РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (13) 2 795 995 C2 (51) МПК H01Q 21/20 (2006.01) ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (52) СПК H01Q 21/20 (2023.02) (21)(22) Заявка: 2020127239, 13.08.2020 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: Дата регистрации: 16.05.2023 (43) Дата публикации заявки: 14.02.2022 Бюл. № 5 (45) Опубликовано: 16.05.2023 Бюл. № 14 Адрес для переписки: 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А, ВУНЦ ВВС "ВВА", Центр ОНР и ПНПК 2 7 9 5 9 9 5 C 2 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2593910 C2, 10.08.2016. RU 2645890 C1, 28.02.2018. RU 2209497 C2, 27.07.2003. US 6870517 B1, 22.03.2005. US 7541999 B2, 02.06.2009. (54) ВЕКТОРНАЯ АНТЕННА (57) Реферат: Использование: изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокации для оценки угловых координат источников радиоизлучения. Сущность: векторная антенна содержит систему вибраторов и систему экранированных рамок, которые размещены на одном металлическом экране, имеющем форму круга, при этом к каждому вибратору и каждой экранированной рамке подключена фидерная линия. В варианте исполнения система вибраторов выполнена в виде пяти вертикальных вибраторов и четырех горизонтальных, система экранированных рамок Стр.: 1 выполнена в виде несимметричных вертикальных экранированных полуколец, лежащих во взаимоперпендикулярных плоскостях и установленных перпендикулярно плоскости металлического экрана, и четырех симметричных экранированных горизонтальных колец. Технический результат: расширение функциональных возможностей антенны, заключающееся в способности антенны принимать электромагнитные волны любой поляризации с произвольным направлением прихода волны с последующей оценкой угловых координат источников радиоизлучения. 5 ил. C 2 R U (73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU) 2 7 9 5 9 9 5 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 13.08.2020 R U 13.08.2020 (72) Автор(ы): Алиев Дмитрий Сергеевич (RU), Иванов Александр Владимирович (RU), Пастернак Юрий Геннадьевич (RU), Федоров Сергей Михайлович (RU), Чесноков Егор Сергеевич (RU), Чугуевский Виталий Игоревич (RU) C 2 C 2 2 7 9 5 9 9 5 2 7 9 5 9 9 5 R U R U Стр.: 2 RUSSIAN FEDERATION (19) RU (11) (13) 2 795 995 C2 (51) Int. Cl. H01Q 21/20 (2006.01) FEDERAL SERVICE FOR INTELLECTUAL PROPERTY (12) ABSTRACT OF INVENTION (52) CPC H01Q 21/20 (2023.02) (21)(22) Application: 2020127239, 13.08.2020 (24) Effective date for property rights: 13.08.2020 Registration date: 16.05.2023 (43) Application published: 14.02.2022 Bull. № 5 (45) Date of publication: 16.05.2023 Bull. № 14 2 7 9 5 9 9 5 R U (54) VECTOR ANTENNA (57) Abstract: FIELD: antenna technology. SUBSTANCE: invention can be used in radar to estimate the angular coordinates of radio sources. Essence: the vector antenna contains a system of vibrators and a system of shielded frames, which are placed on one metal screen, having the shape of a circle, with a feeder line connected to each vibrator and each shielded frame. In the embodiment, the system of vibrators is made in the form of five vertical vibrators and four horizontal ones, the system of screened frames is made in the form of asymmetric vertical screened Стр.: 3 half rings lying in mutually perpendicular planes and installed perpendicular to the plane of the metal screen, and four symmetrical screened horizontal rings. EFFECT: expanding the functionality of the antenna, which consists in the ability of the antenna to receive electromagnetic waves of any polarization with an arbitrary direction of wave arrival, followed by an assessment of the angular coordinates of radio emission sources. 1 cl, 5 dwg C 2 C 2 Mail address: 394064, g. Voronezh, ul. Starykh Bolshevikov, 54A, VUNTS VVS "VVA", Tsentr ONR i PNPK (73) Proprietor(s): Federalnoe gosudarstvennoe kazennoe voennoe obrazovatelnoe uchrezhdenie vysshego obrazovaniya "Voennyj uchebno-nauchnyj tsentr Voenno-vozdushnykh sil "Voenno-vozdushnaya akademiya imeni professora N.E. Zhukovskogo i YU.A. Gagarina" (g. Voronezh) Ministerstva oborony Rossijskoj Federatsii (RU) 2 7 9 5 9 9 5 Priority: (22) Date of filing: 13.08.2020 R U (72) Inventor(s): Aliev Dmitrij Sergeevich (RU), Ivanov Aleksandr Vladimirovich (RU), Pasternak Yurij Gennadevich (RU), Fedorov Sergej Mikhajlovich (RU), Chesnokov Egor Sergeevich (RU), Chuguevskij Vitalij Igorevich (RU) C 2 C 2 2 7 9 5 9 9 5 2 7 9 5 9 9 5 R U R U Стр.: 4 RU 5 2 795 995 C2 Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных системах, например, для оценки угловых координат источников радиоизлучения с произвольной поляризацией и произвольным направлением падения электромагнитной волны. Оценка угловых координат источников радиоизлучения с произвольной поляризацией и произвольным направлением падения волны производится на основе вычисления реальной части вектора Пойнтинга по измеренным проекциям электрической и магнитной компонент электромагнитного поля. Для этого измеряются амплитуды и фазы проекций векторов электромагнитного поля на оси х, у, z. Затем 10 вычисляется значение вектора Пойнтинга 15 20 25 30 35 40 45 и его реальная часть Направление реальной части вектора Пойнтинга соответствует направлению падения электромагнитной волны. Таким образом, для реализации данного метода достаточным является измерение всех проекций векторов электрической и магнитной компонент поля в одной точке. Известна конструкция всенаправленной директорной антенны RU 164858, заявка №2014128681/2 от 14.07.2014, МПК H01Q 19/30 U1 - прототип. Указанная всенаправленная директорная антенна состоит из одного активного вибратора в виде отрезка проводника четвертьволновой длины электромагнитной волны, расположенного перпендикулярно плоской проводящей поверхности и подключенного к линии питания с края, ближайшего к проводящей поверхности, и множества пассивных вибраторовдиректоров в виде отрезков проводников, имеющих длину меньше длины активного вибратора, расположенных параллельно ему и подключенных одним своим краем к проводящей поверхности, при этом пассивные вибраторы расположены так, что проекции их средних точек на проводящую поверхность расположены вдоль окружностей, центр которых совпадает с центром проекции на эту поверхность активного вибратора, на одинаковом вдоль дуги окружности расстоянии от проекций их средних точек соседних пассивных вибраторов, при этом длины пассивных вибраторов, относящихся к одной окружности, равны, и с увеличением радиуса окружности, на которой расположены средние точки пассивных вибраторов, длины пассивных вибраторов не изменяются и на каждую окружность приходится не менее трех пассивных вибраторов. Данный образец антенны может позволить при использовании ее в качестве пеленгаторной антенны обеспечить оценку угловых величин падающей электромагнитной волны вертикальной поляризации в азимутальной плоскости. Техническим результатом изобретения по сравнению с прототипом является расширение функциональных возможностей антенны, заключающееся в способности антенны принимать электромагнитные волны любой поляризации с произвольным направлением прихода волны с последующей оценкой угловых координат источников радиоизлучения. Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана конструкция векторной антенны, на фиг. 2 показан вид сверху векторной антенны без экрана, на фиг. 3 показан вид сбоку векторной антенны, на фиг. 4 показан вертикальный Стр.: 5 RU 5 10 15 20 25 30 35 40 45 2 795 995 C2 разрез несимметричной экранирующей вертикальной рамки, на фиг. 5 показан продольный разрез центрального вертикального вибратора, горизонтальных вибраторов, металлической подставки, имеющей форму цилиндрического стакана, и симметричной экранирующей горизонтальной рамки, на фиг. 6, 7 показаны места подключения фидерных линий к симметричным экранирующим горизонтальным рамкам, на фиг. 8 показаны места подключения фидерных линий к горизонтальным вибраторам, на фиг. 9 показано место подключения фидерной линии к центральному вертикальному вибратору, на фиг. 10 показаны места подключения фидерных линий к несимметричным экранирующим вертикальным рамкам и вертикальным вибраторам. Векторная антенна выполнена на металлическом экране 1 и содержит: один центральный вертикальный вибратор 2 и четыре вертикальных вибратора 3, которые служат для усреднения значения Ez компоненты поля, искажаемого векторной антенной. В качестве базового способа запитки элементов векторной антенны выбран несимметричный способ, обладающий рядом преимуществ: - не требуется использование сверхширокополосных симметрирующих трансформаторов; - фидерная линия располагается под металлическим экраном и не оказывает влияния на диаграмму направленности антенны; - металлическая подстилающая поверхность, расположенная в непосредственной близости от антенных элементов, снижает отрицательное влияние корпуса носителя и элементов крепежа. Для измерения и усреднения значения Ez компоненты поля используются центральный вертикальный вибратор 2, четыре вертикальных вибратора 3. Для измерения Ех и Ey компонент поля используются четыре горизонтальных вибратора 4. Для измерения компонент Нх и Ну поля используются четыре несимметричные экранирующие вертикальные рамки 5, имеющие форму полуколец, компенсирующие эффект интерференции, вносимого элементами векторной антенной. Четыре симметричные экранирующие горизонтальные рамки 6, имеющие форму колец, используются для измерения Hz компоненты поля, а также для уменьшения систематических погрешностей, вызванных дифракцией волн на векторной антенне. В варианте исполнения система вибраторов и система экранирующих рамок размещены на одном металлическом экране 1, имеющем форму круга. В варианте исполнения система вибраторов выполнена в виде пяти одинаковых вертикальных вибраторов, из которых четыре вертикальных вибратора 3 установлены на металлический экран 1 на равном удалении от центра металлического экрана 1 в углах квадрата, центр которого совпадает с геометрическим центром металлического экрана 1, а один центральный вертикальный вибратор 2 - в центре на металлической подставке, имеющей форму цилиндрического стакана высотой, равной длине вертикального вибратора 2, и четырех одинаковых горизонтальных вибраторов 4, которые установлены вдоль перпендикулярных линий, исходящих из геометрического центра металлического экрана 1, в плоскости параллельной плоскости металлического экрана 1 и отстоящей от нее выше. В варианте исполнения система экранирующих рамок выполнена в виде несимметричных экранирующих вертикальных рамок 5, имеющих форму полуколец, лежащих во взаимоперпендикулярных плоскостях, и установленных перпендикулярно плоскости металлического экрана 1 и четырех симметричных экранирующих Стр.: 6 RU 5 10 15 20 25 30 35 40 2 795 995 C2 горизонтальных рамок 6, имеющих форму колец, которые проходят через нормаль к геометрическому центру металлического экрана 1, каждая из которых расположена в одной координатной четверти, причем плоскости, содержащие пары симметричных экранирующих горизонтальных рамок 6, лежащих в противоположных координатных четвертях, расположены выше и ниже относительно плоскости, проходящей через горизонтальные вибраторы 4. Для измерения проекций векторов напряженности электрического и магнитного поля Ех, Ey,Ez, Нх, Ну, Hz с помощью векторной антенны необходимо использовать экспериментально наработанные калибровочные таблицы, связывающие фактически измеряемые величины комплексных потенциалов на выходах соответствующих антенных элементов в рабочей полосе частот с компонентами падающей электромагнитной волны. Для измерения фаз предлагается в качестве опорного напряжения использовать среднее значение напряжений на выходах вертикальных вибраторов 3. Предложенная векторная антенна работает следующим образом. Падающая электромагнитная волна с произвольной поляризацией наводит на антенных элементах - центральном вертикальном вибраторе 2 и вертикальных вибраторах 3, горизонтальных вибраторах 4, несимметричных экранирующих вертикальных рамках 5 и симметричных экранирующих горизонтальных рамках 6 токи, которые создают комплексные потенциалы в местах подключения фидерных линий к указанным антенным элементам. Изменения угла места и направления прихода падающей электромагнитной волны будут вызывать изменения комплексных потенциалов на антенных элементах: центральном вертикальном вибраторе 2, вертикальных вибраторах 3, горизонтальных вибраторах 4, несимметричных экранирующих вертикальных рамках 5, симметричных экранирующих горизонтальных рамках 6. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с симметричных экранирующих горизонтальных рамок 6, инициированы вертикально ориентированным магнитным полем, наводимым падающей электромагнитной волной. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с несимметричных экранирующих вертикальных рамок 5, инициированы горизонтально ориентированным магнитным полем, наводимым падающей электромагнитной волной. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с центрального вертикального вибратора 2 и вертикальных вибраторов 3 инициированы вертикально ориентированным электрическим полем, наводимым падающей электромагнитной волной. Величины комплексных потенциалов, снимаемых с горизонтальных вибраторов 4 инициированы горизонтально ориентированным электрическим полем, наводимым падающей электромагнитной волной. Измеренные значения комплексных потенциалов используются для вычисления компонент падающей электромагнитной волны Ех, Ey,Ez, Нх, Ну, Hz. С помощью дополнительного программно-аппаратного комплекса, сопряженного с векторной антенной, вычисляется реальная часть 45 вектора Пойнтинга параметры которого позволят получить значения угла места и азимута падающей электромагнитной волны пеленгуемого источника радиоизлучения наиболее близкие к истинным. Использование предложенного технического решения позволит расширить функциональные возможности антенны, заключающееся в способности антенны принимать электромагнитные волны произвольной поляризации и произвольным направлением прихода волны с последующей оценкой угловых координат источников Стр.: 7 RU 2 795 995 C2 радиоизлучения. 5 10 15 20 25 (57) Формула изобретения Векторная антенна, содержащая излучающую и экранирующую системы, отличающаяся тем, что излучающая и экранирующая системы выполнены на одном металлическом экране, имеющем форму круга заданного радиуса, при этом излучающая система выполнена в виде пяти вертикальных несимметричных вибраторов, одинаковых по размеру, четыре из которых установлены на металлический экран на равном удалении от центра металлического экрана в углах квадрата с заданной диагональю, центр которого совпадает с геометрическим центром металлического экрана, а один - в центре на диэлектрической подложке на расстоянии, равном высоте вертикального вибратора, относительно плоскости металлического экрана и четырех горизонтальных несимметричных вибраторов заданного размера, которые установлены вдоль перпендикулярных линий, исходящих из геометрического центра металлического экрана, в плоскости, параллельной плоскости металлического экрана и отстоящей от нее на заданную величину, экранирующая система выполнена в виде четырех вертикальных рамок, имеющих форму полуколец заданного радиуса, лежащих во взаимоперпендикулярных плоскостях, и установленных перпендикулярно плоскости металлического экрана, и четырех горизонтальных рамок, имеющих форму колец заданного радиуса, которые проходят через нормаль к геометрическому центру металлического экрана, каждая из которых расположена в одной координатной четверти, причем плоскости, содержащие пары горизонтальных рамок, лежащих в противоположных координатных четвертях, расположены выше и ниже относительно плоскости, проходящей через горизонтальные несимметричные вибраторы, на заданное расстояние. 30 35 40 45 Стр.: 8 RU 2 795 995 C2 1 2 Стр.: 9 RU 2 795 995 C2 Стр.: 10