределение поля в раскрыве антенны, являющееся суперпозицией волн ТЕ, ТМ, TE и ТМ в широком диапазоне частот, имеет спадающий к краям раскрыва антенны характер, что уменьшает влияние фазовых ошибок на диаграмму направленности и делает ее более осесимметричной и уменьшает уровень кросс-поляризационной составляющей.