СВЕРХШИРОКОПОЛОСНАЯ РУПОРНАЯ АНТЕННА С НАКЛОННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

Предлагаемая сверхширокополосная рупорная антенна с наклонной поляризацией относится к области антенной техники и может быть использована для приема линейно и эллиптически поляризованных волн или излучения СВЧ колебаний, поляризованных под углом 45° к горизонтальной плоскости.
Известны рупорные антенны [Рудольф Кюн. Микроволновые антенны. Перевод с нем. под ред. проф. М.П. Долуханова, стр. 227-228, рис. 5.23 и 239-240, рис. 5.31а.), в). Изд-во Судостроение, 1967 г.], в которых с помощью металлических пластин можно формировать диаграмму направленности (ДН). При возбуждении рупора линейно поляризованной волной, электрический вектор которой наклонен под углом 45° к горизонтали, для получения одинаковой по ширине ДН при приеме горизонтально и вертикально поляризованных волн в рупоре вблизи раскрыва помещают металлические полосы. Расстояние между полосами или, соответственно, расстояние от них до стенок рупора должно быть меньше , где λ - длина волны СВЧ колебаний, чтобы часть рупора, заполненная полосами, оставалась закритической для волны, поляризованной параллельно полосам.
11
Недостаток такого метода выравнивания ДН состоит в том, что из-за наличия полос могут легко возникать волны более высокого порядка, в частности, H-волны, и при этом распределение поля в апертуре искажается.
Известен пирамидальный рупорный излучатель [Рудольф Кюн. Микроволновые антенны. Перевод с нем. под ред. проф. М.П. Долуханова, стр. 240, рис. 5.31б), Изд-во Судостроение, 1967 г.], содержащий гладкий пирамидальный рупор с раскрывом, равным A×B (A - размер в горизонтальной плоскости, B - размер в вертикальной плоскости) и длиной, равной L, и диэлектрическую пластину, расположенную по оси рупора, запитываемый волноводом сечения a×b. При помещении в рупоре диэлектрической пластины с соответствующим выбором ее размеров и относительной диэлектрической проницаемости ε можно производить выравнивание ширины ДН в плоскости пластины.
Недостатком данного метода является невозможность получить стабильную и одинаковую по ширине ДН в широком диапазоне частот при приеме такой рупорной антенной эллиптически, горизонтально и вертикально поляризованных волн.
макс
мин
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является построение сверхширокополосной рупорной антенны с наклонной поляризацией с одинаковой шириной ДН в диапазоне частот с отношением  где, f, f - максимальная и минимальная рабочие частоты СВЧ сигналов, при приеме эллиптически, горизонтально и вертикально поляризованных волн.
Технический результат достигается тем, что сверхширокополосная рупорная антенна с наклонной поляризацией, содержит гладкий пустотелый рупор с раскрытом, равным A,
макс
макс
макс
с
высотой, равной B, длиной, равной L, фланцами крепления рупора к волноводу, сечением. a×b, при этом L=0,825A, рупор выполнен пирамидальным и снабжен вращателем плоскости поляризации на 45°, расстояние от раскрыва рупора до вращателя поляризации равно H=(0,185±0,025)λ и определяется толщиной диэлектрической прокладки, вращатель поляризации толщиной T=(0,32±0,11)λ выполнен плоским из четырех слоев стеклопроволочной ткани, в первом слое, ближайшем к раскрыву рупора, проводники ткани ориентированы относительно горизонтальной плоскости с наклоном (11±5), во втором слое - под углом (22±5)°, в третьем слое - под углом (33±5)° и в четвертом слое - под углом (45±5)°, расстояние между слоями равно 0,133·λ, между слоями ткани вплотную расположены стеклопластиковые сотовые заполнители, вращатель плоскости поляризации крепится к диэлектрической прокладке и фланцу крепления рупора к прибору винтами, рупор и припаянные по его концам фланцы крепления рупора к волноводу и прибору изготавливаются из одинакового металла.
Существенные признаки, отличающие заявленную сверхширокополоснуто рупорную антенну с наклонной поляризацией от прототипа, не поддаются самостоятельной квалификации, так как не отделяемы от целого объекта. Взаимное положение и размеры всех элементов, входящих в сверхширокополосную рупорную антенну с наклонной поляризацией, рассчитаны и окончательно определены экспериментально и позволяют построить сверхширокополосную рупорную антенну с наклонной, поляризацией, у которой в широком диапазоне частот одинаковая ширина ДН на уровне минус 3 дБ при приеме эллиптически, горизонтально и вертикально поляризованных волн, уровень боковых лепестков ниже минус 30 дБ и КСВН не более 1,4.
На Фиг. приведен чертеж предлагаемой сверхширокополосной рупорной антенны с наклонной поляризацией, на которой изображено: 1 - рупор; 2 - фланец крепления рупора к волноводу; 3 - фланец крепления рупора к прибору; 4 - вращатель плоскости поляризации; 5 - слои стеклопроволочной ткани; 6 - стеклопластиковые сотовые заполнители; 7 - винты крепления вращателя плоскости поляризации к фланцу крепления рупора к прибору; 8 - диэлектрическая прокладка.
Рупор 1 выполнен пирамидальным, пустотелым, гладким, с сечением фланца крепления рупора к волноводу (волноводного входа) a×b, с раскрывом, равным A, высотой, равной B, длиной, равной L, изготавливается из металла (например, из латуни). Фланец крепления рупора к волноводу 2 и фланец крепления рупора к прибору 3 также металлические и крепятся соответственно на концах рупора методом пайки.
макс
Между раскрывом рупора 1 и вращателем плоскости поляризации 4 установлена диэлектрическая прокладка 8 толщиной H=(0,065±0,065) λ.
макс
макс
Вращатель плоскости поляризации 4 толщиной T=(0,32±0,11)λ выполнен плоским и состоит из четырех слоев стеклопроволочной ткани 5, причем в первом слое, ближайшем к раскрыву рупора 1, проводники стеклопроволочной ткани ориентированы относительно горизонтальной плоскости с наклоном (11±5)°, во втором слое - под углом (22±5)°, в третьем слое - под углом (33±5)° и в четвертом слое - под углом (45±5)°. Расстояние между слоями равно 0,133·λ, между слоями стеклопроволочной ткани вплотную расположены стеклопластиковые сотовые заполнители 6. Вращатель плоскости поляризации 4 крепится к фланцу 3 крепления рупора к прибору винтами 7.
Сверхширокополосная рупорная антенна с наклонной поляризацией в режиме передачи работает следующим образом: СВЧ сигнал через волновод возбуждает волну типа Ню в рупоре 1. Для предлагаемой конфигурации рупора 1 при выбранном, соотношении размеров L и A в его раскрыве в плоскости магнитного вектора формируется амплитудно-фазовое распределение электромагнитного поля, которое обеспечивает одинаковую ширину ДН на уровне 3 дБ в широком диапазоне поляризаций и частот, а вращатель поляризации 4 вертикальную поляризацию рупора разворачивает на 45° для излученной волны и обеспечивает прием эллиптически, горизонтально и вертикально поляризованных волн.
Расширение диапазона частот в область высоких частот достигается за счет увеличения расстояния от раскрыва рупора 1 до вращателя поляризации 4, путем установки между ними диэлектрической прокладки 8.
Экспериментально исследованы макеты заявляемого устройства с размерами: A=115 мм, B=26 мм и L=97 мм. Вход рупора 1 имеет сечение (a×b=23×10) мм. Вращатель плоскости поляризации 4 толщиной T=16 мм на основе стеклопроволочной ткани располагался на расстоянии от 5 до 10 мм от раскрыва рупора. Оптимальным расстоянием для расширения диапазона частот при сохранении стабильности ширины ДН является H=7 мм.
В диапазоне частот  сверхширокополосная рупорная антенна с наклонной поляризацией имела ширину ДН на уровне минус 3 дБ, равную (22,5±3)°, при приеме горизонтально и вертикально поляризованных волн, уровень боковых лепестков ниже 30 дБ и КСВН не более 1,4.
Заявляемая сверхширокополосная рупорная антенна с наклонной поляризацией конструктивно проста. В нее входят широко применяемые материалы и она может быть изготовлена на любом среднетехническом предприятии. По сравнению с прототипом сложной конфигурации рупора с возбуждающим переходом с наклонным сечением прямоугольного волновода предлагаемая сверхширокополосная рупорная антенна с наклонной поляризацией имеет улучшенные технические и экономические показатели:
- одинаковую ширину ДН в широком диапазоне частот и поляризации;
- более низкий уровень боковых лепестков;
- более простую конструкцию, меньшие габариты и соответственно, более низкую цену.