Рупорный облучатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 1)5 Н 01 01 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН лучателя в нескольких, диапазонах с заданным отношением рабочих частот, Рупорный облучатель содержит секцию 1 преобразования мод, соединенную. с металлическим рупором 2, структуру 3, выполненную из чередующихся вдоль оси рупорного облучателя пар магнитодиэлектрических колец и размещенную на внутренней стенке металлического рупора 2. При работе рупорного облучателя из преобразователя мод в горловину металлического рупора 2 поступают СВЧ-колебания заданной структуры (гибридная мода НЕ 11), Параметры структуры 3 из кольцевых вкладышей выбраны удовлетворяющими условию поддержания распространения и излучения моды НЕ 11 в заданных частотных диапазонах, чем обеспечивается согласование, а также низкий у) уровень боковых лепестков и кроссполяризационного излучения. 3 ил. юл. М 5рономический итут АН .Удовенский, О.Г.Гамуля, Алов77.73(088,8)пзасбопз оп Аме988, ч. АР, В 8 паз а р. 115 ной техпорам, и ве самолучателя ельизарабочихного обааааа К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к антенике, а именно к волноводным руможет быть использовано в качесстоятельного излучателя или обзеркальной или линзовой антенн.бретения - расширение диапазоначастот и обеспечения работы рупоИзобретение относится к антенной технике, а именно к волноводным рупорам, иможет быть использовано в качестве самостоятельного излучателя или облучателязеркальной и линзовой антенн. 5Известен рупорный облучатель с внутренними стенками с поперечным металлическим гофром прямоугольной формы (илиболее сложной конструкции) и глубиной4, Такие облучатели позволяют добивать 10ся высоких характеристик излучения на частотах, относящихся как 1:2, или работать внескольких частотных диапазонах с длина 15ми волн, равными (2 п+ 1) , где и= 1,2,Недостатками облучателей являютсябольшая масса, сложность в изготовлениии, соответственно, стоимость, в особенности для миллиметрового диапазона,Улучшить диапазонные свойства облучателей до соотношения рабочих частот 1:3позволяет использование рупорных облучателей с металлическим гофром с чередующимися прямоугольными канавками двухтипов, настроенных на свою частоту каждая.Основным физическим ограничениемна дальнейшее расширение диапазона рабочих частот в указанных облучателях является требование, накладываемое на 30соотношение ширины канавки И и толщиныребра (1) -0,75. Это соотношение не9/1может быть удовлетворено для далеко разнесенных диапазонов. Кроме того, такие облучатели имеют те же .укйзанныетехнологические недостатки.Известен также рупорный облучатель сгладкими внутренними металлическимистенками, конической вставкой из диалектрика и диэлектрической прослсйкой междувставкой и стенками рупора, причем диэлектрическая проницаемость материалапрослойки меньше диэлектрической проницаемости материала вставки. Такие облучатели позволяют получать требуемыехарактеристики в диапазоне 1 - 3 и достаточно просты в изготовлении, но обладаютбольшими потерями и не позволяют работать с большими излучаемыми мощностями. 50Наиболее близким к предлагаемому является рупорный облучатель, содержащийметаллический рупор, на внутренней стенкекоторого размещена структура из кольцевых вкладышей. Вкладыши выполнены из 55диэлектрического материала, ширина вкладыша равна полуширине периода, диаметрраскрыва облучателя много больше длиныволны,Известный облучатель может обеспечить работу в диапазоне частот 1-2,5, причем на форму и материал вкладышей при этом накладываются строгие ограничения, что делает невозможным обеспечение требуемых характеристик излучения в более широком диапазоне частот или в нескольких диапазонах с заданным соотношением рабочих частот,Целью изобретения является расширение диапазона рабочих частот и обеспечение работы облучателя в нескольких диапазонах с заданным отношением рабочих частот.В рупорном облучателе, содержащем металлический рупор, на внутренней стенке которого размещена структура из кольцевых вкладышей, структура выполнена в виде чередующихся вдоль оси рупора пар магнитодиэлектрических колец, геометрические размеры и магнитодиэлектрические параметры которых ьыбраны из соотношения" тд (Ь - . Ь 4) тд (1-и Д = - 1, где п =1,2,; т 1, Гг - рабочие частоты;= 2 к/с 4 х /4 х - 1: :1+(1 - О) (Я - 1)+ О(е 1 - 1); ,и=1+(1 - 0) и 2 - 1)+Ои 1 - 1);Е 1 й й О =Ь/1;1 - период структуры; Ь - ширина кольца; Ь - толщина кольца; е 1 и я 2 - диэлектрические проницаемости материалов вкладышей;,и 1 и,и 2- магнитные проницаемости материала вкладышей.Такое выполнение приводит к появлению у структуры новых степеней свободы, воздействие на которые выбором материала вкладышей и геометрии (ширины и толщины вкладышей) позволяет изменять ширину рабочего диапазона в широких пределах и добиваться высоких характеристик излучения одновременно в нескольких частотных диапазонах с заданным отношением рабочих частот,Структура выполнена из кольцевых вкладышей в виде чередующихся вдоль оси рупора пар магнитодиэлектрических колец, геометрические размеры и магнитодиэлектрические параметры которых выбраны из заданных соотношений рабочих частот.1711277 25 30 сницаемо 5На фиг,1. изображен рупорный облучатель с чередующимися вдоль оси магнитодиэлектрическими вкладышами; на фиг,2 - структура из кольцевых вкладышей, расположенная на внутренней стенке облучателя; на фиг.З - расчетный график зависимости 5 уровня излучения от длины волны в облучателе.Рупорный облучатель состоит из секции 1 преобразования мод, металлического рупора 2 с углом раскрыва р) г и радиусом 10 апертуры а+ Ь, причем Ка 1, Ь а(где К = = 2 й/Л; Л- длина волны в свободном пространстве), структуры 3, выполненной из чередующихся вдоль оси рупора пар магнитодиэлектрических колец 4 и 5. Связь 15 между материальнымипараметрами магнитодиэлектрических колец и, их геометрическими размерами определяется формулой Е"-,(ь- ,ьа) 9(.-ьа=-,где и = 1, 21 1 - рабочие частоты; =2 ж/с ех,их - 1; =1+ (1 - О) (а - 1) + 0(Я 1 - 1); ,и=1+ (1 - О) иг - 1) + Ои 1 - 1);81 й Ед0= Ь/; 1 - период структуры (К 1. с 1); Ь - ширина магнитодиэлектрического оца; 35 . Ь - толщина; 81 и- диэлектрические пр сти материалов;,и 1 и,и 2 - магнитные проницаемости материалов колец;40 с - скорость света.Указанная формула получена при решении задачи рассеяния плоских Е- и Н-поляризованных волн лежащим на металлической подложке слоем частых пе риодических ячеек, образованных двумя че- . редующимися прямоугольными брусьями из магнитодиэлектрических материалов, что позволяет построить математическую модель, пригодную для описания рупорных 50 облучателей, на внутренней стенке которых размещена структура из пар магнитодиэ-: лектрических колец.При работе облучателя из преобразова теля мод в горловину рупора 2 поступают СВЧ-колебания заданной частоты и структуры.(типа балансной гибридной моды НЕ 11, Поскольку параметры структуры из кольцевых вкладышей 3 по внутренней стенке рупора выбраны удовлетворяющими указанному соотношению, то для СВЧ-колебаний в заданных частотных диапазонах в рупоре поддерживаются условия гибридного баланса, т.е, условия, при которых распространяется и излучается из раскрыва только гибридная балансная мода НЕ 11. Мода НЕ 11 хорошо согласована с внешним пространством и позволяет обеспечить низкий УБЛ и уровень КП-излучения в заданных частотных диапазонах.Например, рассмотрим скалярный р = =30 ) рупор с кольцами, выполненными из магнитодиэлектрических материалов с материальными параметрами г 1 = 6 и 1 = 2, Ю = 1,2 иг =1,05 соответственно и параметром Э=Ь/=0,45 Известно,чтоДНскалярного рупора, в котором распространяется и излучается гибридная мода НЕ 11 практически лишена боковых лепестков и ее ширина слабо зависит от частоты. Предлагаемая структура сконстр;ирована так, что обеспечивает условия существования гибридных мод НЕ 11 в диапазонах с заданным отношением частот (1 Л:6 отношение центральных частот диапазонов, 1:4;8 максимально достижимое отношение рабочих частот), На фиг.З представлен расчетный график зависимости уровня КП-излучения предлагаемого облучателя в зависимости от длины волны. Из графика видно, что в заданных диапазонах уровень КП-излучения не превышает 40 дБ,Таким образом, предлагаемые облучатели могут быть использованы как самостоятельные излучатели или облучатели зеркальных антенн с повышенными требованиями к характеристикам излучения для работы в двух и более диапазонах с заданным (произвольным) отношением рабочих, частот без каких-либэ ограничений. Кроме того, облучатели достаточно просты по конструкции, менее массивны и более технологичны в изготовлении чем, например, рупорные облучатели с металлическим гофром с чередующимися канавками различной глубины, что особенно важно в СВЧ-диапазоне. Предлагаемые облучатели позволяют также излучать большие мощности и характеризуются при этом малыми потерями, кроме того, позволяют также реализовать для внутренней структуры стенок практически любой закон изменения магнитодиэлектрической проницаемости на периоде, что еще больше расширяет возможности управления электромагнитными характеристиками излучающих систем.,Кравцов каз 346 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Формула изобретения Рупорный облучатель, содержащий металлический рупор, на внутренней стенке, которого размещена структура из кольцевых вкладышей, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот, структура из кольцевых вкладышей выполнена в виде чередующихся вдоль оси рупора пар магнитодиэлектрических колец, геометрические размеры и магнитодиэлектрические параметры которых выбраны из соотношения:,ид 0= Ь/;- период структуры; Ь - ширина кольца; й - толщина кольца; е 1, 82 и 1 и 2- диэлектрические и магнитные проницаемости -материалов пар магнитодиэлектрических кореец