ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА С ФАЗОКОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЛИНЗОЙ
VIBRATOR ANTENNA WITH PHASE CORRECTING DIELECTRIC LENS

Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к антенной технике, и может быть использовано при создании малогабаритных антенн радиоэлектронных средств диапазона ультракоротких волн (далее-УКВ).
Функциональное назначение антенны - излучение и прием электромагнитных волн.
Для увеличения энергетического уровня тракта приемо-передачи электромагнитной энергии могут использоваться антенны с повышенным коэффициентом усиления, который обеспечивается применением диаграммообразующего устройства (далее-ДОУ) типа линза [Зелкин Е.Г., Петрова Р.А. Линзовые антенны. - М.: Советское радио, 1974, 280 с.].
Известна многослойная диэлектрическая тороидальная антенна, содержащая усеченный многослойный тороид (выступающего в роли диэлектрической линзы), сформированный из профилированных эквидистантных элементов с плоской нижней частью, установленных концентрически с воздушными зазорами по отношению друг к другу, а поверхность этих элементов образована вращением нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей вокруг оси, отстоящей от внутренней части профиля, и которая образует центральную профилированную полость линзы; металлическую подложку с диаметром, равным внешнему диаметру усеченного многослойного тороида, которая выступает в роли области нулевого потенциала; активного антенного элемента - несимметричного вибратора различной формы, помещенного вдоль вертикальной оси усеченного тороида во внутренней полости тороида (Патент RU 271034 С1, заявка №2019112696 от 25.04.2019, МПК: H01Q 15/08 - прототип).
Основными недостатками указанного решения являются относительно большие габариты антенного устройства для определенной рабочей частоты УКВ диапазона, трудность в точности изготовления диэлектрических профилированных эквидистантных элементов и крепеже их на металлической подложке без смещения в горизонтальной плоскости при изготовлении каждого диэлектрического эквидистантного элемента отдельно.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков и создание вибраторной антенны с фазокорректирующей линзой, применение которой позволит обеспечить полноазимутальный режим приемо-передачи радиосигналов с повышенным коэффициентом усиления, значительно понизит массогабаритные характеристики антенно-мачтового устройства и повысит технологичность ее изготовления.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной вибраторной антенне с фазокорректирующей диэлектрической линзой, содержащей несимметричный полуволновой вибратор и фазокорректирующую диэлектрическую линзу, которая является фокусирующим устройством, размещенными на металлической подложке, согласно изобретению, тело упомянутой фазокорректирующей линзы выполнено в виде тела вращения из диэлектрика, наружная поверхность которого выполнена цилиндрической, при этом торцевые поверхности выполнены плоскими и перпендикулярными к упомянутой наружной поверхности, а кривизна взаимодействующей с вибратором внутренней поверхности упомянутой линзы выполнена таким образом, что падающая электромагнитная волна концентрируется в области фокусной точки, лежащей на вертикальной оси указанной фазокорректирующей линзы, в районе которой располагается несимметричный полуволновой вибратор.
В варианте исполнения, диаметр металлической подложки и диаметр линзы равны или кратны в целое число раз диаметру основания несимметричного полуволнового вибратора.
В варианте исполнения, высота линзы равна высоте несимметричного полуволнового вибратора с учетом зазора между полуволновым вибратором и металлической подложкой.
Применение фокусирующего геометрического профиля (линзы) для образования вибраторной антенны с фазокорректирующей линзой по сравнению с профилем прототипа позволяет улучшить массогабаритные характеристики линзы.
Основным отличительным признаком заявляемой антенны от антенны-прототипа является вид линзы, а именно: линза реализована в виде тела вращения из диэлектрического материала, наружная поверхность которого выполнена цилиндрической, торцевые поверхности выполнены плоскими и перпендикулярными к упомянутой наружной поверхности, причем кривизна взаимодействующей с вибратором внутренней поверхности упомянутой линзы подобрана таким образом, что падающая электромагнитная волна концентрируется в области фокусной точки, лежащей на вертикальной оси указанной фазокорректирующей линзы.
Сущность предложенного технического решения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана предложенная структура антенны, на фиг. 2 - трехмерный вид излучающего элемента антенны, включающего в себя вертикальное плечо полуволнового вибратора конической формы, размещенного на оси вращения линзы (контакт подключения центральной жилы соединительного коаксиального кабеля) и металлическую подложку (контакт подключения оплетки соединительного коаксиального кабеля), на фиг. 3 - линза в разрезе, представляющая собой фигуру вращения, профиль которой ограничен прямой вертикальной линией и гиперболой, усеченной в горизонтальной плоскости, на фиг. 4 - трехмерное изображение предлагаемой антенны в разрезе.
Предложенная вибраторная антенна с фазокорректирующей линзой
представляет собой соединение несимметричного полуволнового
вибратора 1 и фазокорректирующей линзы 2 (далее - линза) на металлической подложке 3 таким образом, что вибратор закреплен по оси вращения линзы над плоскостью подложки с зазором не более 7 мм, который зависит от выбора сверхвысокочастотного (СВЧ) разъема.
Металлическая подложка 3 является нулевым потенциалом и участвует в формировании электромагнитного поля, а также уменьшает взаимное влияние металлических элементов крепежа.
Электромагнитная волна на границе раздела двух сред «свободное пространство - однородный диэлектрик» преломляется и движется внутри однородного диэлектрика (фазокорректирующей линзы) квазипрямолинейно по новой траектории. Далее, на границе «однородный диэлектрик - свободное пространство» вновь преломляется и распространяется вдоль другой прямой, под некоторым углом относительно предыдущей траектории. Кривизна прилегающей к вибратору поверхности линзы подбирается такой, чтобы падающая электромагнитная волна концентрировалась в области фокусной точки, лежащей на вертикальной оси линзы, в районе которой располагается несимметричный полуволновой вибратор 1.
Таким образом, заявленная вибраторная антенна с фазокорректирующей линзой обеспечивает фокусировку электромагнитной волны при ее прохождении через тело линзы. В предложенном антенном устройстве в роли активного элемента в несимметричный полуволновой вибратор 1 и металлическая подложка 3.
Выбор конструктивных параметров несимметричного полуволнового вибратора 1 зависит от значения рабочей длинны волны УКВ диапазона (высота в сумме с зазором и диаметр основания вибратора равны или кратны четверти длины волны), что отражается на требованиях к высоте, внешнему диаметру линзы и диаметру металлической подложки 3.
Предложенная заявленная вибраторная антенна с фазокорректирующей линзой конструктивно размещается и закрепляется на металлической подложке 3.
Использование предложенного технического решения позволит создать антенну на основе фазокорректирующей линзы, применение которой обеспечит полноазимутальный режим приемо-передачи радиосигналов с повышенным коэффициентом усиления, значительно уменьшит массогабаритные характеристики антенно-мачтового устройства, повысит технологичность ее изготовления.