RU150630U1 - Fragment of a Broadband Phased Antenna Array in Three Frequency Bands - Google Patents

Fragment of a Broadband Phased Antenna Array in Three Frequency Bands Download PDF

Info

Publication number
RU150630U1
RU150630U1 RU2014126836/08U RU2014126836U RU150630U1 RU 150630 U1 RU150630 U1 RU 150630U1 RU 2014126836/08 U RU2014126836/08 U RU 2014126836/08U RU 2014126836 U RU2014126836 U RU 2014126836U RU 150630 U1 RU150630 U1 RU 150630U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strip line
vibrators
width
passive reflector
line
Prior art date
Application number
RU2014126836/08U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Васильевич Шабалин
Василий Егорович Вдовин
Александр Петрович Руденко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" filed Critical Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники"
Priority to RU2014126836/08U priority Critical patent/RU150630U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU150630U1 publication Critical patent/RU150630U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

1. Фрагмент широкополосной фазированной антенной решетки в трех частотных диапазонах L, UHF и VHF, содержащий упорядоченно размещенные на одной линии или плоскости в соответствии со схемой линейной или плоской ФАР, перпендикулярно к плоскости общего пассивного отражателя симметричные полуволновые полосковые вибраторы, выполненные на односторонней или двухсторонней металлизированной диэлектрической плате, плечи каждого вибратора возбуждаются в противофазе симметричными полосковыми связанными линиями длиной λср/4, являющимися неотъемлемой частью симметрирующе-согласующих устройств, через высокочастотные (ВЧ) разъемы, на симметрирующе-согласующих устройствах для обеспечения настройки вибраторов установлены настроечные элементы, отличающийся тем, что каждое симметрирующе-согласующее устройство выполнено в виде четырехпроводной связанной полосковой линии, где правая и левая центральные полосковые линии шириной Ш=λср/40 с зазором связи по оси симметрии вибратора S=λср/40 образуют двухпроводную запитывающую полосковую линию, подключаемую в верхней своей части под углом 90° к печатным плечам шириной Ш=λср/8 полуволновых вибраторов высотой Н≤1/3λср, а в нижней части - на уровне общего пассивного отражателя длиной 0,6λср, шириной Ш=0,035λср и толщиной t=1 мм, левая центральная полосковая линия закорочена на корпус пассивного отражателя; правая центральная полосковая линия электромагнитно связанная с левой центральной полосковой линией через жилу ВЧ разъема, расположенного на уровне пассивного отражателя, образуя при этом зазор связи; левая крайняя полосковая линия шириной Ш=Ш/2 расположена на расстоянии S=S/2 от лев1. A fragment of a broadband phased antenna array in the three frequency ranges L, UHF and VHF, containing symmetrical half-wave strip vibrators arranged on a one-sided or two-sided plane of a common passive reflector arranged in a single line or plane in accordance with a linear or flat headlamp circuit metallized dielectric board, the shoulders of each vibrator are excited in antiphase by symmetrical stripe connected lines of length cav / 4, which are integral my part of the balancing-matching devices, through high-frequency (HF) connectors, on the balancing-matching devices to ensure the adjustment of the vibrators, tuning elements are installed, characterized in that each balancing-matching device is made in the form of a four-wire connected strip line, where the right and left center stripe lines of width W = λav / 40 with a coupling gap along the axis of symmetry of the vibrator S = λav / 40 form a two-wire feeding strip line connected at an angle in its upper part 90 ° to the printed shoulders with a width of W = λsr / 8 half-wave vibrators with a height of H≤1 / 3λsr, and in the lower part - at the level of a common passive reflector with a length of 0.6λsr, width W = 0.035λsr and a thickness of t = 1 mm, the left central stripe the line is shorted to the case of the passive reflector; the right center strip line is electromagnetically coupled to the left center strip line through the core of the RF connector located at the level of the passive reflector, thereby forming a communication gap; the left extreme strip line of width W = W / 2 is located at a distance S = S / 2 from the left

Description

Полезная модель относится к антенной технике, в частности, к многоэлементным сверхвысокочастотным (СВЧ) антеннам, и может быть использована в качестве фазированных антенных решеток (ФАР), как самостоятельно, так и в составе сложных приемопередающих систем, телевизионных антенн, антенн сотовой связи и т.д.The utility model relates to antenna technology, in particular, to multi-element microwave (UHF) antennas, and can be used as phased antenna arrays (PAR), both independently and as part of complex transceiver systems, television antennas, cellular antennas, etc. .d.

В настоящее время существует большое многообразие СВЧ антенн, содержащих упорядоченно размещенные, в соответствии с одной из известных геометрий сетки ФАР, те или иные излучатели, все они зависят от требований к ФАР, уровня излучаемой мощности и, как правило, в большинстве своем, кроме ФАР в метровом диапазоне длин волн, ФАР строятся на базе печатных или иных технологий, позволяющих существенно улучшить электрические характеристики за счет точности изготовления, совершенствования конструкции и улучшения технологии производства, направленных на снижение веса антенных решеток и снижение стоимости их изготовления.Currently, there is a wide variety of microwave antennas containing ordered emitters, in accordance with one of the well-known geometries of the grid, these or those emitters, all of them depend on the requirements for the PAR, the level of radiated power and, as a rule, for the most part, except for the PAR in the meter wavelength range, headlamps are built on the basis of printing or other technologies that can significantly improve electrical characteristics due to manufacturing accuracy, structural improvements and production technologies, directing They are aimed at reducing the weight of antenna arrays and reducing the cost of their manufacture.

Известна линейная печатная ФАР [1], состоящая из симметричных печатных полу волновых вибраторов, расположенных в одной плоскости над проводящим экраном на расстоянии четверти средней длины волны рабочего диапазона и синфазно возбужденных. Схема возбуждения вибраторов выполнена на двух связанных полосковых линиях с нижним возбуждением.Known linear printed phased array [1], consisting of symmetrical printed semi-wave vibrators located in the same plane above the conductive screen at a distance of a quarter of the average wavelength of the operating range and in-phase excited. The vibrator excitation circuit is made on two connected strip lines with lower excitation.

В данной ФАР одноименные печатные плечи вибраторов имеют точку запитки от фидерного тракта, размещенную на уровне плоскости проводящего экрана в основании вертикальных печатных участков возбуждения, переходящих в плечи вибраторов под углом 90°, а противоположные печатные плечи вибраторов гальванически закорочены на корпус общего экрана или отражателей (метровый диапазон волн), при этом соседние вертикальные печатные участки возбуждения одноименных и противоположных плеч вибраторов снабжены установленными параллельно плоскости расположения участков запитывающих линий согласующими емкостными плоскими проводящими элементами.In this headlamp, the printed arms of the same name as the vibrators have a feeding point from the feeder path, located on the plane of the conducting screen at the base of the vertical printed excitation sections that pass into the arms of the vibrators at a 90 ° angle, and the opposite printed arms of the vibrators are galvanically shorted to the housing of the common screen or reflectors ( meter wavelength range), while adjacent vertical printed sections of the excitation of the same and opposite shoulders of the vibrators are equipped with parallel distribution planes the location of the sections of the supply lines matching capacitive flat conductive elements.

Недостатком данного технического решения является сравнительно узкая полоса пропускаемых частот (10-15%).The disadvantage of this technical solution is the relatively narrow band of transmitted frequencies (10-15%).

Наиболее близкой по технической сущности, т.е. прототипом (см. фиг. 1), является широкополосная линейная многоэлементная вибраторная ФАР [2], содержащая упорядоченно размещенные к плоскости общего пассивного отражателя 2, печатные полосковые полуволновые вибраторы 1, плечи которых 1а, 1б запитаны через высокочастотные (ВЧ) разъемы 3 в противофазе симметричными полосковыми связанными линиями 5, 6, 7, снабженными симметрирующе-согласующими устройствами [3]. Каждое симметрирующе-согласующее устройство выполнено в виде трехпроводной полосковой линии 5, 6 и 7, образованной двумя параллельными близко расположенными узкими щелями (зазоры связи) в металлическом слое на той же стороне диэлектрической пластины, что и плечи полосковых вибраторов 1а, 1б, причем, правая боковая полосковая линия 5 совместно с центральной полосковой линией 6 на длине, составляющей четверть средней длины волны рабочего диапазона (λср/4), образует разомкнутый реактивный шлейф, левая боковая полосковая линия 7 совместно с центральной полосковой линией 6 на длине, составляющей четверть средней длины волны рабочего диапазона, образует двухпроводную симметричную линию, подключаемую к плечам полуволнового вибратора 1а, 1б. Каждый полуволновой вибратор 1, выполнен на одной плате и представляет собой два широких проводника с зазорами связи причем плечи 1а, 1б каждого вибратора 1 симметрично сужаются к его середине. С обратной стороны диэлектрической пластины, в области размещения трехпроводной полосковой линии 5, 6, 7, установлены проводящие элементы настройки емкостного характера (настроечные элементы) 4.Closest to the technical nature, i.e. the prototype (see Fig. 1), is a broadband linear multi-element vibrator headlamp [2], containing printed strip half-wave vibrators 1, whose shoulders 1a, 1b are fed through high-frequency (RF) connectors 3 in antiphase, arranged orderly to the plane of the common passive reflector 2 symmetrical stripe connected lines 5, 6, 7, equipped with a balancing-matching devices [3]. Each balancing-matching device is made in the form of a three-wire strip line 5, 6 and 7, formed by two parallel closely spaced narrow slots (coupling gaps) in the metal layer on the same side of the dielectric plate as the shoulders of the strip vibrators 1a, 1b, and the right one the lateral strip line 5 together with the central strip line 6 at a length of a quarter of the average wavelength of the operating range (λav / 4) forms an open reactive loop, the left lateral strip line 7 together with the cent cial stripline 6 to a length of a quarter of the average operating wavelength range, constitutes a symmetrical two-wire line to be connected to the half-wave vibrator shoulders 1a, 1b. Each half-wave vibrator 1 is made on one board and consists of two wide conductors with communication gaps and the shoulders 1a, 1b of each vibrator 1 are symmetrically tapering towards its middle. On the reverse side of the dielectric plate, in the area of the three-wire strip line 5, 6, 7, conductive capacitive tuning elements (tuning elements) 4 are installed.

Недостатками данного технического решения является то, что вибраторы в силу асимметрии конструкции имеют смещение фазового центра и полосу пропускания час тот не более 40%.The disadvantages of this technical solution is that the vibrators, due to the asymmetry of the structure, have a phase center offset and an hour pass band of no more than 40%.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является обеспечение существенного расширения полосы пропускаемых частот с возможностью реализации полуволновых вибраторов в заявляемом фрагменте ФАР в трех частотных диапазонах (L, UHF, VHF). Дополнительным техническим результатом является отсутствие необходимости дополнительной регулировки вибраторов после установки в ФАР.The technical result of the proposed utility model is to significantly expand the bandwidth of the transmitted frequencies with the possibility of realizing half-wave vibrators in the claimed fragment of the PAR in three frequency ranges (L, UHF, VHF). An additional technical result is the lack of the need for additional adjustment of the vibrators after installation in the HEADLIGHT.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном фрагменте широкополосной ФАР, который содержит упорядочений размещенные на одной линии или плоскости в соответствии со схемой, например, линейной или плоской ФАР, перпендикулярно к плоскости общего пассивного отражателя (или полуволновых отражателей, лежащих в той же плоскости, что и вибраторы), симметричные полуволновые вибраторы, выполненные на односторонней или двухсторонней металлизированной диэлектрической плате, в котором плечи каждого вибратора возбуждаются в противофазе симметричными полосковыми связанными линиями длиной λср/4, являющимися неотъемлемой частью симметрирующе-согласующего устройства, через высокочастотные разъемы, где на симметрирующе-согласующем устройстве для обеспечения настройки вибраторов установлены проводящие элементы настройки емкостного характера (настроечные элементы), причем в заявляемом фрагменте ФАР симметрирующе-согласующее устройство выполнено в виде четырехпроводной связанной полосковой линии, где правая и левая центральные полосковые линии шириной Ш1=λcp/40 с зазором связи по оси симметрии вибратора S=λср/40, образуют двухпроводную запитывающую полосковую линию, подключаемую в верхней своей части под углом 90° к печатным плечам полуволновых вибраторов шириной Ш=λср/8 и высотой H≤1/3λср, а в нижней части на уровне общего пассивного отражателя (длиной 0,6λср, шириной Ш3=0,035λср, толщиной t=1 мм) левая центральная полосковая линия закорочена, например, методом пайки на корпус пассивного отражателя, правая центральная полосковая линия электромагнитно связанная с левой центральной полосковой линией через центральную жилу ВЧ разъема, расположенного на уровне пассивного отражателя, образуя при этом зазор связи, левая крайняя полосковая линия (шириной Ш21/2) расположена на расстоянии S1=S/2 от левой центральной полосковой линии и электромагнитно с ней связана, в нижней части левая крайняя полосковая линия закорочена на корпус пассивного отражателя, а в верхней части является разомкнутой через зазор связи, где совместно с левой центральной полосковой линией образуют короткозамкнутый реактивный шлейф, правая крайняя полосковая линия (шириной Ш2), расположена на расстоянии S1 от правой центральной полосковой линии, электромагнитно с ней связана и также разомкнута в верхней части (зазор связи), а в нижней закорочена на пассивный отражатель и образует совместно с правой центральной полосковой линией разомкнутый реактивный шлейф; перпендикулярно к центральным полосковым линиям с зазором связи S в сторону центральных линий установлены настроечные элементы; после окончания регулирования настроечные элементы фиксируются на центральных полосковых линиях, например, методом пайки.The specified technical result is achieved by the fact that in a known fragment of a broadband headlamp that contains orderings placed on the same line or plane in accordance with a scheme, for example, a linear or flat headlamp, perpendicular to the plane of a common passive reflector (or half-wave reflectors lying in the same plane as vibrators), symmetrical half-wave vibrators made on a single or double-sided metallized dielectric board, in which the shoulders of each vibrator are excited in otivophase with symmetrical stripe connected lines of length cf / 4, which are an integral part of a balancing-matching device, through high-frequency connectors, where conductive tuning elements of a capacitive nature (tuning elements) are installed on the balancing-matching device to ensure vibrators are tuned, and matching device is made in the form of a four-wire connected strip line, where the right and left center strip lines of width W 1 = λc p / 40 with a coupling clearance along the axis of symmetry of the vibrator S = λav / 40, form a two-wire feeding strip line connected in its upper part at an angle of 90 ° to the printed arms of half-wave vibrators with a width of W = λav / 8 and a height of H≤1 / 3λav, and in the lower part at the level of the common passive reflector (length 0.6λср, width Ш 3 = 0.035λср, thickness t = 1 mm), the left center strip line is shorted, for example, by soldering to the case of a passive reflector, the right center strip line is electromagnetically coupled to left center stripe line h Res central conductor RF connector located at the level of the passive reflector, forming a communication gap left extreme stripline (width W 2 = W 1/2) is located at a distance S 1 = S / 2 from the left of the central strip line and electromagnetically with it it is connected, in the lower part the left extreme strip line is shorted to the passive reflector housing, and in the upper part it is open through the communication gap, where together with the left central strip line they form a short-circuited reactive loop, the right extreme strip line (w Rina W 2), located at a distance S 1 from the right of the central strip line electromagnetically with it is associated and also open at the top (communication gap), and the bottom is shorted to the passive deflector and forms, together with the right central stripline open jet plume; perpendicular to the central strip lines with a communication gap S towards the center lines, tuning elements are installed; after regulation is over, the adjusting elements are fixed on the central strip lines, for example, by soldering.

Каждый полуволновой вибратор высотой H≤1/3λср представляет собой два полосковых односторонних или двухсторонних проводника шириной Ш1=λср/40 с зазором связи по оси симметрии вибратора S=λcp/40, установленные перпендикулярно пассивному отражателю, длина которого составляет 0,6λср, и в силу своей широкополосности вибраторы в составе ФАР дополнительной регулировки не требуют.Each half-wave vibrator of height H≤1 / 3λср is two strip of one-sided or two-sided conductors with a width of Ш 1 = λср / 40 with a coupling gap along the symmetry axis of the vibrator S = λcp / 40, mounted perpendicular to the passive reflector, the length of which is 0.6λср, and due to its broadband, the vibrators in the headlamp assembly do not require additional adjustment.

Настроечные элементы выполнены на базе двухсторонних диэлектрических металлизированных пластин и применяются для обеспечения настройки вибраторов. После окончательной установки настроечных элементов на симметрирующе-согласующие устройства полуволновые вибраторы дополнительной настройки во время эксплуатации не требуют.The tuning elements are made on the basis of double-sided dielectric metallized plates and are used to ensure the adjustment of vibrators. After the final installation of the tuning elements on the balancing-matching devices, half-wave vibrators do not require additional settings during operation.

Применение в составе конструктивной схемы полуволновых вибраторов двух реактивных шлейфов (короткозамкнутого длиной λср/4 с левой стороны двухпроводной колосковой линии, и разомкнутого шлейфа длиной также λср/4 с правой стороны, которые включены параллельно двухпроводной линии) позволяет существенно расширить полосу рабочих частот антенны с 40 до 60% и более.The use of two reactive loops (a short-circuited length λср / 4 on the left side of a two-wire spike line and an open loop also λср / 4 on the right side, which are connected in parallel with a two-wire line) as part of the design scheme of half-wave vibrators, can significantly expand the antenna operating frequency band from 40 up to 60% or more.

В заявляемом фрагменте широкополосной ФАР использованы широкополосные полуволновые вибраторы, реализация которых возможна в трех частотных диапазонах L, UHF и VHF.In the claimed fragment of the broadband phased array, broadband half-wave vibrators are used, the implementation of which is possible in the three frequency ranges L, UHF and VHF.

Возможно многофункциональное использование данных широкополосных полуволновых вибраторов в качестве:Perhaps the multifunctional use of these broadband half-wave vibrators as:

- ФАР РЛС;- FAR radar;

- приемных телевизионных антенн;- receiving television antennas;

- приемопередающих антенн сотовой связи;- transceiver antennas of cellular communication;

- конструктивных схем для расширения полосы пропускания антенн типа «волновой канал», которые широко применяются в РЛС метрового диапазона, а также приемных телевизионных антеннах коллективного пользования.- design schemes for expanding the bandwidth of antennas of the “wave channel” type, which are widely used in meter radars, as well as receiving television antennas for collective use.

Широкополосность заложена в самой схеме и конструкции полуволновых вибраторов и предполагает их настройку в период отладки настроечными элементами с зазором связи в сторону центральных полосковых линий, которые устанавливаются перпендикулярно к центральным полосковым линиям и после регулировки крепятся к ним, например, методом пайки. Настроечные элементы после регулировки вводятся в топологию печатной платы.Broadband is inherent in the scheme and design of half-wave vibrators and involves tuning them during the debugging period by tuning elements with a communication gap in the direction of the central strip lines, which are installed perpendicular to the central strip lines and, after adjustment, are attached to them, for example, by soldering. After adjustment, the adjustment elements are introduced into the topology of the printed circuit board.

Регулировка вибраторов осуществляется следующим образом: сначала устанавливается без пайки нижний настроечный элемент с заведомо большей электрической длиной, чем требуется, далее устанавливается верхний настроечный элемент, также с несколько большей электрической длиной; взаимное положение настроечных элементов подбирается и фиксируется по снижению Ксв в широкой полосе частот. Далее осуществляется настройка после пайки настроечных элементов в местах наилучшего согласования с помощью этих настроечных элементов. Окончательная настройка вибратора осуществляется подрезкой (уменьшением электрической длины) настроечных элементов, обеспечивающей минимальные значения Ксв в широкой полосе частот.The vibrators are adjusted as follows: first, the lower tuning element is installed without soldering with a known longer electrical length than required, then the upper tuning element is also installed, also with a slightly larger electrical length; the mutual position of the tuning elements is selected and fixed to reduce the SWR in a wide frequency band. Next, the adjustment is carried out after soldering the tuning elements in places of best coordination with the help of these tuning elements. The final setting of the vibrator is carried out by trimming (reducing the electric length) of the tuning elements, which provides the minimum values of Ksv in a wide frequency band.

Для иллюстрации заявляемого фрагмента ФАР приведены следующие фигуры:To illustrate the claimed fragment of the PAR, the following figures are given:

фиг. 1 - конструктивная схема печатного вибратора-прототипа, возбуждаемого трехпроводной полосковой линией (компланарным волноводом).FIG. 1 is a structural diagram of a printed prototype vibrator excited by a three-wire strip line (coplanar waveguide).

фиг. 2 - схема размещения симметричных полуволновых вибраторов заявляемой ФАР, установленных в углах прямоугольной сетки над общим пассивным отражателем (вид сверху).FIG. 2 - layout of symmetrical half-wave vibrators of the inventive HEADLIGHTS installed in the corners of a rectangular grid above a common passive reflector (top view).

фиг. 3 - конструктивная схема печатного полуволнового вибратора заявляемого фрагмента ФАР, возбуждаемого четырехпроводной полосковой линией (компланарным волноводом).FIG. 3 is a structural diagram of a printed half-wave vibrator of the claimed fragment of the phased array excited by a four-wire strip line (coplanar waveguide).

фиг. 4 - экспериментальные результаты по Ксв двухстороннего полуволнового печатного вибратора в L диапазоне для заявляемого фрагмента ФАР.FIG. 4 - experimental results for Ksv double-sided half-wave printed vibrator in the L range for the inventive fragment PAR.

фиг. 5 - экспериментальные результаты по Ксв макета одиночного вибратора заявляемого фрагмента ФАР в UHF диапазоне длин волн.FIG. 5 - experimental results on the SWR layout of a single vibrator of the claimed fragment of the PAR in the UHF wavelength range.

фиг. 6 - экспериментальные результаты по Ксв макета вибратора заявляемого фрагмента ФАР в VHF диапазоне длин волн.FIG. 6 - experimental results on the SWR of the mock vibrator of the claimed fragment of the PAR in the VHF wavelength range.

Фиг. 7 - Ксв одиночного вибратора заявляемого фрагмента ФАР в UHF диапазоне длин волн (моделирование).FIG. 7 - Ksv single vibrator of the claimed fragment of the PAR in the UHF wavelength range (simulation).

фиг. 8 - объемная диаграмма широкополосного вибратора в UHF диапазоне (моделирование).FIG. 8 is a three-dimensional diagram of a broadband vibrator in the UHF band (simulation).

Фиг. 9 - Ксв линейной антенны с вертикальной поляризацией в UHF диапазоне бесконечной решетки (моделирование).FIG. 9 - SWR of a linear antenna with vertical polarization in the UHF band of the infinite array (simulation).

фиг. 10 - сечение диаграммы направленности в E плоскости широкополосного вибратора в UHF диапазоне (моделирование) заявляемого фрагмента ФАР.FIG. 10 is a cross section of the radiation pattern in the E plane of a broadband vibrator in the UHF range (simulation) of the claimed fragment of the PAR.

фиг. 11 - Ксв макета линейной антенны с вертикальной поляризацией в L диапазоне из шести вибраторов, с общим отражателем.FIG. 11 - SWR layout of a linear antenna with vertical polarization in the L range of six vibrators, with a common reflector.

фиг. 12 - диаграмма направленности линейной антенны с вертикальной поляризацией в L диапазоне (макетирование) из шести вибраторов, с общим отражателем заявляемого фрагмента ФАР.FIG. 12 is a directivity diagram of a linear antenna with vertical polarization in the L range (prototyping) of six vibrators, with a common reflector of the claimed fragment of the PAR.

Фрагмент широкополосной ФАР (см. фиг. 2) содержит размещенные в прямоугольной сетке ФАР, на фиксированном расстоянии друг от друга dx и dy на высоте λср/4 над плоскостью общего пассивного отражателя 2 шириной Ш3, перпендикулярно к нему симметричные полуволновые полосковые вибраторы 1, выполненные в виде полосковых проводников на диэлектрической пластине и запитанные через ВЧ разъемы 3.A fragment of a broadband headlamp (see Fig. 2) contains a headlamp located in a rectangular grid, at a fixed distance from each other dx and dy at a height of cav / 4 above the plane of a common passive reflector 2 of width W 3 , symmetrical half-wave strip vibrators 1 perpendicular to it, made in the form of strip conductors on a dielectric plate and powered through RF connectors 3.

В UHF диапазоне (см. фиг. 3) плечи 1а, 1б каждого симметричного полуволнового вибратора 1 высотой H=175 мм представляют собой два полосковых проводника шириной Ш=30 мм с зазором связи S=10 мм между ними. К плечам вибратора 1а, 1б гальванически подключаются правая центральная 6 и левая центральная 7 полосковые линии шириной Ш1=10 мм, представляющие собой симметричную двухпроводную полосковую линию, являющуюся неотъемлемой частью симметрирующе-согласующего устройства.In the UHF range (see Fig. 3), the arms 1a, 1b of each symmetrical half-wave vibrator 1 with a height of H = 175 mm are two strip conductors with a width of W = 30 mm with a coupling gap of S = 10 mm between them. To the shoulders of the vibrator 1a, 1b, the right center 6 and left center 7 strip lines with a width of W 1 = 10 mm are galvanically connected, which are a symmetrical two-wire strip line, which is an integral part of a balancing-matching device.

Каждое симметрирующе-согласующее устройство выполнено в виде четырехпроводной связанной полосковой линии - правая крайняя 5 (Ш2=5 мм), правая центральная 6 (Ш1=10 мм), левая центральная 7 (Ш1=10 мм) и левая крайняя 8 (Ш2=5 мм), образующие параллельно расположенные узкие щели шириной S=10 мм - в центре и S1=5 мм слева и справа от центральной щели - окна связи.Each balancing-matching device is made in the form of a four-wire connected strip line - the right extreme 5 (W 2 = 5 mm), the right central 6 (W 1 = 10 mm), the left central 7 (W 1 = 10 mm) and the left extreme 8 ( W 2 = 5 mm), forming parallel narrow slits with a width of S = 10 mm in the center and S 1 = 5 mm to the left and to the right of the central gap - communication windows.

Правая крайняя 5 полосковая линия совместно с правой центральной 6 полосковой линией на длине λср/4 образуют разомкнутый реактивный шлейф с зазором связи S2=5 мм; левая крайняя 8 полосковая линия совместно с левой центральной 7 полосковой линией образуют короткозамкнутый реактивный шлейф (зазор связи также составляет S1).The right extreme 5 strip line together with the right central 6 strip line along the length λav / 4 form an open reactive loop with a coupling gap S 2 = 5 mm; the left extreme 8 strip line together with the left central 7 strip line form a short-circuited reactive loop (the communication gap is also S 1 ).

К четырехпроводной полосковой линии 5, 6, 7, 8 ВЧ сигнал подводится снизу через ВЧ разъем 3, установленный на уровне плоскости общего пассивного отражателя 2; центральная жила ВЧ разъема 3 через зазор связи S3=1 мм подключается к правой центральной 6 полосковой линии. Крайние правая 5, крайняя левая 8 и центральная левая 7 полосковые линии гальванически закорочены на уровне общего пассивного отражателя 2 на корпус ВЧ разъема 3.To the four-wire strip line 5, 6, 7, 8, the RF signal is supplied from below through the RF connector 3, mounted at the plane of the common passive reflector 2; the central core of the RF connector 3 through the communication gap S 3 = 1 mm is connected to the right central 6 strip line. Extreme right 5, extreme left 8 and central left 7 strip lines are galvanically shorted at the level of a common passive reflector 2 to the housing of the RF connector 3.

С любой из сторон диэлектрической пластины в области связи правой центральной 6 и левой центральной 7 полосковых линий устанавливаются перпендикулярно к данным полоскам разомкнутые реактивные шлейфы с окнами связи S по центру в сторону печатных связанных проводников, выполняющих роль настроечных элементов 4.On each side of the dielectric plate, in the communication region of the right central 6 and left central 7 stripe lines, open reactive loops are installed perpendicular to these strips with communication windows S centered in the direction of printed coupled conductors acting as tuning elements 4.

В предлагаемом фрагменте широкополосной ФАР вибраторы могут быть выполнены либо металлическими (VHF диапазон), либо печатными (L, UHF, VHF диапазоны) в зависимости от диапазона длин волн (на фиг. 3 - печатный вариант выполнения вибраторов на основе металлизированного стеклотекстолита толщиной t=1 мм в L диапазоне).In the proposed fragment of the broadband HEADLIGHTER, the vibrators can be made either metal (VHF range) or printed (L, UHF, VHF ranges) depending on the wavelength range (Fig. 3 is a printed embodiment of vibrators based on metallized fiberglass with a thickness of t = 1 mm in the L range).

Фрагмент широкополосной плоской СВЧ антенны, работающий в режиме ФАР, обеспечивает однополярные излучения полосковых полуволновых вибраторов в широкой полосе частот в трех диапазонах.A fragment of a broadband flat microwave antenna operating in the PAR mode provides unipolar radiation from strip half-wave vibrators in a wide frequency band in three ranges.

Предлагаемая конструктивная схема полуволновых вибраторов, из которых образован заявленный фрагмент ФАР, позволяет расширить полосу пропускаемых частот до 60% и более (см. фиг 4-6).The proposed structural scheme of the half-wave vibrators, from which the claimed fragment of the HEADLIGHTS is formed, allows you to expand the bandwidth of transmitted frequencies to 60% or more (see Fig. 4-6).

По результатам экспериментальных работ с одиночными вибраторами, изготовленными по данному техническому решению в трех частотных диапазонах (L, UHF, VHF), а также макет шестиэлементной антенной решетки (dy/λcp)=0,5, запитанных через синфазный делитель на восемь направлений, были получены рабочие характеристики (см. фиг 11, 12), подтверждающие заявленный технический результат. А именно, полоса рабочих частот предлагаемого фрагмента антенны достигает 60% по уровню Ксв=1,8. Все вибраторы настраивались на минимально возможный Ксв на стенде и далее устанавливались в ФАР без дополнительной настройки.According to the results of experimental work with single vibrators manufactured according to this technical solution in three frequency ranges (L, UHF, VHF), as well as the layout of the six-element antenna array (dy / λcp) = 0.5, powered through an in-phase divider in eight directions, obtained performance characteristics (see Fig. 11, 12) confirming the claimed technical result. Namely, the operating frequency band of the proposed antenna fragment reaches 60% in terms of Ksv = 1.8. All vibrators were tuned to the lowest possible SWR at the stand and then installed in the headlamp without any additional settings.

На фиг. 12 показана сформированная диаграмма направленности при возбуждении вибраторов решетки (n=6, d/λcp=0,5) синфазным делителем на восемь направлений с изменением деления к крайним вибраторам до -12 дб.In FIG. Figure 12 shows the generated radiation pattern during excitation of the lattice vibrators (n = 6, d / λcp = 0.5) by an in-phase divider into eight directions with a change in division to the extreme vibrators to -12 dB.

Электрическая симметрия плеч предлагаемого вибратора, достигается за счет симметричной топологии проводников компланарного волновода, при этом осевая линия двух проводной линии должна совпадать с осью симметрии вибратора.The electrical symmetry of the shoulders of the proposed vibrator is achieved due to the symmetrical topology of the conductors of the coplanar waveguide, while the axial line of the two wire lines must coincide with the axis of symmetry of the vibrator.

Результаты моделирования на персональной электронной вычислительной машине в системе Microvawe Offis показали, что диаграмма направленности предлагаемой антенны симметрична и, следовательно, фазовый центр совпадает с осью симметрии вибратора. Результаты были получены при использовании в качестве материала стеклотекстолита с толщиной t=1,0 мм; на центральных полосковых линиях 6, 7 были установлены настроечные элементы емкостного характера, входящие в топологию печатной платы полуволнового вибратора.The simulation results on a personal electronic computer in the Microvawe Offis system showed that the radiation pattern of the proposed antenna is symmetrical and, therefore, the phase center coincides with the axis of symmetry of the vibrator. The results were obtained when using fiberglass with a thickness of t = 1.0 mm; on the central strip lines 6, 7, capacitive tuning elements were installed, which are included in the topology of the printed circuit board of a half-wave vibrator.

Предлагаемое техническое решение дает возможность подключения компланарных волноводов и к плечам вибраторов и к запитывающим фидерным линиям, которые могут быть как симметричными так и не симметричными полосковыми линиями.The proposed technical solution makes it possible to connect coplanar waveguides to the shoulders of the vibrators and to the feeding feeder lines, which can be either symmetrical or non-symmetrical strip lines.

Как известно, не симметричные линии широко используются в виду их технологичности изготовления, что является важным при серийном производстве, однако не симметричные полосковые линии имеют большие потери, слабозащищены от внешних наводок на цепи возбуждения. Использование симметричных полосковых линий дает выигрыш в снижении потерь на СВЧ в цепях возбуждения, а также симметричные полосковые линии обеспечивают цепи возбуждения без возможных наводок в виду полного экранирования СВЧ поля внутри линии.As you know, non-symmetrical lines are widely used in view of their manufacturability, which is important in serial production, but non-symmetrical strip lines have large losses, are poorly protected from external interference on the excitation circuit. The use of symmetrical strip lines gives a gain in reducing microwave losses in the excitation circuits, as well as symmetrical strip lines provide excitation circuits without possible interference due to the complete shielding of the microwave field inside the line.

Экспериментальные данные, полученные в L и UHF диапазонах (макетирование, моделирование), позволили простым способом - пересчетом с L диапазона в UHF и VHF получить данные по размерам вибраторов в указанных диапазонах. Полученные результаты на макетах приведены на фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6, где видно, что полоса пропускаемых частот составляет не менее 60%.The experimental data obtained in the L and UHF ranges (prototyping, modeling) made it possible in a simple way - by recalculating from the L range in UHF and VHF, to obtain data on the size of the vibrators in the indicated ranges. The results obtained on the mock-ups are shown in FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 6, where it can be seen that the bandwidth of the transmitted frequencies is at least 60%.

Механизм расширения полосы пропускания полуволновых симметричных вибраторов, возбуждаемых четырехпроводным симметрирующе-согласующими устройствами на связанных линиях, основан на взаимной компенсации реактивных составляющих входного сопротивления вибраторов двухпроводной полосковой симметричной линии, электромагнитно связанной с двумя реактивными шлейфами, имеющими противоположные значения реактивных составляющих входного сопротивления, а также настроечными элементами емкостного характера, устанавливаемыми на двухпроводной запитывающей полосковой линии длиной λср/4 и являющимися неотъемлемой частью топологии вибратора.The mechanism for expanding the passband of half-wave symmetric vibrators excited by four-wire balancing-matching devices on connected lines is based on mutual compensation of the reactive components of the input impedance of the vibrators of the two-wire stripe symmetrical line, electromagnetically coupled to two reactive loops having opposite values of the reactive components of the input resistance, as well as tuning two-wire capacitive elements supplies power to the strip line length λsr / 4 and forming an integral part of the vibrator topology.

Все вышеперечисленное говорит о том, что заявляемый фрагмент широкополосной ФАР с использованием широкополосных полуволновых вибраторов с нижним возбуждением в трех частотных диапазонах (L, UHF и VHF), обеспечивает высокие рабочие характеристики в широком диапазоне частот.All of the above suggests that the claimed fragment of a broadband phased array using broadband half-wave vibrators with lower excitation in three frequency ranges (L, UHF and VHF), provides high performance in a wide frequency range.

Список использованной литературыList of references

1 Патент №2264009, МПК H01Q 21/08, авторы Анурин А.А., Шабалин А.В.1 Patent No. 2264009, IPC H01Q 21/08, authors Anurin A.A., Shabalin A.V.

2 Патент №90265, МПК H01Q 1/38, авторы Шабалин А.В., Тузаев И.Н.2 Patent No. 90265, IPC H01Q 1/38, authors Shabalin A.V., Tuzaev I.N.

3 Сканирующие антенные системы СВЧ часть 2 - перевод с англ. под редакцией Г.Т. Маркова, А.Ф. Чаплина - М. Советская радио, 1969 г., с 459-478.3 Scanning antenna systems microwave part 2 - translation from English edited by G.T. Markova, A.F. Chaplin - M. Soviet Radio, 1969, from 459-478.

4 Г.З. Айзенберг - антенны ультракоротких волн - М. «Государственное издательство литературы по вопросам радио и связи», 1957 г., с 262, 263, рис. 13.1 XIII.4 G.Z. Eisenberg - antennas of ultrashort waves - M. "State Publishing House of Literature on Radio and Communications", 1957, p. 262, 263, fig. 13.1 XIII.

Claims (2)

1. Фрагмент широкополосной фазированной антенной решетки в трех частотных диапазонах L, UHF и VHF, содержащий упорядоченно размещенные на одной линии или плоскости в соответствии со схемой линейной или плоской ФАР, перпендикулярно к плоскости общего пассивного отражателя симметричные полуволновые полосковые вибраторы, выполненные на односторонней или двухсторонней металлизированной диэлектрической плате, плечи каждого вибратора возбуждаются в противофазе симметричными полосковыми связанными линиями длиной λср/4, являющимися неотъемлемой частью симметрирующе-согласующих устройств, через высокочастотные (ВЧ) разъемы, на симметрирующе-согласующих устройствах для обеспечения настройки вибраторов установлены настроечные элементы, отличающийся тем, что каждое симметрирующе-согласующее устройство выполнено в виде четырехпроводной связанной полосковой линии, где правая и левая центральные полосковые линии шириной Ш1=λср/40 с зазором связи по оси симметрии вибратора S=λср/40 образуют двухпроводную запитывающую полосковую линию, подключаемую в верхней своей части под углом 90° к печатным плечам шириной Ш=λср/8 полуволновых вибраторов высотой Н≤1/3λср, а в нижней части - на уровне общего пассивного отражателя длиной 0,6λср, шириной Ш3=0,035λср и толщиной t=1 мм, левая центральная полосковая линия закорочена на корпус пассивного отражателя; правая центральная полосковая линия электромагнитно связанная с левой центральной полосковой линией через жилу ВЧ разъема, расположенного на уровне пассивного отражателя, образуя при этом зазор связи; левая крайняя полосковая линия шириной Ш21/2 расположена на расстоянии S1=S/2 от левой центральной полосковой линии и электромагнитно с ней связана, в нижней части левая крайняя полосковая линия закорочена на корпус пассивного отражателя, а в верхней части является разомкнутой через зазор связи S22, где вместе с левой центральной полосковой линией образуют короткозамкнутый реактивный шлейф; правая крайняя полосковая линия шириной Ш2 расположена на расстоянии S1 от правой центральной полосковой линии, электромагнитно с ней связана и также разомкнута в верхней части, образуя зазор связи S2, а в нижней закорочена на пассивный отражатель и образует совместно с правой центральной полосковой линией разомкнутый реактивный шлейф; с любой из сторон диэлектрической платы перпендикулярно к центральным полосковым линиям с зазором связи S в сторону центральных полосок установлены настроечные элементы, после окончания регулирования настроечные элементы фиксируются на центральных полосковых линиях.1. A fragment of a broadband phased antenna array in the three frequency ranges L, UHF and VHF, containing symmetrical half-wave strip vibrators arranged on a one-sided or two-sided plane of a common passive reflector arranged in a single line or plane in accordance with a linear or flat headlamp circuit metallized dielectric board, the shoulders of each vibrator are excited in antiphase by symmetrical stripe connected lines of length cav / 4, which are integral my part of the balancing-matching devices, through high-frequency (HF) connectors, on the balancing-matching devices to ensure the adjustment of the vibrators, tuning elements are installed, characterized in that each balancing-matching device is made in the form of a four-wire connected strip line, where the right and left center stripe lines of width W 1 = λav / 40 with a coupling gap along the axis of symmetry of the vibrator S = λav / 40 form a two-wire feeding strip line connected at an angle to its upper part m 90 ° to the printed arms with a width of W = λav / 8 half-wave vibrators of a height H≤1 / 3λav, and in the lower part - at the level of a common passive reflector with a length of 0.6λav, a width of W 3 = 0.035λav and a thickness of t = 1 mm, left the center strip line is shorted to the passive reflector housing; the right center strip line is electromagnetically coupled to the left center strip line through the core of the RF connector located at the level of the passive reflector, thereby forming a communication gap; the left extreme strip line of width W 2 = W 1/2 is located at a distance S 1 = S / 2 from the left central strip line and is electromagnetically connected to it, in the lower part the left extreme strip line is shorted to the passive reflector housing, and in the upper part it is open through the communication gap S 2 = Ш 2 , where together with the left center stripe line form a short-circuited reactive loop; the right extreme strip line with a width of Ш 2 is located at a distance S 1 from the right central strip line, is electromagnetically connected to it and is also open in the upper part, forming a coupling gap S 2 , and in the lower one is shorted to a passive reflector and forms together with the right central strip line open reactive loop; from either side of the dielectric board, perpendicular to the central strip lines with a communication gap S towards the central strips, tuning elements are installed, after adjustment is complete, the tuning elements are fixed on the central strip lines. 2. Фрагмент антенны по п. 1, отличающийся тем, что в VHF диапазоне полуволновые вибраторы выполнены металлическими.
Figure 00000001
2. A fragment of the antenna according to claim 1, characterized in that in the VHF range the half-wave vibrators are made of metal.
Figure 00000001
RU2014126836/08U 2014-07-01 2014-07-01 Fragment of a Broadband Phased Antenna Array in Three Frequency Bands RU150630U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014126836/08U RU150630U1 (en) 2014-07-01 2014-07-01 Fragment of a Broadband Phased Antenna Array in Three Frequency Bands

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014126836/08U RU150630U1 (en) 2014-07-01 2014-07-01 Fragment of a Broadband Phased Antenna Array in Three Frequency Bands

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU150630U1 true RU150630U1 (en) 2015-02-20

Family

ID=53293102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014126836/08U RU150630U1 (en) 2014-07-01 2014-07-01 Fragment of a Broadband Phased Antenna Array in Three Frequency Bands

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU150630U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115275553A (en) * 2022-09-27 2022-11-01 广东工业大学 Compact type broadband coplanar waveguide-to-coplanar strip line conversion structure and radio frequency circuit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115275553A (en) * 2022-09-27 2022-11-01 广东工业大学 Compact type broadband coplanar waveguide-to-coplanar strip line conversion structure and radio frequency circuit
CN115275553B (en) * 2022-09-27 2023-02-21 广东工业大学 Compact type broadband coplanar waveguide-to-coplanar strip line conversion structure and radio frequency circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10714835B2 (en) Antenna and an antenna packaging structure
US9793611B2 (en) Antenna
CN102017292B (en) Broadband internal antenna using slow-wave structure
US10103440B2 (en) Stripline coupled antenna with periodic slots for wireless electronic devices
TW201517381A (en) Compact antenna with dual tuning mechanism
CN104396086A (en) Antenna and mobile terminal
CN114361779B (en) Antenna device and low-frequency wave-transparent oscillator
WO2020233518A1 (en) Antenna unit and electronic device
CN110867643B (en) Wide-beam antenna, antenna array and radar using antenna array
US6788265B2 (en) Antenna element
CN109713440A (en) A kind of antenna element and array antenna
RU92745U1 (en) CONTROLLED POLARIZED ANTENNA Fragment of a PHASED ANTENNA ARRAY
RU150630U1 (en) Fragment of a Broadband Phased Antenna Array in Three Frequency Bands
CN112134005A (en) Dipole antenna and wireless device
CN110534882B (en) Double-frequency antenna
CN116613545A (en) Medium type artificial surface plasmon band-pass filtering array antenna
Parikh et al. Effects of slots on resonant frequencies of a microstrip patch antenna
US20230010074A1 (en) Electromagnetic band-gap structure
TWI559614B (en) Dual - frequency directional antenna device and its array
RU2552230C2 (en) Directional band antenna
CN102800953A (en) Indirect feed type omnidirectional printed antenna with radiant load
RU161594U1 (en) Fragment of a multi-element controlled strip of a phased antenna array L RANGE
RU124516U1 (en) Fragment of a multi-element controlled strip of a phased antenna array L RANGE
RU131242U1 (en) CONTROLLED POLARIZED ANTENNA FRAGMENT OF PHASED ANTENNA ARRAY
RU90265U1 (en) BROADBAND LINEAR MULTI-ELEMENT VIBRATOR PHASED ANTENNA ARRAY

Legal Events

Date Code Title Description
PD1K Correction of name of utility model owner