ВЕКТОРНАЯ АНТЕННА
VECTOR ANTENNA

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных системах, например, для оценки угловых координат источников радиоизлучения с произвольной поляризацией и произвольным направлением падения электромагнитной волны.
Оценка угловых координат источников радиоизлучения с произвольной поляризацией и произвольным направлением падения волны производится на основе вычисления реальной части вектора Пойнтинга по измеренным проекциям электрической и магнитной компонент электромагнитного поля. Для этого измеряются амплитуды и фазы проекций векторов  электромагнитного поля на оси х, у, z. Затем вычисляется значение вектора Пойнтинга
и его реальная часть
Направление реальной части вектора Пойнтинга соответствует направлению падения электромагнитной волны. Таким образом, для реализации данного метода достаточным является измерение всех проекций векторов электрической и магнитной компонент поля в одной точке.
Известна конструкция всенаправленной директорной антенны RU 164858, заявка №2014128681/2 от 14.07.2014, МПК H01Q 19/30 U1 - прототип. Указанная всенаправленная директорная антенна состоит из одного активного вибратора в виде отрезка проводника четвертьволновой длины электромагнитной волны, расположенного перпендикулярно плоской проводящей поверхности и подключенного к линии питания с края, ближайшего к проводящей поверхности, и множества пассивных вибраторов-директоров в виде отрезков проводников, имеющих длину меньше длины активного вибратора, расположенных параллельно ему и подключенных одним своим краем к проводящей поверхности, при этом пассивные вибраторы расположены так, что проекции их средних точек на проводящую поверхность расположены вдоль окружностей, центр которых совпадает с центром проекции на эту поверхность активного вибратора, на одинаковом вдоль дуги окружности расстоянии от проекций их средних точек соседних пассивных вибраторов, при этом длины пассивных вибраторов, относящихся к одной окружности, равны, и с увеличением радиуса окружности, на которой расположены средние точки пассивных вибраторов, длины пассивных вибраторов не изменяются и на каждую окружность приходится не менее трех пассивных вибраторов. Данный образец антенны может позволить при использовании ее в качестве пеленгаторной антенны обеспечить оценку угловых величин падающей электромагнитной волны вертикальной поляризации в азимутальной плоскости.
Техническим результатом изобретения по сравнению с прототипом является расширение функциональных возможностей антенны, заключающееся в способности антенны принимать электромагнитные волны любой поляризации с произвольным направлением прихода волны с последующей оценкой угловых координат источников радиоизлучения.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана конструкция векторной антенны, на фиг. 2 показан вид сверху векторной антенны без экрана, на фиг. 3 показан вид сбоку векторной антенны, на фиг. 4 показан вертикальный разрез несимметричной экранирующей вертикальной рамки, на фиг. 5 показан продольный разрез центрального вертикального вибратора, горизонтальных вибраторов, металлической подставки, имеющей форму цилиндрического стакана, и симметричной экранирующей горизонтальной рамки, на фиг. 6, 7 показаны места подключения фидерных линий к симметричным экранирующим горизонтальным рамкам, на фиг. 8 показаны места подключения фидерных линий к горизонтальным вибраторам, на фиг. 9 показано место подключения фидерной линии к центральному вертикальному вибратору, на фиг. 10 показаны места подключения фидерных линий к несимметричным экранирующим вертикальным рамкам и вертикальным вибраторам.
z
Векторная антенна выполнена на металлическом экране 1 и содержит: один центральный вертикальный вибратор 2 и четыре вертикальных вибратора 3, которые служат для усреднения значения E компоненты поля, искажаемого векторной антенной.
В качестве базового способа запитки элементов векторной антенны выбран несимметричный способ, обладающий рядом преимуществ:
- не требуется использование сверхширокополосных симметрирующих трансформаторов;
- фидерная линия располагается под металлическим экраном и не оказывает влияния на диаграмму направленности антенны;
- металлическая подстилающая поверхность, расположенная в непосредственной близости от антенных элементов, снижает отрицательное влияние корпуса носителя и элементов крепежа.
z
Для измерения и усреднения значения E компоненты поля используются центральный вертикальный вибратор 2, четыре вертикальных вибратора 3.
х
y
Для измерения Е и E компонент поля используются четыре горизонтальных вибратора 4.
х
у
Для измерения компонент Н и Н поля используются четыре несимметричные экранирующие вертикальные рамки 5, имеющие форму полуколец, компенсирующие эффект интерференции, вносимого элементами векторной антенной.
z
Четыре симметричные экранирующие горизонтальные рамки 6, имеющие форму колец, используются для измерения H компоненты поля, а также для уменьшения систематических погрешностей, вызванных дифракцией волн на векторной антенне.
В варианте исполнения система вибраторов и система экранирующих рамок размещены на одном металлическом экране 1, имеющем форму круга.
В варианте исполнения система вибраторов выполнена в виде пяти одинаковых вертикальных вибраторов, из которых четыре вертикальных вибратора 3 установлены на металлический экран 1 на равном удалении от центра металлического экрана 1 в углах квадрата, центр которого совпадает с геометрическим центром металлического экрана 1, а один центральный вертикальный вибратор 2 - в центре на металлической подставке, имеющей форму цилиндрического стакана высотой, равной длине вертикального вибратора 2, и четырех одинаковых горизонтальных вибраторов 4, которые установлены вдоль перпендикулярных линий, исходящих из геометрического центра металлического экрана 1, в плоскости параллельной плоскости металлического экрана 1 и отстоящей от нее выше.
В варианте исполнения система экранирующих рамок выполнена в виде несимметричных экранирующих вертикальных рамок 5, имеющих форму полуколец, лежащих во взаимоперпендикулярных плоскостях, и установленных перпендикулярно плоскости металлического экрана 1 и четырех симметричных экранирующих горизонтальных рамок 6, имеющих форму колец, которые проходят через нормаль к геометрическому центру металлического экрана 1, каждая из которых расположена в одной координатной четверти, причем плоскости, содержащие пары симметричных экранирующих горизонтальных рамок 6, лежащих в противоположных координатных четвертях, расположены выше и ниже относительно плоскости, проходящей через горизонтальные вибраторы 4.
х
y
z
х
у
z
Для измерения проекций векторов напряженности электрического и магнитного поля Е, E,E, Н, Н, H с помощью векторной антенны необходимо использовать экспериментально наработанные калибровочные таблицы, связывающие фактически измеряемые величины комплексных потенциалов на выходах соответствующих антенных элементов в рабочей полосе частот с компонентами падающей электромагнитной волны.
Для измерения фаз предлагается в качестве опорного напряжения использовать среднее значение напряжений на выходах вертикальных вибраторов 3.
Предложенная векторная антенна работает следующим образом.
Падающая электромагнитная волна с произвольной поляризацией наводит на антенных элементах - центральном вертикальном вибраторе 2 и вертикальных вибраторах 3, горизонтальных вибраторах 4, несимметричных экранирующих вертикальных рамках 5 и симметричных экранирующих горизонтальных рамках 6 - токи, которые создают комплексные потенциалы в местах подключения фидерных линий к указанным антенным элементам. Изменения угла места и направления прихода падающей электромагнитной волны будут вызывать изменения комплексных потенциалов на антенных элементах: центральном вертикальном вибраторе 2, вертикальных вибраторах 3, горизонтальных вибраторах 4, несимметричных экранирующих вертикальных рамках 5, симметричных экранирующих горизонтальных рамках 6. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с симметричных экранирующих горизонтальных рамок 6, инициированы вертикально ориентированным магнитным полем, наводимым падающей электромагнитной волной. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с несимметричных экранирующих вертикальных рамок 5, инициированы горизонтально ориентированным магнитным полем, наводимым падающей электромагнитной волной. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с центрального вертикального вибратора 2 и вертикальных вибраторов 3 инициированы вертикально ориентированным электрическим полем, наводимым падающей электромагнитной волной. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с горизонтальных вибраторов 4 инициированы горизонтально ориентированным электрическим полем, наводимым падающей электромагнитной волной.
х
y
z
х
у
z
Измеренные значения комплексных потенциалов используются для вычисления компонент падающей электромагнитной волны Е, E,E, Н, Н, H. С помощью дополнительного программно-аппаратного комплекса, сопряженного с векторной антенной, вычисляется реальная часть  вектора Пойнтинга  параметры которого позволят получить значения угла места и азимута падающей электромагнитной волны пеленгуемого источника радиоизлучения наиболее близкие к истинным.
Использование предложенного технического решения позволит расширить функциональные возможности антенны, заключающееся в способности антенны принимать электромагнитные волны произвольной поляризации и произвольным направлением прихода волны с последующей оценкой угловых координат источников радиоизлучения.