ТРУБЧАТЫЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ ДЛЯ ЗЕРКАЛЬНЫХ АНТЕНН

Область применения
Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использовано в технике СВЧ, в частности в технике спутникового телевидения.
Уровень техники
Одним из типов антенн при приеме радиоволн сверхвысоких частот являются зеркальные антенны, состоящие из зеркального отражателя и приемного блока.
Отражатель обычно делают параболической формы, а приемный блок - это приемный штырь длиной четверть длины волны, который установлен в волновод.
Отраженный от зеркала сигнал, поступает в волновод и далее на приемный штырь и кабель. Недостатком такого приема является то, что срез волновода, имеет диаграмму направленности шире, чем геометрический размер антенны и значительная часть энергии не приходит в волновод.
Для устранения этого, на конце волновода должен стоять облучатель, который формирует диаграмму направленности оптимальную для конкретной антенны.
В последнее время получили распространение диэлектрические облучатели, которые представляют собой диэлектрический стержень вставленный в волновод [Патент RU 2092941, H01Q 13/00,1997]. Данный облучатель выбран за прототип.
Сущность изобретения: облучатель параболической антенны состоит из открытого конца круглого волновода с фланцем и диэлектрической линзы в виде тела вращения, при этом в диэлектрической линзе вдоль ее оси выполнено углубление в виде конуса, основание которого совмещено с плоскостью раскрыва, причем его диаметр dк выбран из соотношения 0,7 dк 2, где - рабочая длина волны, а угол к при вершине конуса - из соотношения 60° к 110°.
Часто еще используют не просто стержень, а стержень немного заточенный на конус.
Однако, расчеты и экспериментальные исследования, показывают, что для формирования оптимальной диаграммы необходимо изготавливать диэлектрическую структуру очень сложной формы. Надо формировать "нос" облучателя в виде углублений или выступов сложной формы. Например, в виде конуса [Патент RU 2092941].
Параметры конуса всегда надо подстраивать под конкретную антенну, под ее угол раскрыва. А значит, нужно всегда вытачивать новый конус, для создания требуемого амплитудно-фазового распределения в раскрыве зеркала.
Так же надо формировать "хвост" облучателя (ту часть, которая входит в волновод). Хвост в виде выступающего конуса снижает уровень бокового излучения.
Кроме того расчеты и экспериментальные данные показывают, что углубление «носа» и выступающая часть «хвоста» должны быть не гладкими, а в виде ступенек. Длина таких ступенек равна четверти длины волны, на которой работает облучатель, либо длина трубок подбирается таким образом, что суммарная диэлектрическая проницаемость структуры увеличивалась по экспоненциальному закону от «носа» к «хвосту» облучателя.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении эффективности облучения параболических зеркал с различным углом раскрыва за счет формирования разной диаграммы направленности при смещении трубок облучателя; обеспечивается простота конструкции.
Реализация полезной модели
Заявленный технический результат достигается за счет того, что трубчатый диэлектрический облучатель для зеркальных антенн, имеющий круглый металлический волновод, отличающийся тем, что в волновод установлен цилиндрический облучатель, состоящий из не менее двух диэлектрических трубок, вставленных друг в друга с возможностью смещения относительно друг друга, причем наружный диаметр меньшей трубки равен внутреннему диаметру большей. Кроме того, трубки облучателя выполнены из полиэтилена или полипропилена, или фторопласта. На волноводе может быть установлен фланцевый отражатель. Кроме того, фланец фланцевый отражатель выполнен круглым, диаметром 0.7-1.0 длины волны. Кроме того, фланцевый отражатель выполнен в виде импедансной структуры в виде концентрических колец высотой в четверть длины волны расположенных в одной плоскости, либо смещенных на определенный угол, в зависимости от угла раскрыва зеркальной антенны. Кроме того, в качестве трубки самого малого диаметра используется диэлектрический стержень. Трубки могут быть выполнены из материалов с одинаковой или разной диэлектрической проницаемостью. Материалы с меньшей диэлектрической проницаемостью используют для трубок большего диаметра (наружных), чтобы снизить потери на разделе воздух-диэлектрик. Длина трубок может быть выполнена различной таким образом, что их концы формируют ступени, длина которых равна четверти длины волны. Либо длина трубок подобрана таким образом, что происходит экспоненциальное нарастание диэлектрической проницаемости среды вдоль облучателя - чтобы суммарная диэлектрическая проницаемость структуры увеличивалась от «носа» к «хвосту» облучателя по экспоненциальному закону.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показано конструктивное устройство облучателя, где 1 - металлический волновод, 2 - фланец, 3 - цилиндрический облучатель, 4 - внутренние диэлектрические трубки облучателя. На Фиг.2 показаны примеры изменения взаимного расположения трубок облучателя.
Осуществление полезной модели
Простота конструкции облучателя достигается за счет не вытачивания сложных углублений в стержне, а за счет изготовления облучателя (3) (см. Фиг.1) из нескольких (две три или даже пять и более) трубок (4), причем наружный диаметр меньшей трубки равен внутреннему диаметру большей.
Трубки (4) удобно изготавливать из полиэтилена, полипропилена или фторопласта, так как это материалы с наименьшими диэлектрическими потерями в СВЧ диапазоне.
В качестве таких трубок можно использовать, например, существующие в промышленности трубки для перекачки агрессивных жидкостей и водопроводные полипропиленовые и полиэтиленовые трубы.
В промышленности имеется огромное число размеров таких трубок диаметром от 1-2 мм до 120 мм и более с разным диаметром и толщиной стенок.
Подбирая длину трубок их диаметр и толщину стенок можно легко сформировать диэлектрическую структуру любой формы.
А смещая трубки относительно друг друга, можно корректировать диаграмму направленности, формируя углубления в виде ступенчатого конуса нужного угла (см. Фиг.2).
За счет простоты конструкции облучателя он легко вынимается из стандартного волновода (1) и устанавливается в него. Таким образом, изменение диаграммы направленности выполняется в виде ряда простых действий по изъятию облучателя (3) из волновода (1), изменению взаимного расположения трубок (4) относительно друг друга и последующей установки облучателя обратно в волновод. Длина трубок может быть выполнена различной таким образом, что их концы формируют ступени, длина которых равна четверти длины волны. Этим обеспечивается минимизация отражения от ступенек Либо длина трубок подбирается таким образом, что происходит экспоненциальное нарастание диэлектрической проницаемости среды вдоль облучателя. Трубчатый диэлектрический облучатель с переменной диаграммой направленности очень технологичен и в разы дешевле аналогов.
Он может быть установлен в любой промышленный конвертер в раскрыв его волновода, где на волноводе (1) может быть установлен отражающий фланец (2) диаметром 0.7-1.0 длины волны. Фланец (2) может быть гладким, а может иметь структуру в виде концентрических колец высотой в четверть длины волны расположенных в одной плоскости, либо смещенных на определенный угол. Наличие фланца - не обязательно. В облучателях с большим числом трубок предпочтительно в качестве трубки самого малого диаметра использовать диэлектрический стержень. Диэлектрический облучатель, смещаясь относительно волновода, эффективно корректирует диаграмму направленности.
Трубки могут быть выполнены из материалов с разной диэлектрической проницаемостью, что очень упрощает формирование нужной диаграммы направленности, поскольку снижаются потери на отражении на границе воздух-диэлектрик и диэлектрик-диэлектрик.