Конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы

Полезная модель относится к антенно-фидерным устройствам преимущественно к конструкциям двухзеркальных антенных устройств, входящих в системы «антенна-обтекатель», предназначенных для работы в термонагруженных (высокотемпературных) условиях.
Известны двухзеркальные антенные системы, состоящие из: неподвижного линейнополяризованного облучателя, подвижного (неподвижного) зеркала-отражателя с поворотом плоскости поляризации на 90° и неподвижного поляризационного зеркала-фильтра. (Лавров А.С., Резников Г.Б., Антенно-фидерные устройства/ А.С. Лавров. -М.: Советское радио, 1974 г.-245 с.). При этом подвижное зеркало-отражатель выполнено из условия поворота поляризации на 90° падающего поля (например, использование ребристой структуры поверхности с высотой ребра равной четверти длины падающей волны), а зеркало-фильтр выполнено из металлических проволок, лежащих перпендикулярно относительно вектора Е отраженного поля от зеркала-отражателя, установленные на диэлектрическую подложку. При использовании описанной антенной системы в термонагруженных условиях, например, в головках самонаведения, конструкция зеркала-фильтра должна иметь слой теплоизолирующего материала (подложка) для обеспечения работы аппаратуры антенной системы в допустимых условиях по температуре.
Основным недостатком вышеуказанной системы является искажение диаграммы направленности антенной системы из-за применения подложки с теплоизолирующим материалом, а также уменьшения коэффициента прохождения в системе «антенна-обтекатель».
Известна радиопрозрачная термостойкая сотовая конструкция по патенту РФ №2777234 (МПК С03С 27/00, В64С 3/26, опубл. 04.02.2022), где сотовый заполнитель выполнен из стеклосотопласта на основе кварцевой стеклоткани, в ячейки которого запрессован теплоизоляционный материал, который обладает высокими прочностными характеристиками и работоспособностью, в рамках неизменности диэлектрических характеристик, до 600°С.
Наиболее близким техническим решением является конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы по патенту РФ №RU 2759918 (МПК H01Q 1/42, H01Q 19/02, опубл. 18.11.2021) выполненной совместно с трехслойной подложкой типа А-Sandwich (диэлектрическая проницаемость внутреннего слоя () меньше диэлектрической проницаемости внешних слоев (), для симметричной стенки: ), где толщина теплозащитного слоя выбирается не только для создания необходимых тепловых условий укрываемой электронной аппаратуре, но и для электромагнитного согласования этого слоя с окружающим пространством, учитывающего максимальное прохождение электромагнитной волны в заданном диапазоне частот и термодинамические требования.
Основным недостатком вышеуказанной конструкции является не технологичность при изготовлении и нестойкость к любым, даже минимальным, механическим, а также к циклическим температурным воздействиям, за счет хрупкости теплоизоляционного материала.
Техническим результатом полезной модели является создание конструкции теплоизолирующей подложкинеподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы, на которой закреплено зеркало-фильтр (густая металлизированная сетка), с минимальными потерями по прохождению электромагнитной волны в заданном диапазоне частот, отвечающей требованиям по стойкости конструкции при механических и температуро-циклических воздействиях и не увеличивающая весовые характеристики конструкции.
Сущность данной полезной модели заключается в том, что теплозащитный слой подложки, где его толщина выбирается для создания необходимых тепловых условий укрываемой электронной аппаратуры и электромагнитного согласования этого слоя с окружающим пространством, выполнен в виде сотовой конструкции, заполненной теплоизолирующим материалом.
Технический результат обеспечивается тем, что предложена конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы, выполненного из проволок круглого или прямоугольного сечения, лежащих перпендикулярно относительно вектора Е отраженного поля от зеркала-отражателя и установленного на трехслойную подложку, где первый слой, являющийся основанием для зеркала с продольной проволочной сеткой, выполненный из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4, второй (средний) слой, являющийся теплоизоляционным, третий слой, формирующий трехслойную конструкцию, выполненный из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4, являющийся внешней коркой теплоизоляционного материала, отличающаяся тем, что второй слой выполнен в виде сотового заполнителя из стеклосотопласта на основе кварцевой ткани, ячейки которого заполнены радиопрозрачным теплоизоляционным материалом с диэлектрической проницаемостью ε=1-1,15.
Решение задачи по конструкции подложки выполняется использованием трехслойной конструкции типа А-Sandwich (диэлектрическая проницаемость внутреннего слоя () меньше диэлектрической проницаемости внешних слоев (), для симметричной стенки: ), при этом толщины слоев рассчитываются, учитывая максимальное прохождение электромагнитной волны в заданном диапазоне частот и термодинамические требования к антенной системе.
В предлагаемой конструкции первый слой является основанием для зеркала-фильтра, выполненный из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4, на котором закреплена одномерная проволочная сетка, второй (средний) слой является теплоизоляционным, выполненный в виде сотовой конструкции (тип ССПК) заполненной радиопрозрачным теплоизоляционным материалом (тип ТЗМК-10) с диэлектрической проницаемостью ε=1-1,15, третий слой, формирующий трехслойную симметричную диэлектрическую конструкцию, выполненный из радиопрозрачного конструкционного (по плотности) материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4. Диэлектрические и прочностные характеристики среднего слоя подтверждены экспериментальным путем.
Для конкретной антенной системы было рассчитано, разработано и изготовлено неподвижное поляризационное зеркало, нанесенное на трехслойную конструкцию, выполняющее роль конструкционного основания для вышеуказанного зеркала-фильтра и теплоизоляционной системы для обеспечения работы системы «антенна-обтекатель»  эксплуатационных режимах. Трехслойная конструкция подложки, включающая конструкцию теплоизоляционного слоя, рассчитана из условия максимального прохождения электромагнитной волны и минимального уровня искажения фазы прошедшего поля падающей электромагнитной волны на средней частоте заданного частотного диапазона, учитывая обеспечение герметичности зоны расположения аппаратной части антенного устройства.
Для исследования была разработана и изготовлена базовая конструкция подложки - поляризационное зеркало-фильтр той же конструкционной конфигурации, что и в наиболее близком техническом решении, с основанием для зеркала-фильтра, выполненного из конструкционного радиопрозрачного материала, и средним слоем, выполненным из теплоизоляционного материала, который используется в данном решении. Также была разработана и изготовлена предлагаемая конструкция подложки, отличающаяся тем, что средний слой подложки выполнен в виде конструкции из стеклосотопласта с запрессованным заполнителем из теплоизоляционного материала.
Ниже приведены фиг. 1 и 2 с графиками коэффициента прохождения для базовой конструкции поляризационного зеркала и предлагаемого решения, измеренные на специальном стенде, отражающие изменения по мощности прохождения электромагнитной волны через подложку.
Измерения проводились с использованием линейнополяризованных антенных устройств (рупор) в диапазоне частот шириной 5%, имитируя угол падения электромагнитной волны поворотом зеркала-фильтра с подложкой в диапазоне от минус 30° до плюс 30° в плоскостях поляризации Е (вектор Е лежит в плоскости поворота) и Н (вектор Н лежит в плоскости поворота).
Как видно из представленных графиков, значения коэффициента прохождения, полученные при измерении предлагаемого решения, незначительно лучше (достигнутое улучшение до 2-3%) или практически не изменились во всем диапазоне углов падения ±30° электромагнитной волны, однако прочностные, в рамках механических и термодинамических воздействий, значительного увеличения времени работоспособности и сохранения радиотехнических свойств, технологичности изготовления изделия в целом значительно улучшились.
Таким образом, достигнутый положительный эффект заключается в том, что, для заданного частотного диапазона электромагнитных волн при использовании оптимизированной по толщинам слоев трехслойной подложки стенки зеркала-фильтра двухзеркальной антенной системы, за счет конструкции среднего слоя подложки из стеклосотопласта с запрессованным заполнителем из теплоизоляционного материала получена конструкция существенно лучше по стойкости при механических и температуро-циклических воздействиях и не увеличивающая весовые характеристики конструкции, при этом радиотехнические характеристики антенного устройства (прохождение электромагнитной волны) практически не изменились (улучшение на ~2%), что, в целом, значительно повышает эффективность работы всей системы «антенна-обтекатель» и технологичность при изготовлении и эксплуатации.