RU2504053C2

RU2504053C2 - Broadband multilayer antenna radome

Info

Publication number: RU2504053C2
Application number: RU2011141139/08A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Патраков; Антон Викторович Матвеенцев; Юрий Александрович Горев; Ирина Евгеньевна Карпова; Анна Александровна Мотуш
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2014-01-10
Also published as: RU2011141139A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: broadband multilayer antenna radome comprises multiple thin layers arranged in parallel to each other, which include a bearing layer, characterised by that the input outer layer facing the side of incident radiation has permittivity of 1.8-2.2 and thickness of 2-4 mm, and the output outer layer is electroconductive and has surface electrical resistance of 300-700 ohms.

EFFECT: widening the frequency range of transmitted radio waves from 3 to 30 GHz through a multilayer antenna radome while simplifying the design thereof.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и касается вопроса, связанного с защитой антенн от воздействия внешних факторов окружающей среды.The invention relates to the field of radio engineering and relates to the issue of protecting antennas from the effects of external environmental factors.

Известно радиопрозрачное защитное укрытие для антенной решетки, состоящие из пяти слоев, которые жестко соединены между собой с помощью смолы. Первый, второй и четвертый слои состоят из стеклопластикового армированного материала, пропитанного смолой, а третий и пятый - из вспененного материала. Первый, второй и четвертый слои меньше третьего и пятого слоев. Толщина слоев выбирается так, чтобы минимизировать потери на отражение в определенном частотном диапазоне (US №4783666, H01Q 1/42, US C1 343/872, 1988).Known radiotransparent protective cover for the antenna array, consisting of five layers that are rigidly interconnected using resin. The first, second and fourth layers consist of fiberglass reinforced material impregnated with resin, and the third and fifth - of foam material. The first, second and fourth layers are less than the third and fifth layers. The layer thickness is selected so as to minimize reflection loss in a certain frequency range (US No. 4783666, H01Q 1/42, US C1 343/872, 1988).

Недостатком данного радиопрозрачного защитного укрытия является сложность конструкции, наличие в ее составе армированного стеклопластикового материала, что приводит к искажениям электромагнитного поля, проходящего через радиопрозрачное защитное укрытие.The disadvantage of this radiotransparent protective shelter is the complexity of the structure, the presence in its composition of a reinforced fiberglass material, which leads to distortion of the electromagnetic field passing through the radiotransparent protective shelter.

Наиболее близким к изобретению (прототипом) является многослойное радиопрозрачное укрытие для антенн, содержащее N расположенных параллельно друг другу тонких слоев, между которыми помещены M=N-1 толстых слоев - наполнителей, выполненных в виде расположенных перпендикулярно тонким слоям перегородок, при этом тонкие слои и перегородки выполнены из одного и того же диэлектрического материала, например стеклоткани, пропитанной клеем, перегородки расположены в виде сотовой структуры из правильных шестигранников, размер сторон которых выбран меньшим половины длины волны в свободном пространстве, а эквивалентная диэлектрическая проницаемость N тонких слоев больше эквивалентной диэлектрической проницаемости M толстых слоев наполнителей (патент RU №2314609, 2008 г.).Closest to the invention (prototype) is a multilayer radiotransparent shelter for antennas, containing N thin layers parallel to each other, between which M = N-1 thick layers are placed - fillers made in the form of perpendicular thin layers of partitions, while thin layers and the partitions are made of the same dielectric material, for example, fiberglass impregnated with glue, the partitions are arranged in the form of a honeycomb structure of regular hexagons, the size of the sides of which is chosen n less than half the wavelength in free space, and the equivalent dielectric constant N of the thin layers is greater than the equivalent dielectric constant M of the thick layers of fillers (patent RU No. 2314609, 2008).

Недостатком известного радиопрозрачного укрытия для антенн является узкий диапазон частот прошедших радиоволн - 1 и 2 ГГц и сложность конструкции.A disadvantage of the known radiotransparent shelter for antennas is the narrow frequency range of transmitted radio waves - 1 and 2 GHz and the complexity of the design.

Задачей предполагаемого изобретения является расширение диапазона частот проходящих радиоволн от 3 до 30 ГГц через многослойное радиопрозрачное укрытие для антенн с одновременным упрощением его конструкции.The objective of the proposed invention is to expand the frequency range of transmitted radio waves from 3 to 30 GHz through a multilayer radiotransparent shelter for antennas while simplifying its design.

Для этого, в широкодиапазонном многослойном радиопрозрачном укрытии для антенн содержащем ряд расположенных параллельно друг другу тонких слоев, включающих несущий слой, по изобретению, входной наружный слой, обращенный в сторону падающего излучения, имеет диэлектрическую проницаемость от 1,8 до 2,2 и толщину от 2 до 4 мм, а наружный выходной слой выполнен электропроводящим, имеющим поверхностное электрическое сопротивление от 300 до 700 Ом.For this, in a wide-range multilayer radiotransparent shelter for antennas containing a number of thin layers located parallel to each other, including a carrier layer, according to the invention, the input outer layer facing the incident radiation has a dielectric constant of 1.8 to 2.2 and a thickness of 2 to 4 mm, and the outer output layer is electrically conductive having a surface electrical resistance of 300 to 700 Ohms.

Кроме того, на входном наружном слое нанесен слой для защиты от механических воздействий, например, из стеклопластика.In addition, a layer for protection against mechanical stress, for example, made of fiberglass, is applied on the input outer layer.

Выполнение входного наружного слоя укрытия с диэлектрической проницаемостью от 1,8 до 2,2 и толщиной от 2 до 4 мм позволяет обеспечить «мягкий» вход для электромагнитной волны, то есть с минимальным отражением от границы раздела воздух - поверхность. Выполнение выходного наружного слоя электропроводящим, имеющим поверхностное электрическое сопротивление от 300 до 700 Ом, позволяет расширить диапазон частот проходящих радиоволн от 3 до 30 ГГц.The implementation of the input outer layer of the shelter with a dielectric constant of 1.8 to 2.2 and a thickness of 2 to 4 mm allows you to provide a “soft” input for the electromagnetic wave, that is, with minimal reflection from the air-surface interface. The implementation of the output outer layer electrically conductive, having a surface electrical resistance of 300 to 700 Ohms, allows you to expand the frequency range of transmitted radio waves from 3 to 30 GHz.

В качестве исходных компонентов для создания радиопрозрачной конструкции могут быть выбраны: стеклопластик с диэлектрической проницаемостью ∈=4, материал с пониженной диэлектрической проницаемостью ∈=2 на основе стекловолокнистого материала «Сферокор» и проводящая ткань с поверхностным электрическим сопротивлением от 300 до 700 Ом.As the initial components for creating a radiolucent structure, one can choose: fiberglass with a permittivity ∈ = 4, a material with a reduced permittivity ∈ = 2 based on fiberglass material “Spherocor” and a conductive fabric with a surface electrical resistance of 300 to 700 Ohms.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема широкодиапазонного многослойного радиопрозрачного укрытия для варианта с приемной антенной, на фиг.2 - то же, для передающей антенны, на фиг.3 - структура радиопрозрачной конструкции, а на фиг.4 - спектральная зависимость коэффициента отражения стеклопластка с диэлектрической проницаемостью равной 4 (пунктирная линия) и радиопрозрачной конструкции (сплошная линия) от частоты электромагнитных волн.The essence of the alleged invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a diagram of a wide-range multilayer radiotransparent shelter for a variant with a receiving antenna, Fig. 2 is the same for a transmitting antenna, Fig. 3 is a structure of a radiotransparent structure, and Fig. 4 - the spectral dependence of the reflection coefficient of a fiberglass with a dielectric constant of 4 (dashed line) and a radiolucent structure (solid line) on the frequency of electromagnetic waves.

Широкодиапазонное многослойное радиопрозрачное укрытие для антенн содержит ряд тонких слоев, параллельных друг другу, из которых наружный слой - 1 обращен в сторону падающего излучения (фиг.1, 2) и имеет диэлектрическую проницаемость от 1,8 до 2,2 и толщину от 2 до 4 мм, а выходной наружный слой - 2 выполнен электропроводящим и имеет поверхностное сопротивление от 300 до 700 Ом.A wide-range multilayer radiotransparent shelter for antennas contains a number of thin layers parallel to each other, of which the outer layer - 1 is facing the incident radiation (Fig. 1, 2) and has a dielectric constant of 1.8 to 2.2 and a thickness of 2 to 4 mm, and the output outer layer - 2 is electrically conductive and has a surface resistance of 300 to 700 Ohms.

Между входным наружным слоем 1 и выходным наружным слоем 2 имеется несущий слой 3 для обеспечения жесткости и прочности конструкции укрытия антенн.Between the input outer layer 1 and the output outer layer 2 there is a carrier layer 3 to provide rigidity and strength of the antenna shelter structure.

Работа широкодиапазонного радиопрозрачного укрытия для антенн осуществляется следующим образом.The operation of a wide-range radiotransparent shelter for antennas is as follows.

Падающее электромагнитное излучение радиоволн проходит через многослойный радиопрозрачный материал с небольшим коэффициентом отражения и, проходя через многослойный радиопрозрачный материал, интерферирует за счет многократных переотражений в слоях 1, 2, 3 и 4 с различной диэлектрической проницаемостью, что обеспечивает прохождение радиоволн с минимальным отражением в широком диапазоне частот (от 3 до 30 ГГц).The incident electromagnetic radiation of radio waves passes through a multilayer radiolucent material with a small reflection coefficient and, passing through a multilayer radiolucent material, interferes due to multiple reflections in layers 1, 2, 3 and 4 with different dielectric constants, which ensures the passage of radio waves with minimal reflection in a wide range frequencies (from 3 to 30 GHz).

Пример структуры радиопрозрачного материала:An example of the structure of radiolucent material:

Первый слой - стеклопластик толщиной 0,28 мм и диэлектрической проницаемостью 4.The first layer is fiberglass with a thickness of 0.28 mm and a dielectric constant of 4.

Второй слой - стекловолокнистый материал типа «Сферокор» толщиной 2 мм и диэлектрической проницаемостью - ∈=2.The second layer is a fiberglass material of the type “Spherocor” with a thickness of 2 mm and a dielectric constant - ∈ = 2.

Третий слой - стеклопластик толщиной 2,24 мм и диэлектрической проницаемостью - ∈=4.The third layer is fiberglass with a thickness of 2.24 mm and a dielectric constant - ∈ = 4.

Четвертый слой - углеродная ткань толщиной 0,24 мм и диэлектрической проницаемостью - ∈=4.The fourth layer is carbon fabric with a thickness of 0.24 mm and a dielectric constant - ∈ = 4.

Созданная конструкция из многослойного радиопрозрачного материала для укрытия антенн позволяет снизить коэффициент отражения излучения радиоволн в диапазоне частот от 3 до 30 ГГц более, чем в три раза, что приводит к снижению уровня помех, создаваемыми укрывающими материалами и повышению уровня эффективности принимающей и передающей радиоаппаратуры.The design made of multilayer radiolucent material for covering the antennas allows reducing the reflection coefficient of radiation of radio waves in the frequency range from 3 to 30 GHz by more than three times, which leads to a decrease in the level of interference caused by covering materials and an increase in the efficiency level of the receiving and transmitting radio equipment.

Предлагаемая конструкция радиопрозрачного материала, работающая в широком диапазоне частот радиоволн от 3 до 30 ГГц, предназначенная для изготовления антенных укрытий, работающих только на прием или на излучение радиоволн позволяет обеспечить жесткость и прочность конструкции.The proposed design of radio-transparent material, operating in a wide range of radio wave frequencies from 3 to 30 GHz, designed for the manufacture of antenna shelters that work only on the reception or emission of radio waves allows you to ensure rigidity and strength of the structure.

Claims

1. A wide-range multilayer radiotransparent shelter for antennas, containing a number of thin layers located parallel to each other, including a carrier layer, characterized in that the input outer layer facing the incident radiation has a dielectric constant of 1.8 to 2.2 and a thickness of 2 to 4 mm, and the outer output layer is electrically conductive having a surface electrical resistance of 300 to 700 Ohms.

2. A wide-range multilayer radiotransparent shelter according to claim 1, characterized in that a layer for protecting against mechanical stress, for example, made of fiberglass, is applied to the input outer layer.