Обзор Литературы
Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к антеннам ультракоротких радиоволн и антеннам сверхвысоких частот для излучения волн горизонтальной поляризации с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости. Техническим результатом, достигаемым от осуществления предложенного изобретения, является расширение рабочего диапазона частот щелевой цилиндрической антенны, обеспечение антенны устройствами согласования с фидером, некритичными к размерам при настройке антенны на рабочую резонансную частоту. Щелевая цилиндрическая антенна содержит проводящий цилиндрический корпус с продольной щелью с первой и второй кромками и фидер, дополнительно содержит первый проводящий хомут, второй проводящий хомут и согласующий отрезок кабеля, при этом первый хомут расположен с образованием гальванического контакта на первой кромке щели, второй хомут расположен с образованием гальванического контакта на второй кромке щели, фидер на поверхности цилиндра проложен вдоль прямой линии, диаметрально противоположной продольной оси щели, с загибом в окрестности точки возбуждения щели, проложен через первый хомут с образованием внешним проводником фидера гальванического контакта с первым хомутом, согласующий отрезок кабеля проложен через второй хомут, центральный проводник фидера гальванически соединен с центральным проводником согласующего отрезка кабеля. 1 з.п. ф-лы, 6 ил
Решение этих и других задач поясняется далее текстом и фигурами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1а) представлена щелевая цилиндрическая антенна 1 в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1б) показан вид спереди щелевой цилиндрической антенны, на фиг. 1в) показан вид сверху щелевой цилиндрической антенны. На фиг. 1б) и фиг. 1в) введены обозначения:
1 - щелевая цилиндрическая антенна,
2 - цилиндрический корпус,
3 - щель,
4 - первая кромка щели,
5 - вторая кромка щели,
6 - фидер,
7 - первый хомут,
8 - второй хомут,
9 - согласующий цилиндр,
10 - согласующий отрезок кабеля,
11 - изгиб фидера (на повороте от вертикального участка к горизонтальному участку, расположенному в окрестности точки возбуждения щели),
А - область возбуждения щели.
На фиг. 2а) показана область А возбуждения щели. На фиг. 2б) показано соединение внешнего проводника фидера с первым хомутом и первой кромкой щели, устройство согласования входного импеданса антенны и его соединение со второй кромкой щели. На фиг. 2в) показано в разрезе соединение внешнего проводника фидера со вторым хомутом и второй кромкой щели, согласующий цилиндр и согласующий отрезок кабеля. На фиг. 2б) и фиг. 2в) дополнительно введены следующие обозначения:
12 - центральный проводник согласующего отрезка кабеля,
13 - центральный проводник фидера,
14 - внешний проводник фидера.
На фиг. 3 приведена эквивалентная схема антенны; на фиг. 3 введены новые обозначения:
15 - емкость конденсатора, образованного внутренней поверхностью согласующего цилиндра 9 и внешней поверхностью внешнего проводника согласующего отрезка кабеля 10,
16 - емкость конденсатора, образованного внутренней поверхностью внешнего проводника и центральным проводником согласующего отрезка кабеля 10,
17 - индуктивность, обусловленная протеканием токов по внутренней и внешней поверхностям трубы от первой кромки ко второй кромке щели (при отсутствии конденсаторов 15 и 16),
18 - реальная часть входного сопротивления антенны (до подключения конденсаторов 15 и 16),
19 - условная клемма, соответствующая точке гальванического контакта внешнего проводника фидера через первый проводящий хомут с кромкой 4,
20 - условная клемма, соответствующая точке на входе центрального проводника согласующего отрезка кабеля,
21 - точка гальванического контакта согласующего цилиндра через проводящий хомут 2 с кромкой 5 щели 3.
На фиг. 4 приведены экспериментальные зависимости реальной и мнимой частей входного сопротивления и КСВ от частоты первого и второго образцов щелевой цилиндрической антенны; на фиг. 4 введены обозначения:
221 - зависимость от частоты реальной части входного сопротивления первого образца с согласующим отрезком кабеля длиной 10,5 мм,
222 - зависимость от частоты мнимой части входного сопротивления первого образца с согласующим отрезком кабеля длиной 10,5 мм,
223 - зависимость от частоты КСВ антенны первого образца с согласующим отрезком кабеля длиной 10,5 мм,
231 - зависимость от частоты реальной части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 11,5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 20,5 мм,
232 - зависимость от частоты мнимой части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 11,5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 20,5 мм,
233 - зависимость от частоты КСВ антенны второго образца второго образца с согласующим цилиндром длиной 11,5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 20,5 мм,
241 - зависимость от частоты реальной части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 7 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 24 мм,
242 - зависимость от частоты мнимой части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 7 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 24 мм,
243 - зависимость от частоты КСВ антенны второго образца с согласующим цилиндром длиной 7 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 24 мм,
251 - зависимость от частоты реальной части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 30 мм,
252 - зависимость от частоты мнимой части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 30 мм,
253 - зависимость от частоты КСВ антенны второго образца с согласующим цилиндром длиной 5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 30 мм,
На фиг. 5 приведены примеры распределения напряженности электрического поля вдоль линии передачи 26, представляющей собой продольную щель на цилиндре, и вдоль двухпроводной линии, использованной для возбуждения упомянутой линии передачи: а) частота генератора меньше критической частоты основной волны щелевой линии на круговом цилиндре, б) частота генератора примерно равна критической частоте основной волны щелевой линии на круговом цилиндре, в) частота генератора больше критической частоты основной волны щелевой линии на круговом цилиндре.
На фиг. 5 введены обозначения:
27 - сосредоточенный источник напряжения,
28 - двухпроводная линия передачи,
29 - векторы напряженности электрического поля.
На фиг. 6 представлена силовыми линиями структура электрического поля в некоторый момент времени во внутренней и внешней областях щелевой цилиндрической антенны в сечении, перпендикулярном оси антенны. На фиг. 6 введены обозначения: 30 - силовые линии электрического поля.
Осуществление изобретения
Обратимся к фиг. 1б, на которой представлена щелевая антенна 1 в соответствии с настоящим изобретением. Антенна выполнена в виде цилиндрического корпуса 2 с щелью 3 с первой кромкой 4 и второй кромкой 5, фидера 6, первого проводящего хомута 7, второго проводящего хомута 8, согласующего цилиндра 9, согласующего отрезка кабеля 10 и элементов крепежа.
Цилиндрический корпус 2 выполнен из проводящего материала, такого как, например, латунь, алюминиевый сплав, сталь или иной металл, или металлический сплав с хорошей проводимостью. Цилиндрический корпус с 2 в поперечном сечении имеет вид окружности. Корпус в поперечном сечении может иметь вид квадрата, прямоугольника, эллипса или иной кривой фасонного профиля.
Щель 3 выполнена в цилиндрическом корпусе 2 на всю глубину стенки корпуса фрезерованием, лазерной резкой или иной механической операцией с образованием первой кромки 4 и второй кромки 5, параллельных продольной оси цилиндрического корпуса.
Два последовательно включенных конденсатора 15 и 16 имеют эквивалентную емкость С3:
Входное сопротивление на клеммах 19, 20 Zвх, обусловленное последовательным включением эквивалентной емкости С3 и цепочки из параллельно включенных сопротивления R и индуктивности L, на частоте 
равно:
На резонансной частоте мнимая часть входного сопротивления равна нулю, т.е.
Сделав в (2) замену в знаменателе множителя в квадратных скобках на его значение из (3), получим величину 
вх на резонансной частоте:
Идеальное согласование с фидером достигается при равенстве входного сопротивления антенны волновому сопротивлению фидера. При заданных L и R регулировка по согласованию достигается подбором величины эквивалентной емкости С3.
В предельном случае, когда отсутствует согласующий цилиндр (C 1 
), эквивалентная емкость С3 равна емкости С 2 - емкости согласующего отрезка кабеля. Обычно для согласования антенны с фидером требуется иметь небольшое значение величины С2. Иногда, при работе в метровом и дециметровом диапазонах волн требуется согласующий отрезок длиной не более десяти миллиметров. Небольшие по абсолютной величине изменения длины отрезка кабеля приводят к сравнительно большим относительным изменениям величины С2. Поэтому при точной настройке антенны на рабочую частоту требуется изменять длину согласующего отрезка на доли миллиметра. Необходимость подбора длины согласующего отрезка кабеля с точностью до долей миллиметра затрудняет процесс настройки антенны.
Действительно, приращение DС2 эквивалентной емкости С3 можно найти из соотношения:
Из этого соотношения следует: чем меньше емкость согласующего цилиндра С1 (чем меньше длина согласующего цилиндра), тем меньше изменяется эквивалентная емкость при одних и тех же приращениях емкости С2 (приращении длины согласующего отрезка кабеля). При это возможно применение более длинных согласующих отрезков кабеля.
С более длинными согласующими отрезками кабеля более удобно настраивать антенну, т.к. при этом можно использовать традиционный инструмент для подрезки кабеля.
Измерения поляризационных характеристик антенны показали, что антенна обладает линейной поляризацией. Выполненные на антенне измерения свидетельствуют о том, что антенна свободна от антенного эффекта фидера.
Применение изобретения
Изобретение может быть применено в качестве самостоятельной антенны, в качестве элементов более сложных антенн, излучающих элементов антенных решеток, облучателей зеркальных и линзовых антенн.
Антенна при этом может быть использована либо как самостоятельная антенна, либо в качестве элемента линейной антенной решетки.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Щелевая цилиндрическая антенна, содержащая проводящий цилиндрический корпус, в котором выполнена продольная щель с первой и второй кромками и фидер, отличающаяся тем, что содержит первый хомут, закрепленный на первой кромке щели с образованием гальванического контакта, второй хомут, закрепленный на второй кромке щели с образованием гальванического контакта, согласующий цилиндр и согласующий отрезок кабеля, согласующий цилиндр закреплен на второй кромке щели и проложен через второй хомут, согласующий отрезок кабеля установлен на второй кромке щели и проложен через согласующий цилиндр, фидер закреплен на поверхности цилиндра вдоль прямой линии, диаметрально противоположной продольной оси щели, с загибом в сторону щели в окрестности точки возбуждения щели и проложен через первый хомут с образованием внешним проводником фидера гальванического контакта с первым хомутом, центральный проводник фидера гальванически соединен с центральным проводником согласующего отрезка кабеля.
2. Щелевая цилиндрическая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что согласующий цилиндр выполнен в виде кругового проводящего цилиндра.
Введение
Сфера применения радиолокационной техники в настоящее время очень широка, а с применением достижений современной схемотехники, радиоэлектронных технологий и вычислительной техники – все более расширяется. Любая радиотехническая установка, предназначенная для излучения или приёма радиоволн, содержит антенну. Антенные устройства играют важнейшую роль в радиотехнике, так как основным отличительным признаком радио является наличие излучения или приёма радиоволн. Требования, предъявляемые к антенне, различны в зависимости от назначения радиостанции. Все антенны чаще всего принято классифицировать по диапазонам волн. Зеркальными антеннами называются антенны, у которых поле в раскрыве формируется в результате отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального профиля.
Источником электромагнитной волны обычно служит какая-нибудь небольшая элементарная антенна, называемая в этом случае облучателем зеркала или просто облучателем.
Зеркало и облучатель являются основными элементами зеркальной антенны. Зеркало обычно изготавливается из алюминиевых сплавов. Иногда для уменьшения парусности зеркало делается не сплошным, а решетчатым.
Наиболее распространенным является зеркала в виде параболоида вращения, усеченного параболоида, параболического цилиндра или цилиндра специальной формы.
Целью выполнения курсового проекта является развитие навыков самостоятельной работы с научно-технической и справочной литературой по теории и технике антенн и устройств СВЧ. Задание на курсовой проект представляет собой совокупность основных технических требований, предъявляемых к проектируемому устройству, которые целиком определяют свойства проектируемого устройства, необходимые для выполнения поставленной перед ним задачи.
Структурная схема радиотехнической системы и принципиальная схема антенно-фидерного тракта
Антенна – составная часть любой радиотехнической системы. Основное назначение антенны - излучать и принимать электромагнитную энергию. Основная задача, которую выполняет любая антенна – преобразование одного вида энергии в другой.
Для работы антенны необходим приемник и передатчик излучения. Антенна работает в импульсном режиме, поэтому необходим антенный переключатель. Он используется в импульсных РЛС при помощи антенны для передачи мощного импульса и приема отраженных от цепей сигналов. На время излучения импульса приемник должен быть отключен от тракта и защищен от действия мощного сигнала. В паузах между импульсами к антенне должен быть подключен приемник, а передатчик должен быть изолирован от тракта, чтобы не было ослабления принимаемых сигналов. Для поворота антенны необходимы вращающиеся сочленения по азимуту для вращения на 360о и по углу места для отклонения на – 30о
Рис 1. Структурная схема радиотехнической системы
АУ – антенное устройство. Преобразование направляемых ЭМ волн, движущихся от генератора по фидерной линии к входу антенны, в расходящиеся ЭМ волны свободного пространства (для передающей антенны). Преобразование падающих свободных волн в направляемые волны фидера, подводящих принятую мощность к входу приемника (для приемной)
МВ – Механизм вращения, осуществляет вращение антенного устройства.
ВС по УМ – вращающееся сочленение по углу места. Осуществляет вращение АУ по углу места.
ВС по азимуту – вращающееся сочленение по азимуту. Осуществляет вращение АУ по азимуту.
АП – антенный переключатель. Переводит АУ в режим передачи/приема.
Передатчик – источник сигнала, модулятор,
Приемник – приемник сообщения (сигнала).
Рис 2. Принципиальная схема антенно-фидерного тракта
Выбор типа линии передачи
Для передачи СВЧ-энергии применяют коаксиальные кабели, волноводы и полосковые линии. Типы линий передачи энергии, рабочий диапазон и краткая характеристика приведены на табл.1.
Таблица 1- Линии передачи энергии и их характеристики
| Тип линии | Рабочий диапазон | Краткая характеристика |
| Закрытые линии передач | ||
| Коаксиальные кабели (со сплошной и полувоздушной изоляцией) | Метровый, дм | Широкополосные, характеризуются малыми потерями и высокой помехозащищенности имеют гибкую конструкцию |
| Объемные волноводы | Дециметровый, см, мм | Малые потери, высокая пробивная мощность, помехозащищенность, относительно широкополосные |
| Открытые линии передач | ||
| Полосковые (симметричные и несимметричные) | Метровый, дм, см | Просты в изготовлении, малогабаритны, широкополосные, характеризуются большими потерями в см диапазоне и малой мощностью. |
| Диэлектрические и металлодиэлектрические волноводы | Сантиметровый, мм | Характеризуются простотой и экономичностью конструкции, сравнительно высокими потерями. |
Так как заданная в ТЗ длинна волны 4.5 см, а мощность - 35кВт, то лучше выбирать линию передачи типа Объемный волновод.