Ультракоротковолновый вибратор для летательных аппаратов

Ультракоротковолновый вибратор для летательных аппаратов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электрорадиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано в качестве приемной и/или передающей бортовой антенны, в частности, на борту летательного аппарата (ЛА) для работы с широкодиапазонными ультракоротковолновыми (УКВ) радиостанциями.

Известны УКВ вибраторы для ЛА, описанные, например, в книге: Болбот А.А. и др. «Связные и навигационные антенны самолетов». - М.: «Транспорт», 1978, с.100-105.

Известная антенна широкополосная самолетная (АШС) представляет собой антенну верхнего питания и описана в указанной книге на с.100-101, рис.3.6, АШС состоит из изолированной части, изолятора и основания (нижней части). Коаксиальный кабель расположен в полости основания и подключен центральным проводником к изолированной части, экранной оболочкой к верхней кромке основания.

Общая высота антенны составляет 0,25λ_ср, где λ_ср - средняя длина волны рабочего диапазона волн.

Недостатком известного аналога является его относительно большая высота, что нарушает аэродинамические свойства ЛА.

Известна также антенна широкополосная самолетная - изогнутая (АШС-И), конструкция которой описана в указанной книге на с.101-102. Конструкция АШС-И отличается от описанной выше АШС тем, что для улучшения аэродинамических качеств верхняя (изолированная) часть антенны изогнута.

Недостатком АШС-И является относительно небольшой диапазон рабочих частот и подверженность воздействию импульсных электромагнитных воздействий из-за наличия изолированной верхней части антенны.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному вибратору является широкополосный УКВ самолетный вибратор, описанный в книге: Гвоздев И.Н. и др. «Характеристики антенн радиосистем связи». - Л.: ВАС, 1976, с.212.

Вибратор-прототип выполнен в виде металлической пластины (МП) высотой Н, установленной вертикально над проводящей поверхностью (ПП). МП снабжена шунтом, подключенным одним концом к ее верхней кромке, другим - к ПП, и верхней емкостной нагрузкой в виде проводников, подключенных к верхней кромке МП. Коаксиальный фидер подключен центральным проводником к нижней кромке МП, а экранной оболочкой - к ПП.

При таком исполнении вибратора исключаются изолированные от корпуса ЛА по постоянному току части вибратора, что повышает его устойчивость к импульсным электромагнитным воздействиям. Применение емкостной нагрузки снижает вертикальные размеры вибратора.

Недостатком ближайшего аналога являются неудовлетворительные аэродинамические качества за счет увеличения его поперечных габаритов из-за необходимости применения проводов верхней емкостной нагрузки.

Целью изобретения является разработка УКВ вибратора для ЛА, обеспечивающего снижение аэродинамического сопротивления его конструкции при сохранении остальных электрических параметров в заданном диапазоне частот.

Поставленная цель достигается тем, что в известном УКВ вибраторе для ЛА, содержащем МП высотой Н, которая установлена вертикально над ПП и снабжена шунтами и проводниками верхней емкостной нагрузки, МП подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, экранная оболочка которого подключена к ПП. МП выполнена в виде ромба с углом α при острых вершинах. К вершинам тупых углов МП подключены проводники емкостной нагрузки (ПЕН). ПЕН выполнены изогнутыми и расположены в плоскости МП. Внешние концы ПЕН примыкают к острой вершине МП. Вторая острая вершина МП подключена к центральному проводнику коаксиального фидера. Шунты подключены одним концом к ПЕН, а другим - к ПП.

Высота вибратора Н выбрана из условия Н≥0,16λ_max, где λ_mах - максимальная длина волны рабочего диапазона волн, а угол при острых вершинах ромбической МП α=60-80°.

Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков в заявленном УКВ вибраторе достигается его «удлинение» за счет применения ПЕН без увеличения его физических габаритов, как по высоте, так и по ширине, что указывает на снижение аэродинамического сопротивления конструкции, т.е. на возможность достижения сформулированного технического результата.

Заявленный УКВ вибратор для ЛА поясняется чертежами, на которых показано:

на фиг.1 - конструкция вибратора (первый вариант);

на фиг.2 - конструкция вибратора (второй вариант);

на фиг.3 - эквивалентная схема вибратора;

на фиг.4 - результаты измерения электрических параметров вибратора.

Заявленный вибратор, показанный на фиг.1, состоит из МП 1 в форме ромба, установленного вертикально над ПП 2 и обращенного к ней одной из острых вершин. Высота МП 1 (длина большой диагонали ромба) равна Н, а угол при острых вершинах α. К тупым углам ромбической МП 1 подключены (точки «с») ПЕН 3. Первый отрезок длиной ℓ₁ каждого из ПЕН 3 ориентирован как продолжение нижнего ребра МП 1 до высоты Н. Далее каждый ПЕН 3 изогнут в плоскости МП 1 с интервалом d. При этом верхние изгибы выполнены на уровне высоты Н МП 1, а нижние изгибы на уровне t от соответствующей верхней кромки МП 1. Внешние концы ПЕН 3 примыкают к верхней острой вершине МП 1 и на расстоянии друг от друга Δ. Проводник каждого шунта 4 шириной «к» подключен к верхним концом к верхнему концу отрезка проводника длиной ℓ₁ а нижним концом - к ПП 2. Проводники шунтов 4 установлены под углом β относительно плоскости ПП 2. Коаксиальный фидер 5 подключен центральным проводником к острой вершине МП 1 (точка «а»), а экранной оболочкой - к ПП 2 (точки «б»),

УКВ вибратор, показанный на фиг.2, отличается от УКВ вибратора на фиг.1 тем, что в нем использован один проводник шунта 4. Таким образом, вибратор на фиг.1 по своей структуре эквивалентен М-образному шунтовому вибратору, а вибратор на фиг.2 - N-образному шунтовому вибратору.

Для обеспечения механической прочности вибратор может заключаться в диэлектрическую оболочку (на фиг.1 и 2 не показано).

Заявленный УКВ вибратор работает следующим образом.

При возбуждении вибратора в сечении «а»-«б» возбуждаются два типа волн тока: синфазный и противофазный. Синфазный ток обусловлен протеканием тока проводимости I_пр от точки «а» вдоль кромок МП 1, по проводам нагрузки 3 и далее через ток смещения I_см, ток проводимости I_пр ПП 2 замыкается в точках «б». Одновременно противофазный ток (ток шунта I_ш) замыкается от точки «а» по цепи: кромки МП 1, отрезок проводника емкостной нагрузки 3 длиной ℓ₁, проводник шунта 4 и далее через ПП 2 к точкам «б».

Известно (см., например, Гавеля и др. Антенны. 4.1, - Л.: ВКАС, 1963, с.263-268), что эквивалентная схема такой антенны может быть представлена, как показано на фиг.3.

Схема включает эквивалентный вибратор высотой H_э и короткозамкнутую (к.з.) линию длиной ℓ_ш. Высота H_э эквивалентного вибратора есть сумма его физической высоты Н и дополнительной высоты H_д, определяемой эквивалентным удлинением вибратора за счет ПЕН 3, т.е. H_э=H+H_д. Причем общее входное сопротивление антенны Z_a определяется параллельно включенными реактивным сопротивлением шунта Z_ш и сопротивлением Z_в вибратора высотой Н_э, подключенного к входу антенны с коэффициентом трансформации . Коэффициент зависит от выбранной формы МП 1, ширины проводника шунта 4 и выбранного угла наклона β. Порядок его расчета известен и описан в указанной выше книге «Антенны».

В ходе отработки опытного образца заявленного вибратора были установлены следующие оптимальные размеры, при которых достигается указанный технический результат:

H≥0,16λ_max; К=(00,6-0,08)H; d=(0,06÷0,08)H; Δ=(0,1÷0,12)H; t=(0,04÷0,06)H; p=(2-3)мм; α=60-80°; β=90°-α/2.

Для сравнительной оценки электрических параметров заявленного вибратора и прототипа проведено измерение качества согласования (коэффициента бегущей волны - КБВ) для следующих условий:

λ_max=1,5 м; H=240 мм; К=16 м; d=16 мм; Δ=24 мм; р=3 мм; t=12 мм; d=60°; β=60°. Волновое сопротивление фидера ρ=50 Ом.

Из результатов измерений КБВ, показанных на фиг.4, следует, что заявленный вибратор с уровнем КБВ=0,4 начинает работать начиная с соотношения Н/λ=0,16; прототип - с Н/λ=0,175.

Следовательно, при практически равных электрических размерах и качестве согласования у заявленного вибратора отсутствуют выступающие за профиль треугольника какие-либо элементы конструкции, т.е. в сравнении с прототипом он будет обладать лучшими аэродинамическими характеристиками, тем самым обеспечивая достижение указного технического результата.

1. Ультракоротковолновый вибратор для летательных аппаратов, содержащий металлическую пластину высотой Н, установленную вертикально над проводящей поверхностью, металлическая пластина снабжена шунтами и проводниками верхней емкостной нагрузки, металлическая пластина подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, экранная оболочка которого подключена к проводящей поверхности, отличающийся тем, что металлическая пластина выполнена в виде ромба с углом α при острых вершинах, к вершинам тупых углов металлической пластины подключены проводники емкостной нагрузки, которые выполнены изогнутыми и расположены в плоскости металлической пластины, причем внешние концы проводников емкостной нагрузки примыкают к острой вершине металлической пластины, вторая острая вершина которой подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, а шунты подключены одним концом к проводникам емкостной нагрузки, а другим к проводящей поверхности.

2. Ультракоротковолновый вибратор по п.1, отличающийся тем, что высота Н металлической пластины выбрана из условия Н≥0,16λ_max, где λ_max - максимальная длина волны рабочего диапазона волн.

3. Ультракоротковолновый вибратор по п.1, отличающийся тем, что угол α при острых вершинах металлической пластины выбран в интервале α=60-80°.