Излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки
Полезная модель относится к области радиотехники, в частности, к антенной технике, и может быть использована при разработке антенно-фидерных устройств СВЧ.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является уменьшение линейных размеров симметричного вибратора в Е-плоскости для создания малогабаритной фазированной антенной решетки.
Результат достигается тем, что излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки включает вибратор, согласующий трансформатор, рефлектор, перегородки, соединитель. При этом он дополнительно содержит диэлектрические элементы, выполненные из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью 
>>1, размещенные и жестко закрепленные между концами вибратора и перегородками, установленными на поверхности рефлектора. Причем вибратор и согласующий трансформатор выполнены в виде участков металлизированного слоя на изоляционном основании печатной платы.
Полезная модель относится к области радиотехники, в частности, к антенной технике, и может быть использована в радиолокации, связи, при разработке фазированных антенных решеток.
Известен излучающий элемент дипольного типа (Патент US 
3845490, дата публикации 1974.10.29, MПK: H01Q 9/16; H01Q 21/08; H01P 3/08). Излучающий элемент выполнен с использованием технологии производства печатных плат и состоит из дипольного излучателя и согласующего трансформатора на симметричной полосковой линии, расположенных на металлизированных слоях склеенных под давлением печатных плат.
К недостаткам данного излучающего элемента можно отнести его значительные линейные размеры в Е-плоскости, составляющие 0,5
, где - длина волны в свободном пространстве.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой антенне является излучающий элемент фазированной антенной решетки, предназначенный для использования в составе фазированной антенной решетки, установленной в носке крыла летательного аппарата (Патент US 6229491, дата публикации 2001.05.08, MПК: H01Q 1/28; H01Q 19/30), который выбран в качестве прототипа. Излучающий элемент состоит из следующих деталей: вибратора, согласующего трансформатора, директора, токопроводящего рефлектора с перегородками, соединителя для подключения к выходу приемопередатчика и двух держателей. Вибратор конструктивно выполнен из симметричных отрезков металлической проволоки со специальной L-образной формовкой концов, помещенных в цилиндрическую пластмассовую втулку. Директор выполнен из отрезка короткозамкнутой металлической проволоки и также расположен в цилиндрической пластмассовой втулке. Вибратор и директор являются диаграммообразующими компонентами излучающего элемента, и посредством держателей установлены на поверхности токопроводящего рефлектора. Недостатками данного технического решения являются повышенная сложность конструкции излучателя и относительно большой линейный размер в Е-плоскости излучающего элемента, составляющий более 0,25, что не всегда позволяет установить данный излучающий элемент на борту летательного аппарата. Детали излучающего элемента изготавливаются с использованием высокоточной механической обработки, с целью обеспечения идентичности параметров излучающих элементов в составе фазированной антенной решетки, что ведет к удорожанию продукции. Сборка и монтаж данного излучающего элемента требуют применения высококвалифицированного ручного труда.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является уменьшение линейных размеров излучающего элемента в Е-плоскости для создания малогабаритной фазированной антенной решетки.
Технический результат достигается тем, что излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки содержит вибратор, согласующий трансформатор, токопроводящий рефлектор с установленными на нем перегородками, соединитель для подключения к выходу приемопередатчика. При этом он отличается от прототипа тем, что дополнительно включает диэлектрические элементы, выполненные из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью >>1, размещенные и жестко закрепленные между концами вибратора и перегородками, установленными на поверхности рефлектора. Причем вибратор и согласующий трансформатор выполнены в виде участков металли-
При этом введенные в конструкцию излучателя дополнительные диэлектрические элементы могут быть выполнены либо как отдельные детали конструкции излучателя, либо могут являться частью конструкции обтекателя, изготовленного из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью >>1.
Сущность полезной модели поясняется рисунками Фиг.1-Фиг.3. На Фиг.1 представлена конструкция излучателя малогабаритной фазированной антенной решетки, где
1 - вибратор;
2 - согласующий трансформатор;
3 - диэлектрические элементы;
4 - рефлектор;
5 - перегородки;
6 - соединитель;
7 - печатная плата.
Излучающий элемент содержит вибратор 1, согласующий трансформатор 2, диэлектрические элементы 3 и установленные на токопроводящем рефлекторе 4 металлические перегородки 5. При этом вибратор 1 и согласующий трансформатор 2 выполнены посредством технологии производства печатных плат, в виде участков металлизированного слоя на изоляционном основании печатной платы 7.
Диэлектрические элементы 3 размещены и жестко закреплены между концами вибратора 1 и перегородками 5. Диэлектрические элементы 3 могут быть выполнены либо как отдельные детали конструкции излучателя, либо являться частью конструкции обтекателя, изготовленного из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью >>1. Посредством соединителя 6 излучающий элемент подключается к выходу приемопередатчика.
Работа излучающего элемента малогабаритной фазированной антенной решетки осуществляется следующим образом.
Излучающий элемент представляет собой симметричный вибратор 1, который с целью уменьшения размеров укорочен (нагружен) путем создания между его концами и установленными на рефлекторе 4 металлическими перегородками 5 распределенной емкости (Фиг.1). Такая емкость эквивалентна отрезку разомкнутой двухпроводной линии, длину которого l' можно определить исходя из следующего равенства:
, где
l' - отрезок разомкнутой линии;
в - волновое сопротивление эквивалентной линии, равное волновому сопротивлению вибратора;
С - величина емкости нагрузки;
- постоянная величина, равная 3,14;
- циклическая частота сигнала.
Таким образом, нагруженный вибратор можно представить в виде обычного ненагруженного вибратора, эквивалентного по своим параметрам нагруженному вибратору.
Длина плеча эквивалентного вибратора равна:
lв=l+l', где
l - фактическая длина вибратора.
Расположение диэлектрических элементов 3, изготовленных из материала с диэлектрической проницаемостью >>1, в пространстве между концами вибратора 1 и перегородками 5 вызывает повышение плотности электрического поля в близлежащем объеме и увеличение емкости нагрузки на концах вибратора, с соответствующими ростом эквивалентной длины плеч вибратора и снижением его резонансной частоты, что позволяет уменьшить линейные размеры симметричного вибратора в Е-плоскости до 0,165.
Практическое применение излучающего элемента рассмотрим на примере малогабаритной фазированной антенной решетки дециметрового диапазона волн. На рисунке Фиг.2 представлена конструкция излучающего элемента с согласующим устройством и обтекателем. При этом роль диэлектрических элементов 3 выполняют расположенные между концами печатного вибратора 1 и перегородками 5 части конструкции обтекателя. Использование в качестве диэлектрических элементов 3 частей конструкции обтекателя, изготовленного из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью >>1, позволяет упростить конструкцию в случае необходимости применения обтекателя для защиты излучающего элемента от воздействия внешней среды и придания жесткости конструкции, а также получить излучающий элемент с линейными размерами 0,165 в Е-плоскости.
На рисунке Фиг.3 представлены графики зависимости коэффициента отражения от частоты для двух типов конструкции излучающих элементов: излучающего элемента прототипа и предлагаемого технического решения. Как видно из графиков, предложенная конструкция излучающего элемента обладает такой же частотой входного согласования, как и прототип, при значительно меньших линейных размерах в Е-плоскости (0,165 против 0,25 в прототипе), что позволяет конструировать антенные решетки излучателей, обладающие меньшими габаритными размерами.
Предлагаемая конструкция излучающего элемента малогабаритной фазированной антенной решетки позволяет создавать малогабаритные фазированные антенные решетки дециметрового диапазона волн для установки их в элементах конструкции летательных аппаратов, например, в носке крыла.
1. Излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки, содержащий вибратор, согласующий трансформатор, рефлектор, перегородки, соединитель, отличающийся тем, что дополнительно включает диэлектрические элементы, выполненные из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью >>1, размещенные и жестко закрепленные между концами вибратора и перегородками, установленными на поверхности рефлектора, при этом вибратор и согласующий трансформатор выполнены в виде участков металлизированного слоя на изоляционном основании печатной платы.
2. Излучающий элемент по п.1, отличающийся тем, что диэлектрические элементы являются частью конструкции обтекателя, изготовленного из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью >>1.
