RU2109375C1

RU2109375C1 - Rotary-joint antenna-feeder assembly with mechanically scanned directivity pattern

Info

Publication number: RU2109375C1
Application number: RU95120845A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Валерьевич Громыко
Original assignee: Дмитрий Валерьевич Громыко
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: microwave antenna engineering; radars using stepless mechanical scanning while rotating directivity pattern to ensure equistrong direction. SUBSTANCE: antenna-feeder assembly has feed scanner, reflector, and counter-reflector. Its center of suspension and axle of antenna revolution are aligned with those of scanner which is formed as two sections of round waveguide of which one is fixed and its end is expanding into conical horn; other section is movable and made of round waveguide with its walls tapered on one end on external side and other end is coupled with antenna horn feed; movable waveguide with tapered walls is inserted into conical horn in a spaced relation; center of suspension of scanner is aligned with center of end shear plane of waveguide with contracting walls; axis of revolution crosses this center; movable waveguide section and feed may be fixed to reflector and counter-reflector of mirror antenna or to members of any other antenna. In addition, to reduce induced noise, internal walls of fixed section expanding part are covered with insulating material and tapered external walls of movable section, with absorbing material. EFFECT: simplified design; reduced loss. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике СВЧ-диапазона и может быть использовано в РЛС с плавным механическим сканированием и с одновременным вращением диаграммы направленности для создания равносигнального направления. The invention relates to antenna technology in the microwave range and can be used in radars with smooth mechanical scanning and simultaneous rotation of the radiation pattern to create an equal-signal direction.

Стояла задача создания простой и компактной антенной системы, позволяющей быстро вращать и плавно перемещать луч в пространстве, при этом должны быть сохранены малые потери и улучшены эксплуатационные характеристики антенного устройства в целом. Особенно сложно выполнить эти требования в устройствах миллиметрового диапазона. The task was to create a simple and compact antenna system that allows you to quickly rotate and smoothly move the beam in space, while maintaining low losses and improving the operational characteristics of the antenna device as a whole. It is especially difficult to meet these requirements in millimeter-wave devices.

Известны несколько типов подвижных соединений, используемых в антеннах с механическим сканированием и вращением. Во-первых, это универсальные шарнирные соединения [1], которые имеют жесткую связь через жесткие линии на каждой части волновода. Поверхность каждого дросселя обтачивается по форме конуса так, что их можно поместить близко друг к другу. Глубина канавки делается такой, чтобы утечка СВЧ-мощности была минимальной и получился минимально возможный КСВН. Во-вторых, это системы, преобразующие вращательное движение тракта в качание электромагнитного луча в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. К недостаткам этих конструкций относятся сложность, громоздкость конструкции, узкополосность и большие вносимые потери. Several types of movable joints are known in antennas with mechanical scanning and rotation. Firstly, these are universal swivel joints [1], which have a rigid connection through hard lines on each part of the waveguide. The surface of each throttle is grinded in the shape of a cone so that they can be placed close to each other. The depth of the groove is made so that the leakage of microwave power is minimal and the smallest possible VSWR is obtained. Secondly, these are systems that convert the rotational movement of the path into the swing of the electromagnetic beam in two mutually perpendicular planes. The disadvantages of these designs include the complexity, bulkiness of the design, narrowband and large insertion loss.

Известна также антенная система, допускающая как вращение луча, так и одновременное его сканирование [2]. Это антенное устройство состоит из рефлектора, сканирующего устройства, выполненного в виде двух круглых волноводов, облучателя, связанного со свободным концом подвижного первого круглого волновода. Все недостатки подобного антенного устройства определяются наличием большого количества высокочастотных элементов и фланцевых соединений. Большое количество высокочастотных элементов создает громоздкость, протяженность тракта и большие вносимые потери (правда, сами вращающиеся сочленения могут иметь малые потери, но в узкой полосе частот) и, наконец, сложность управления двумя независимыми вращающимися сочленениями. An antenna system is also known, allowing both the rotation of the beam and its simultaneous scanning [2]. This antenna device consists of a reflector, a scanning device, made in the form of two round waveguides, an irradiator associated with the free end of the movable first round waveguide. All the disadvantages of such an antenna device are determined by the presence of a large number of high-frequency elements and flange connections. A large number of high-frequency elements creates cumbersomeness, the length of the path and large insertion loss (although rotating joints themselves can have small losses, but in a narrow frequency band) and, finally, the complexity of controlling two independent rotating joints.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов при сохранении малых вносимых потерь. An object of the invention is to simplify the design and reduce the size while maintaining low insertion loss.

Поставленная цель достигается тем, что центр подвеса и ось вращения антенны совмещены с центром подвеса и осью вращения сканирующего устройства, второй круглый волновод жестко закреплен и его конец выполнен расширяющимся в виде конического рупора, а стенки на подвижно соединенном с ним конце подвижного первого круглого волновода скошены на конус с внешней стороны и этот конец введен в конический рупор с зазором, причем центр подвеса сканирующего устройства совмещен с центром плоскости торцевого среза подвижного первого круглого волновода, а ось вращения сканирующего устройства проходит через этот центр. This goal is achieved in that the center of the suspension and the axis of rotation of the antenna are aligned with the center of the suspension and the axis of rotation of the scanning device, the second round waveguide is rigidly fixed and its end is made expanding in the form of a conical horn, and the walls on the end of the movable first round waveguide movably connected to it are beveled on the cone from the outside and this end is inserted into the conical horn with a gap, and the center of the suspension of the scanning device is aligned with the center of the plane of the end cut of the movable first round wave ode and the rotation axis of the scanning device passes through this center.

Внутренние стенки конического рупора до конца второго круглого волновода покрыты диэлектриком, а на скошенные на конус стенки подвижного первого круглого волновода нанесен поглощающий материал. The inner walls of the conical horn are coated with a dielectric to the end of the second round waveguide, and absorbing material is applied to the walls of the movable first round waveguide, which are beveled to the cone.

На чертеже схематически показано антенно-фидерное устройство с вращающимся соединением и одновременным механическим сканированием луча антенны. The drawing schematically shows an antenna-feeder device with a rotating connection and simultaneous mechanical scanning of the antenna beam.

Это устройство содержит рефлектор 1, контррефлектор 2 и гибкий фидерный тракт с облучателем 3. Гибкий фидерный тракт с облучателем - сложный узел, состоящий из двух круглых волноводов, свободный конец подвижного первого круглого волновода 4 связан с облучателем 3. Второй круглый волновод 5 жестко закреплен и его конец выполнен расширяющимся в виде конического рупора 6. Внутренние стенки конического рупора 6 покрыты тонким слоем диэлектрика 7. При этом на скошенные на конус стенки на конце подвижного первого круглого волновода 4 нанесен поглощающий материал 8 и этот конец подвижного первого круглого волновода введен в конический рупор 6 с зазором. Первый волновод 4 может поворачиваться в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно второго 5, а также вращаться относительно своей оси. Тип используемой антенны не обязательно ограничивается зеркальной. Возможно использование и других более простых антенн: рупорных, линзовых и т.д. This device contains a reflector 1, a counter-reflector 2 and a flexible feeder path with an irradiator 3. A flexible feeder path with an irradiator is a complex assembly consisting of two round waveguides, the free end of the movable first round waveguide 4 is connected to the irradiator 3. The second round waveguide 5 is rigidly fixed and its end is made expanding in the form of a conical horn 6. The inner walls of the conical horn 6 are covered with a thin layer of dielectric 7. At the same time, an absorption yuschy material 8 and the movable end of the first circular waveguide inserted into the conical horn 6 with clearance. The first waveguide 4 can rotate in two mutually perpendicular directions relative to the second 5, and also rotate about its axis. The type of antenna used is not necessarily limited to mirrored. You can use other simpler antennas: horn, lens, etc.

Антенно-фидерное устройство работает следующим образом. Antenna feeder device operates as follows.

Волна типа H, распространяющаяся во входном участке второго круглого волновода 5, попадая в место стыка волноводов, далее распространяется в первом круглом волноводе 4 в виде волны типа H, частично попадает в зазор между коническим рупором 6 волновода 5 и скошенными стенками подвижного волновода 4. Этот участок можно рассматривать как коаксиальную линию, волновое сопротивление которой тем меньше, чем меньше зазор. Уменьшение волнового сопротивления ухудшает связь волновода со свободным пространством, что уменьшает излучение и собственные потери. Далее сигнал попадает в облучатель, выполненный в виде конического рупора, на контррефлектор и рефлектор, формирующие диаграмму направленности с нужными характеристиками. A wave of type H propagating in the input section of the second circular waveguide 5, reaching the junction of the waveguides, then propagates in the first circular waveguide 4 as a wave of type H, partially falls into the gap between the conical horn 6 of the waveguide 5 and the beveled walls of the movable waveguide 4. This the section can be considered as a coaxial line, the wave resistance of which is the smaller, the smaller the gap. A decrease in wave impedance worsens the connection of the waveguide with the free space, which reduces radiation and intrinsic losses. Next, the signal enters the irradiator, made in the form of a conical horn, to the counter-reflector and reflector, which form the radiation pattern with the desired characteristics.

Claims

1. Antenna-feeder device with a rotating connection and simultaneous mechanical scanning of the radiation pattern, containing a reflector, a scanning device made in the form of round waveguides, an irradiator associated with the free end of the movable first round waveguide, characterized in that the center of the suspension and the axis of rotation of the antenna are aligned with the center of the suspension and the axis of rotation of the scanning device, the second round waveguide is rigidly fixed and its end is made expanding in the form of a conical horn, and the walls on the under The end of the movable first circular waveguide connected to it is tapered on the cone from the outside and this end is inserted into the conical horn with a gap, the center of the suspension of the scanning device being aligned with the center of the plane of the end cut of the moving first circular waveguide, and the axis of rotation of the scanning device passing through this center .

2. The device according to claim 1, characterized in that the inner walls of the conical horn at the end of the second round waveguide are coated with a dielectric, and absorbent material is applied to the walls of the movable first round waveguide that are tapered to the cone.