Многодиапазонная совмещенная антенна
MULTI-BAND INTEGRATED ANTENNA

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в системах связи, в том числе космической, в навигации, в радиомониторинге. Современные тенденции увеличения объемов передаваемой информации приводят к необходимости создания много диапазонных антенн.
Уровень техники
Известен подход к созданию многодиапазонных антенн СВЧ диапазона путем комбинирования микрополосковых антенн, каждая из которых содержит пластину - отражатель (рефлектор) и пластину -излучатель (резонатор), установленный на рефлекторе посредством диэлектрической подложки, провода управления антенной, присоединяемые к рефлектору и резонатору, см, например, патент РФ №2435259 «Трехдиапазонная микрополосковая антенна».
Известен подход к реализации многодиапазонной антенны на основе зеркальной антенны. Например, устройство многолучевой зеркальной антенны СВЧ-диапазона, состоящей из основного зеркала, облучателя (далее также применяется термин «излучатель») и дополнительного установленных зеркала контррефлектора и вторичного облучателя, патент РФ №2620875 «Многолучевая диапазонная зеркальная антенна». Основным недостатком такого устройства является значительное усложнение конструкции антенны в части пространственного размещения облучателей разных диапазонов длин волн.
Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является антенна, описанная в статье «Структура антенной системы наземной приемной станции Х- и S-диапазонов. Методы и результаты измерения параметров антенны» (опубликованной в сборнике материалов международного симпозиума по спутниковой связи и дистанционному зондированию «Proceedings of international symposium on satellite communications and remote sensing», 26-29 октября 1999 года, Янтай, Китай), представляющая собой зеркальную антенну с дополнительными 4-мя турникетными антеннами, установленными по окружности зеркала. Рабочий диапазон зеркальной антенны - 8,0-8,4 ГГц, дополнительных антенн - 2,2-2,4 ГГц. Основным недостатком такой антенны является то, что диапазон частот дополнительных антенн не может быть выше частного диапазона основной зеркальной антенны.
Раскрытие изобретения
Технической задачей изобретения является создание устройства совмещенной антенной системы (совмещенной антенны) в виде единой конструкции, позволяющей заменить набор антенн, работающих в разных частотных диапазонах.
Указанная техническая задача создания многодиапазонной совмещенной антенны решается тем, что на антенне, включающей зеркало сферического или параболического типа, облучатель, опорно-поворотное устройство, кабель управления облучателем, на металлической поверхности внутренней вогнутой части зеркала установлено не менее двух излучателей, выполненных в виде токопроводящих пластин на диэлектрической подложке, при этом толщина каждой пластины с подложкой не превышает 0,03 рабочей длины волны зеркальной антенны, в зеркале выполнены отверстия для кабелей управления излучателями.
Принципиальная схема многодиапазонной совмещенной антенны по предлагаемому техническому решению представлена на фиг. 1, 2, 3.
Приняты обозначения:
1 - зеркало антенны;
2 - микрополосковая антенна;
3 - облучатель зеркальной антенны;
4 - кронштейн облучателя зеркальной антенны;
5 - опорно-поворотное устройство зеркальной антенны;
6 - основание зеркальной антенны;
7 - излучатель микрополосковой антенны;
8 - диэлектрическая подложка микрополосковой антенны;
9 - линия питания микрополосковой антенной;
10 - отверстие для линии питания микрополосковой антенной.
Для предлагаемого технического решения характерны следующие особенности. В качестве основы для создания многодиапазонной совмещенной антенны берется антенна типовой конструкции с зеркалом сферического или параболического типа, поз. 1, фиг. 1. Зеркало закреплено на опорно-поворотном устройстве, поз. 5, фиг. 1 на основании поз. 6, фиг. 1. На металлической поверхности внутренней вогнутой части зеркала в заданном порядке установлены элементы в виде микрополосковых излучателей, поз. 7, фиг. 2, выполненных на диэлектрической подложке поз. 8 фиг. 2. Каждый такой излучатель, вместе с поверхностью зеркальной антенны представляет собой микрополосковую антенну, а их совокупность - микрополосковую антенную решетку. Количество элементов антенной решетки, их размеры и взаимное расположение рассчитывается по специальным методикам в зависимости от требуемых характеристик антенной решетки.
При соблюдении необходимых частотных ограничений возможна одновременная совместная работа исходной зеркальной антенны и микрополосковой антенной решетки. Управление излучателями микрополосковых антенн происходит с помощью линий питания поз. 9, фиг. 2, проложенных через отверстия поз. 10, фиг. 2 в зеркале антенны, расположенные под каждой микрополосковой антенной или рядом с ней.
Микрополосковые антенные решетки работают, как правило, в диапазонах от ОВЧ до СВЧ (0,3…50 ГГц). Зеркальные антенны широко используются, начиная с дециметровых диапазонов длин волн и короче (0,5 ГГц и выше). Размещение микрополосковой антенной решетки на поверхности зеркала приводит к появлению неровностей его профиля, что в свою очередь может снизить эффективность работы зеркальной антенны.
з
Для обеспечения работы зеркальной антенны форма профиля поверхности зеркала должна быть выполнена с точностью Δ не менее:
з
з
Δ≤0,01…0,03λ
з
где λ - длина волны сигнала зеркальной антенны. Таким образом, для обеспечения работы предлагаемого устройства необходимо выполнение требования нахождения толщины микрополосковой антенны в диапазоне 0,01…0,03 длины волны зеркальной антенны.
Например, пусть толщина излучателя микрополосковой антенны, выполненного из проводящего материала, составляет 0,05 мм. Толщина диэлектрической подложки, выбираемая исходя из рабочего диапазона антенны и параметров диэлектрика, составляет 0,2 мм. В этом случае, с учетом продольного и поперечного габарита микрополосковой антенны (1…2 см на сторону) микронеровность профиля зеркальной антенны составляет около 0,25 мм, что не препятствует работе зеркальной антенны на дециметровых и даже более коротких волнах.
Технический результат позволяет создавать новые антенные системы, использующие унифицированные конструктивные элементы (в том числе кронштейны облучателя, опорно-поворотные устройства и приводы), что дает выигрыш в габаритах, массе, энергопотреблении и стоимости изготовления антенны, а также проводить модернизацию зеркальных антенн с целью расширения частотного диапазона в область более высоких частот.