RU164737U1

RU164737U1 - MANY-MODE WAN-ATTA WAVEGUIDE GRILLE

Info

Publication number: RU164737U1
Application number: RU2016108725/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Юханов; Татьяна Юрьевна Привалова; Илья Владимирович Мерглодов; Елена Владимировна Крюк
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2016-09-10

Abstract

1. Многомодовая волноводная решетка Ван-Атта, состоящая из пары волноводных излучателей, соединенных соединительными трактами одинаковой электрической длины, отличающаяся тем, что в раскрывах излучателей установлены возбуждающие штыри, нижняя пара которых расположена посередине широкой стенки первого и второго излучателя решетки, а две верхние пары расположены равноудаленно на расстоянии четверти длины широкой стенки волновода, при этом соединительные тракты подключены с помощью соединительных разъемов равноудаленно.2. Многомодовая волноводная решетка Ван-Атта по п. 1, отличающаяся тем, что длина штырей выбрана из соображений минимизации коэффициента стоячей волны в трактах.3. Многомодовая волноводная решетка Ван-Атта по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве излучателей используются многомодовые волноводы.1. A multi-mode Van Atta waveguide array, consisting of a pair of waveguide emitters connected by connecting paths of the same electric length, characterized in that exciting emitters are installed in the emitter openings, the lower pair of which is located in the middle of the wide wall of the first and second emitter of the array, and the two upper pairs located equidistant at a quarter of the length of the wide wall of the waveguide, while the connecting paths are connected using the connecting connectors equidistant. 2. The multi-mode Van Atta waveguide grating according to claim 1, characterized in that the length of the pins is selected to minimize the standing wave coefficient in the paths. 3. The Van Atta multimode waveguide grating according to claim 1, characterized in that multimode waveguides are used as emitters.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к радиолокации и может быть использована для противорадиолокационной маскировки объектов, создания ложных целей, постановки различного рода пассивных, полуактивных и активных помех.The proposed utility model relates to radar and can be used for anti-radar masking of objects, creating false targets, setting various kinds of passive, semi-active and active interference.

Известен электродинамический антенный отражатель Ван-Атта («Electromagnetic reflector», патент США US 2908002, 1959 г.). Эта антенная решетка (решетка Ван-Атта) из N-пар волноводных антенн в виде открытых концов волноводов или рупоров, расположенных вдоль прямой на одинаковом расстоянии друг от друга, попарно соединенных между собой фидерами одинаковой длины следующим образом: 1-й с 2n-ым; 2-й с (2n-1)-ым и т.д.Known electrodynamic antenna reflector Van Atta ("Electromagnetic reflector", US patent US 2908002, 1959). This antenna array (Van Atta array) of N-pairs of waveguide antennas in the form of open ends of waveguides or horns located along a straight line at the same distance from each other, pairwise interconnected by feeders of the same length as follows: 1st with 2nd ; 2nd with (2n-1 )th, etc.

Принцип работы этого устройства заключается в следующем. В процессе работы электромагнитная волна, попадая в раскрыв 1-го элемента решетки, расположенного симметрично относительно геометрического центра решетки, передается по соединительным линиям равной длины к 2n-му элементу со 2-го - на (2n-1) и т.д. В таком случае, сигналы, принятые и переизлученные элементами решетки, проходят одинаковый путь и получают одинаковый набег фазы. Исходя из этого, происходит переотражение падающей электромагнитной волны.The principle of operation of this device is as follows. In the process, the electromagnetic wave, falling into the opening of the 1st element of the lattice, located symmetrically with respect to the geometric center of the lattice, is transmitted along connecting lines of equal length to the 2nth element from the 2nd to (2n-1), etc. In this case, the signals received and reradiated by the elements of the grating go the same way and get the same phase incursion. Based on this, re-reflection of the incident electromagnetic wave occurs.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является внесение соединительными трактами потерь и фазовых искажений.The reason that impedes the achievement of the technical result is the introduction of loss and phase distortion by the connecting paths.

Признаками, совпадающими с заявляемым техническим решением, являются: волноводные излучатели, соединительные тракты одинаковой длины.Signs that coincide with the claimed technical solution are: waveguide emitters, connecting paths of the same length.

Известна решетка Ван-Атта («Van-Atta array antenna device», патент США US 3496570, 1970 г.), содержащая множество антенных элементов, расположенных на равных расстояниях друг от друга, каждая пара элементов расположена симметрично относительно центра антенной решетки; соответствующие фидеры, попарно соединяющие каждые два элемента, имеют одинаковую длину. Конструкция данного устройства отличается от общепринятой конструкции решетки Ван-Атта наличием диэлектрической пластины установленной за излучателями. Параметры диэлектрика материала пластины предварительно выбирают для получения отраженной от границы раздела «воздух-диэлектрик» волны, уровень которой приблизительно равен волне, отраженной от самой решетки. Поскольку в конечном итоге направление двух лучей (отраженного от поверхности пластины и прошедшего через пластину) одинаковое, и они имеют противоположные фазы, они имеют тенденцию уравновешивать друг друга. С этой целью толщину диэлектрической пластины выбирают из расчета четверти длины волны.Known Van-Atta array ("Van-Atta array antenna device", US patent US 3496570, 1970), containing many antenna elements located at equal distances from each other, each pair of elements is located symmetrically relative to the center of the antenna array; the corresponding feeders connecting each two elements in pairs have the same length. The design of this device differs from the generally accepted design of the Van Atta lattice by the presence of a dielectric plate installed behind the emitters. The dielectric parameters of the plate material are preselected to obtain a wave reflected from the air-dielectric interface, the level of which is approximately equal to the wave reflected from the grating itself. Since ultimately the direction of the two rays (reflected from the surface of the plate and passed through the plate) is the same, and they have opposite phases, they tend to balance each other. To this end, the thickness of the dielectric plate is selected based on a quarter wavelength.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, как и в предыдущем аналоге, являются наличие потерь и фазовых искажений в соединительных трактах, вследствие которых невозможно получить широкую моностатическую диаграмму обратного рассеяния.The reasons that impede the achievement of the technical result, as in the previous analogue, are the presence of losses and phase distortions in the connecting paths, due to which it is impossible to obtain a wide monostatic backscattering diagram.

Признаками, совпадающими с заявляемым техническим решением, являются: излучатели решетки, соединительные тракты одинаковой длины.Signs that coincide with the claimed technical solution are: emitters of the lattice, connecting paths of the same length.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является самофазирующаяся антенная решетка из n пар скошенных волноводов в разные стороны (патент RU 2428776, опубликован 10.09.2011). Сущность изобретения заключается в следующем: в заявленном устройстве антенны в виде открытых концов волноводов каждой пары имеют скошенные раскрывы в разные стороны под углом плюс/минус α от 15° до 89° градусов (±α=от 15° до 89°) к оси антенны, а волноводные антенны установлены своими осями и скошенными раскрывами в разные стороны, при этом раскрывы левых антенн пар образуют с раскрывами правых антенн пар клин с углом при вершине β°, равным от 10° до 180° градусов (β=от 10° до 180°).Closest to the claimed technical solution is a self-phasing antenna array of n pairs of beveled waveguides in different directions (patent RU 2428776, published 10.09.2011). The essence of the invention is as follows: in the claimed device, the antennas in the form of open ends of the waveguides of each pair have beveled openings in different directions at an angle plus / minus α from 15 ° to 89 ° degrees (± α = from 15 ° to 89 °) to the axis of the antenna and the waveguide antennas are installed with their axes and beveled openings in different directions, while the openings of the left pairs of antennas form wedges with the openings of the right antennas of pairs of wedges with an apex angle of β ° equal to 10 ° to 180 ° degrees (β = 10 ° to 180 °).

Причиной, препятствующей достижению технического результата является использование в конструкции решетки линий передач с высоким уровнем вносимых потерь и фазовых искажений, получаемых за счет использования дисперсных линий передачи.The reason that impedes the achievement of the technical result is the use of transmission lines in the lattice design with a high level of insertion loss and phase distortion obtained through the use of dispersed transmission lines.

Признаками, совпадающими с заявляемым техническим решением, являются: волноводные излучатели, соединительные тракты.Signs that coincide with the claimed technical solution are: waveguide emitters, connecting paths.

Выгодным отличием от прототипа является расширение сектора углов моностатической диаграммы обратного рассеяния.An advantageous difference from the prototype is the expansion of the angle sector of the monostatic backscatter pattern.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, является снижение фазовых потерь и искажений, вносимых соединительными трактами, и, как следствие, получение за счет этого более широкой моностатической диаграммы рассеяния.The problem the utility model aims to solve is to reduce phase losses and distortions introduced by the connecting paths, and, as a result, to obtain a wider monostatic scattering pattern due to this.

Отличительной особенностью предлагаемой полезной модели является использование в качестве соединяющих трактов недисперсных линий передачи, работающих в многомодовом режиме и осуществляющих инвертирование фронта падающей волны без искажений.A distinctive feature of the proposed utility model is the use of non-dispersed transmission lines operating in multimode mode and connecting the front of the incident wave without distortion as connecting paths.

Технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что в раскрывах излучателей установлены возбуждающие штыри, нижняя пара которых расположена посередине широкой стенки первого и второго излучателя решетки, а две верхние пары расположены равноудаленно на расстоянии четверти длины широкой стенки волновода, при этом соединительные тракты подключены с помощью соединительных разъемов равноудаленно, длина штырей выбрана из соображений минимизации коэффициента стоячей волны в трактах, а в качестве излучателей используются многомодовые волноводы.The technical result of the claimed utility model is achieved by the fact that exciter pins are installed in the openings of the emitters, the lower pair of which is located in the middle of the wide wall of the first and second emitter of the grating, and the two upper pairs are equidistant at a quarter of the length of the wide wall of the waveguide, while the connecting paths are connected using connectors, equidistant, the length of the pins is selected to minimize the standing wave coefficient in the paths, and emitters are used I am multimode waveguides.

На фиг. 1, 2 представлена конструкция заявленного устройства, где:In FIG. 1, 2 presents the design of the claimed device, where:

1, 2 - первый и второй излучатель решетки в виде отрытого конца волновода;1, 2 - the first and second emitter of the lattice in the form of the open end of the waveguide;

3, 4, 5 - возбуждающие штыри первого излучателя решетки;3, 4, 5 - exciting pins of the first emitter of the lattice;

6, 7, 8 - возбуждающие штыри второго излучателя решетки;6, 7, 8 - exciting pins of the second emitter of the lattice;

9, 10, 11 - соединительные тракты излучателей решетки.9, 10, 11 - connecting paths of the emitters of the lattice.

12, 13, 14, 15, 16, 17 - соединительные разъемы.12, 13, 14, 15, 16, 17 - connectors.

На фиг. 3 приведена моностатическая диаграмма рассеяния волноводной решетки Ван-АттаIn FIG. Figure 3 shows a monostatic scattering diagram of a Van Atta waveguide grating

Работает устройство следующим образом. Амплитудно-фазовое распределение волнового поля принимаемого сигнала в раскрыве первой антенны 1 фиг. 1 в виде открытого конца волновода пары антенной решетки снимается с помощью системы штырей 3, 4, 5 фиг. 1, и через одномодовые линии передачи 9, 10, 11 фиг. 2 передается с помощью системы штырей 6-8 фиг. 1 в переизлучающую апертуру второго излучателя решетки 2 фиг. 1 и излучается в свободное пространство в виде отраженного сигнала. При этом соединительные тракты излучателей решетки 9, 10, 11 подключены с помощью соединительных разъемов 12, 13, 14, 15, 16, 17 равноудаленно. Размещение возбуждающих штырей 3, 4, 5 и 6, 7, 8 в волноводах 1 и 2 фиг. 1 выбрано из соображения возбуждения трех типов волн Н₁₀, Н₂₀, Н₃₀: штыри 4, 7 расположены посередине нижней стенки волновода 1 первого излучателя решетки и 2 второго излучателя решетки соответственно (для волны Н₁₀), штыри 3, 5, 6, 8 располагаются на расстоянии четверти длины верхней стенки волновода 1, 2 излучателей решетки (для волны Н₂₀), а длина штырей 3-8 выбрана из соображений минимизации коэффициента стоячей волны в трактах. Таким образом, за счет синфазной передачи в волноводах только распространяющихся типов волн сигнал можно передать без существенных фазовых искажений по всей длине раскрыва волновода в переизлучающую структуру.The device operates as follows. The amplitude-phase distribution of the wave field of the received signal in the aperture of the first antenna 1 of FIG. 1 in the form of the open end of the waveguide of the antenna array pair is removed using the pin system 3, 4, 5 of FIG. 1, and through single-mode transmission lines 9, 10, 11 of FIG. 2 is transmitted using the pin system 6-8 of FIG. 1 to the re-emitting aperture of the second emitter of the grating 2 of FIG. 1 and is emitted into free space in the form of a reflected signal. Moreover, the connecting paths of the emitters of the lattice 9, 10, 11 are connected using the connecting connectors 12, 13, 14, 15, 16, 17 equidistantly. The placement of the exciting pins 3, 4, 5 and 6, 7, 8 in the waveguides 1 and 2 of FIG. 1 is selected for reasons of excitation of three types of waves H ₁₀ , H ₂₀ , H ₃₀ : pins 4, 7 are located in the middle of the bottom wall of the waveguide 1 of the first grating emitter and 2 of the second grating emitter, respectively (for wave H ₁₀ ), pins 3, 5, 6, 8 are located at a distance of a quarter of the length of the upper wall of the waveguide 1, 2 of the grating emitters (for wave H ₂₀ ), and the length of the pins 3-8 is chosen for reasons of minimizing the standing wave coefficient in the paths. Thus, due to the in-phase transmission of only propagating wave types in waveguides, a signal can be transmitted without significant phase distortions along the entire length of the waveguide aperture to a re-emitting structure.

Использование в качестве излучателей решетки Ван-Атта многомодовых волноводов, то есть волноводов, поперечные размеры которых обеспечивают распространение не только основной, но и высших типов волн, обусловлено возможностью обеспечить моностатическую диаграмму рассеяния такой решетки в несколько раз шире (по сектору углов), чем у одномодовых волноводов.The use of multimode waveguides as Van-Att grating emitters, that is, waveguides whose transverse dimensions ensure the propagation of not only the main, but also higher types of waves, due to the ability to provide a monostatic scattering diagram of such a grating several times wider (in the angle sector) than single-mode waveguides.

Поясним выбор недисперсных линий передачи в качестве соединительных трактов излучателей решетки Ван-Атта для обеспечения максимально широкой моностатической диаграммы рассеяния.Let us explain the choice of non-dispersed transmission lines as the connecting paths of the emitters of the Van-Att grating to ensure the widest possible monostatic scattering pattern.

Моностатическая диаграмма рассеяния решетки Ван-Атта:Monostatic van Atta scattering diagram:

где первое слагаемое обозначает апертурную составляющую поля, то есть поле, принятое апертурой первого излучателя, переданное по соединительным трактам в апертуру второго излучателя и излучаемое в свободное пространство, а второе слагаемое - структурную составляющую, то есть поле, отраженное непосредственно от фланца:where the first term denotes the aperture component of the field, that is, the field received by the aperture of the first emitter, transmitted along the connecting paths to the aperture of the second emitter and emitted into the free space, and the second term is the structural component, that is, the field reflected directly from the flange:

В элементах решетки Ван-Атта (фиг.1) в линиях передачи одинаковой длины могут распространяться N_T - волн. Поскольку каждая из мод распространяется в волноводе со своей скоростью

(с - скорость света), то в процессе распространения по волноводу фронт падающей волны существенно искажается. Для обеспечения максимально широкой моностатической диаграммы рассеяния достаточно передать из апертуры первого излучателя решетки 1. фиг. 1 в апертуру второго излучателя решетки 2 фиг. 1 синфазно все возбужденные в них распространяющиеся типы волн. Фактически это означает неискаженное амплитудно-фазовое распределение из апертуры в апертуру.In the elements of the Van Atta lattice (Fig. 1), N _T waves can propagate in transmission lines of the same length. Since each of the modes propagates in the waveguide at its own speed

(c is the speed of light), then in the process of propagation along the waveguide, the front of the incident wave is substantially distorted. To ensure the widest possible monostatic scattering pattern, it is sufficient to transfer from the aperture of the first radiator of grating 1. FIG. 1 into the aperture of the second emitter of the grating 2 of FIG. 1 in phase, all propagating wave types excited in them. In fact, this means an undistorted amplitude-phase distribution from aperture to aperture.

Этого можно добиться с помощью системы штырей 3-5 фиг. 1, снимающих амплитудно-фазовое распределение поля в апертуре первого излучателя 1 фиг. 1 с заданной точностью, и передающих его в апертуру другого излучателя с помощью соединительных трактов, являющихся одномодовыми линиями передачи 9-11 фиг. 2.This can be achieved using the pin system 3-5 of FIG. 1, removing the amplitude-phase distribution of the field in the aperture of the first emitter 1 of FIG. 1 with a given accuracy, and transmitting it to the aperture of another emitter using connecting paths, which are single-mode transmission lines 9-11 of FIG. 2.

Таким образом, соединительные тракты 9-11 фиг. 1 в многомодовом режиме в процессе передачи сигнала от принимающей апертуры первого излучателя решетки 1 фиг. 1 к излучающей апертуре второго излучателя решетки 2 фиг. 1 осуществляют инвертирование фронта падающей волны без искажений. Это, в свою очередь, обеспечивает такой решетке Ван-Атта максимально широкую моностатическую диаграмму отражения.Thus, the connecting paths 9-11 of FIG. 1 in multimode mode during the signal transmission from the receiving aperture of the first radiator of the grating 1 of FIG. 1 to the radiating aperture of the second radiator of the grating 2 of FIG. 1, the front of the incident wave is inverted without distortion. This, in turn, provides such a Van Atta lattice with the widest monostatic reflection diagram.

В качестве примера на фиг. 3 приведена нормированная моностатическая диаграмма рассеяния в плоскости вектора Н решетки Ван-Атта с одной парой волноводных излучателей. Волноводы вплотную прилегают друг к другу. В таких волноводах может распространяться три типа волн Н₁₀, Н₂₀ и Н₃₀. В качестве соединительных передачи выбраны три коаксиальные линии. Как видим, даже такая простая конструкция из одной пары трехмодовых излучателей позволяют реализовать моностатическую диаграмму рассеяния с сектором углов ±45° по уровню минус 3 дБ.As an example in FIG. Figure 3 shows the normalized monostatic scattering diagram in the plane of the vector H of the Van Atta lattice with one pair of waveguide emitters. The waveguides are adjacent to each other. In such waveguides, three types of waves H ₁₀ , H ₂₀ and H ₃₀ can propagate. Three coaxial lines are selected as connecting gears. As you can see, even such a simple design of one pair of three-mode emitters allows you to implement a monostatic scattering diagram with a sector of angles of ± 45 ° at a level of minus 3 dB.

Таким образом, модель решетка Ван-Атта, построенная на многомодовых волноводах, обеспечивающих синфазное распространение всех возбуждаемых типов волн, имеет максимально широкую моностатическую диаграмму отражения (1+sin φ)².Thus, the Van-Atta grating model, built on multimode waveguides that provide in-phase propagation of all types of excited waves, has the widest monostatic reflection diagram (1 + sinφ) ² .

Настоящая полезная модель имеет максимально широкую моностатическую диаграмму отражения. Она направлена на увеличение дальности действия радиолокационных и навигационных систем, повышение точности их действия, обеспечение противорадиолокационной маскировки объектов, расширение емкости каналов связи и может быть использована при создании высокоэффективных управляемых искусственных отражателей для различных областей техники, например, радиолокации - в качестве радиолокационных отражателей с управляемыми характеристиками, имитаторов ложных целей и постановщиков помех; навигации - в качестве навигационных знаков и маркеров; радиосвязи - новейшие системы ретродирективного переизлучения сверхширокополосных импульсных сигналов.This utility model has the widest monostatic reflection pattern. It is aimed at increasing the range of radar and navigation systems, increasing the accuracy of their action, providing anti-radar masking of objects, expanding the capacity of communication channels and can be used to create highly effective controllable artificial reflectors for various fields of technology, for example, radar - as radar reflectors with controllable characteristics of mock false targets and jammers; navigation - as navigation signs and markers; Radiocommunications - the latest retrodirective re-emission systems of ultra-wideband pulse signals.

Claims

1. The multi-mode Van Atta waveguide grating, consisting of a pair of waveguide emitters connected by connecting paths of the same electric length, characterized in that exciting emitters are installed in the openings of the emitters, the lower pair of which is located in the middle of the wide wall of the first and second emitter of the grating, and the two upper pairs located equidistant at a quarter of the length of the wide wall of the waveguide, while the connecting paths are connected using the connecting connectors equidistant.

2. The multimode Van Atta waveguide grating according to claim 1, characterized in that the length of the pins is selected from considerations of minimizing the standing wave coefficient in the paths.

3. The multimode Van Atta waveguide grating according to claim 1, characterized in that multimode waveguides are used as emitters.