RU187274U1

RU187274U1 - PASS ANTENNA ELEMENT

Info

Publication number: RU187274U1
Application number: RU2018133036U
Authority: RU
Inventors: Антон Александрович Васин; Анатолий Иванович Канащенков; Владимир Михайлович Крехтунов; Леонид Иванович Пономарев; Александр Сергеевич Смирнов; Олег Васильевич Терехин; Анатолий Иванович Фирсенков; Андрей Анатольевич Фирсенков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КЕРАМОПЛАСТ"
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Проходной элемент фазированной антенной решетки (ФАР) включает фазовращатель (25), выполненный в виде магнитопровода (11) и намагничивающей обмотки (10), внутри которой установлен ферритовый стержень (8). К торцам ферритового стержня (8) через первый и второй согласующие трансформаторы (4), (15) присоединены соответственно первый и второй диэлектрические стержни (1), (17) с излучателем на свободном конце конической формы. Ферритовый стержень (8) фазовращателя (25) металлизирован и образует волновод (9). Преобразователь (5) поляризации радиоволн, установленный после фазовращателя (25) на части металлизированного ферритового стержня (8), обращенной в сторону пространства, размещен внутри цилиндрического экрана (6) из магнитного материала и выполнен в виде четырех постоянных магнитов, установленных на соответствующих гранях ферритового стержня (8). Элемент содержит пластину (3), поглощающую электромагнитную волну с линейной поляризацией, ортогональной линейной поляризации электромагнитной волны, излучаемой и принимаемой излучателем, установленную вдоль оси первого диэлектрического стержня (1). Ферритовый стержень (8) выполнен квадратным. Проходной элемент ФАР имеет более высокий КПД. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.The passage element of the phased antenna array (PAR) includes a phase shifter (25) made in the form of a magnetic circuit (11) and a magnetizing winding (10), inside which a ferrite rod (8) is installed. To the ends of the ferrite rod (8) through the first and second matching transformers (4), (15) are connected, respectively, the first and second dielectric rods (1), (17) with a radiator at the free end of the conical shape. The ferrite rod (8) of the phase shifter (25) is metallized and forms a waveguide (9). The radio wave polarization converter (5), installed after the phase shifter (25) on the part of the metallized ferrite rod (8) facing the space, is placed inside the cylindrical screen (6) of magnetic material and is made in the form of four permanent magnets mounted on the corresponding faces of the ferrite rod (8). The element contains a plate (3) absorbing an electromagnetic wave with linear polarization, orthogonal to the linear polarization of the electromagnetic wave emitted and received by the emitter, mounted along the axis of the first dielectric rod (1). The ferrite rod (8) is square. The PAR element through passage has a higher efficiency. 3 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники сверхвысокочастотного (СВЧ)-диапазона и крайне высокочастотного (КВЧ)-диапазона, в частности - к конструкциям элементов фазированных антенных решеток (ФАР), и может быть использована в радиолокационных системах (РЛС) с электрическим сканированием луча.The utility model relates to the field of radio engineering of the microwave (microwave) range and the extremely high frequency (EHF) band, in particular, to the designs of phased array antenna elements (PAR), and can be used in radar systems with radar scanning.

Известны волноводные проходные ФАР с пространственным возбуждением, у которых прием электромагнитных волн от первичного облучателя осуществляется одними (например, приемными), а излучение в пространство - другими (например, апертурными) излучателями.Known waveguide pass-through headlamps with spatial excitation, in which the reception of electromagnetic waves from the primary irradiator is carried out by one (for example, receiving), and radiation into space - by other (for example, aperture) emitters.

Известны элементы проходных ФАР, осуществляющих электрическое сканирование луча. Каждый из этих элементов может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенных приемного и апертурного волноводно-диэлектрических излучателей и размещенного между ними волноводного ферритового фарадеевского фазовращателя (ФФВ) с продольным полем намагничивания и с магнитной памятью, пропускающего кругополяризованные волны.Known elements of the pass-through headlamps that conduct electrical scanning of the beam. Each of these elements can be made, for example, in the form of a series-connected receiving and aperture waveguide-dielectric emitters and a waveguide ferrite Faraday phase shifter (FFV) located between them with a longitudinal magnetization field and with magnetic memory transmitting circularly polarized waves.

Так, известен приемопередающий элемент ФАР (см. патент RU 2184410, МПК H01Q 21/00, Н01Р 1/19, опубликован 27.06.2002), включающий диэлектрические излучатели и фазовращатель, состоящий из намагничивающей обмотки, расположенной внутри магнитопровода, и цилиндрического ферритового стержня, установленного внутри намагничивающей обмотки. Между торцами цилиндрического ферритового стержня и диэлектрических излучателей установлены согласующие диэлектрические шайбы. Цилиндрический ферритовый стержень, согласующие шайбы и диэлектрические излучатели имеют одинаковый диаметр и заключены в общий отрезок металлизированного круглого волновода. На поверхности каждого из диэлектрических излучателей выполнена конусообразная замкнутая по окружности канавка, на поверхность которой нанесено металлизированное покрытие, а свободные концы диэлектрических излучателей имеют конусообразную или цилиндрическую форму. В стенках общего отрезка металлизированного круглого волновода, прилегающих к цилиндрическому ферритовому стержню, выполнены две продольные диаметрально расположенные прорези. Магнитопровод выполнен в виде двух П-образных скоб, каждая из которых содержит продольную пластину, расположенную над соответствующей прорезью, и башмаки, опирающиеся на поверхность общего отрезка металлизированного круглого волновода. Опорная поверхность башмаков выполнена по форме окружности общего отрезка металлизированного круглого волновода и имеет паз, выполненный в ее верхней части по оси симметрии. Опорные поверхности башмаков отшлифованы с высоким классом точности и плотно прижаты к поверхности общего отрезка металлизированного круглого волновода.So, the transceiver element PAR is known (see patent RU 2184410, IPC H01Q 21/00, Н01Р 1/19, published 06/27/2002), including dielectric emitters and a phase shifter, consisting of a magnetizing winding located inside the magnetic circuit, and a cylindrical ferrite rod, installed inside the magnetizing winding. Between the ends of the cylindrical ferrite rod and dielectric emitters matching dielectric washers are installed. The cylindrical ferrite rod, matching washers and dielectric emitters have the same diameter and are enclosed in a common segment of a metallized circular waveguide. On the surface of each of the dielectric emitters, a cone-shaped circumferentially closed groove is made, on the surface of which a metallized coating is applied, and the free ends of the dielectric emitters have a conical or cylindrical shape. Two longitudinal diametrically arranged slots are made in the walls of a common segment of a metallized circular waveguide adjacent to a cylindrical ferrite rod. The magnetic circuit is made in the form of two U-shaped staples, each of which contains a longitudinal plate located above the corresponding slot, and shoes resting on the surface of a common segment of a metallized round waveguide. The supporting surface of the shoes is made in the shape of a circle of a common segment of a metallized circular waveguide and has a groove made in its upper part along the axis of symmetry. The bearing surfaces of the shoes are ground with a high accuracy class and are tightly pressed to the surface of a common segment of a metallized circular waveguide.

Для известного приемопередающего элемента ФАР характерны низкая прочность при заведомо увеличенной длине, многоволновый режим работы ферритового фазовращателя и высокий уровень резонансных СВЧ-потерь, обусловленных возникновением в волноводном канале элемента ФАР волн высших типов, и работа только на кругополяризованных электромагнитных волнах.The well-known transceiver element of the PAR is characterized by low strength with a deliberately increased length, the multi-wave mode of operation of the ferrite phase shifter and a high level of resonant microwave losses due to the appearance of higher types of waves in the waveguide channel of the PAR element, and only on circularly polarized electromagnetic waves.

Известен элемент ФАР (см. патент RU 2325741, МПК H01Q 21/00, Н01Р 1/19, опубликован 27.05.2008), включающий входной и выходной диэлектрические излучатели и волноводный ФФВ. ФФВ состоит из обмотки намагничивания, расположенной внутри магнитопровода, и установленного внутри нее ферритового стержня в виде правильной N-гранной призмы с числом граней N≥4. Магнитопровод выполнен в виде П-образных скоб, расположенных по одной на каждой гране ферритового стержня. Волновод элемента ФАР образован токопроводящим покрытием боковой поверхности ферритового стержня. Имеются также два волновода излучателей, два согласующих волновода, диаметр которых больше или равен диаметру окружности, описанной вокруг поперечного сечения ферритового стержня, и два короткозамыкателя с отверстиями вдоль оси. Каждая согласующая диэлектрическая вставка выполнена в виде последовательного соосного соединения шайбы и стержня, установленных вдоль оси внутри отверстия в цилиндрическом хвостовике диэлектрического излучателя, который выполнен из материала с диэлектрической проницаемостью ε_и=3,8…4,2. Диэлектрические проницаемости материалов диэлектрической вставки и ферритового стержня выбраны, исходя из обеспечения согласования фазовращателя с излучателями и обеспечения одноволнового режима работы. Элемент ФАР помещен внутрь корпуса, выполненного в виде металлической цилиндрической гильзы, соединенной с волноводами излучателей клеевым соединением. На наружной поверхности корпуса расположена печатная плата, к контактам которой присоединены провода обмотки намагничивания, выведенные через пазы в корпусе.Known element PAR (see patent RU 2325741, IPC H01Q 21/00, H01P 1/19, published May 27, 2008), including input and output dielectric emitters and waveguide FFV. The FFV consists of a magnetization winding located inside the magnetic circuit and a ferrite rod installed inside it in the form of a regular N-faced prism with the number of faces N≥4. The magnetic core is made in the form of U-shaped brackets, one on each face of the ferrite core. The waveguide of the PAR element is formed by a conductive coating of the side surface of the ferrite rod. There are also two emitter waveguides, two matching waveguides, the diameter of which is greater than or equal to the diameter of the circle described around the cross section of the ferrite rod, and two short-circuits with holes along the axis. Each matching dielectric insert is made in the form of a coaxial serial connection of the washer and the rod mounted along the axis inside the hole in the cylindrical shank of the dielectric emitter, which is made of a material with a dielectric constant ε _and = 3.8 ... 4.2. The dielectric constant of the materials of the dielectric insert and the ferrite core are selected based on ensuring coordination of the phase shifter with the emitters and ensuring a single-wave mode of operation. The PAR element is placed inside the housing, made in the form of a metal cylindrical sleeve connected to the emitter waveguides by an adhesive joint. On the outer surface of the housing there is a printed circuit board, to the contacts of which are connected the wires of the magnetizing winding, brought out through the grooves in the housing.

Известный элемент ФАР с пространственным возбуждением конструктивно более прост, технологичен, не требует при практической реализации новых материалов и сложных технологических процессов, реализован в КВЧ-диапазоне волн для ФАР со сканированием луча в секторе углов до ±45° по двум координатам. Однако известный элемент ФАР излучает и принимает только кругополяризованные электромагнитные волны. В то время как в ряде практических применений ФАР в РЛС СВЧ- и КВЧ-диапазонов, например, в бортовых самолетных и вертолетных РЛС, требуется излучение и прием электромагнитных волн с линейной, например, горизонтальной поляризацией поля.The well-known element of a phased array with spatial excitation is structurally simpler, more technologically advanced, does not require new materials and complex technological processes in the practical implementation, is implemented in the EHF wave range for a phased array with beam scanning in the angle sector up to ± 45 ° in two coordinates. However, the known PAR element emits and receives only circularly polarized electromagnetic waves. While in a number of practical applications of the headlamp in microwave radios and microwave ranges, for example, in airborne and helicopter radars, radiation and reception of electromagnetic waves with linear, for example, horizontal field polarization are required.

Известен элемент ФАР (см. патент RU 2461931, МПК H01Q 21/00 Н01Р 1/19, опубликован 20.09.2012), содержащий корпус в виде тонкостенной цилиндрической гильзы, приемный и апертурный излучатели и волноводы, примыкающие к ним согласующие диэлектрические вставки и волноводный ферритовый фазовращатель, состоящий из ферритового стержня с квадратной формой поперечного сечения с пленкой токопроводящего покрытия на боковой поверхности, размещенного вместе с обмоткой его продольного намагничивания внутри магнитопровода, выполненного в виде четырех П-образных ферритовых скоб, установленных по одной на гранях ферритового стержня. С целью уменьшения поперечных размеров элемента ФАР внешняя боковая поверхность ферритовых скоб выполнена цилиндрической, совпадающей с внутренней поверхностью корпуса элемента ФАР. Для повышения жесткости, прочности и стойкости к внешним механическим воздействиям внутри ФФВ введены диэлектрические шайбы, центрующие ферритовый блок ФФВ внутри корпуса элемента ФАР.Known element PAR (see patent RU 2461931, IPC H01Q 21/00 Н01Р 1/19, published September 20, 2012), comprising a housing in the form of a thin-walled cylindrical sleeve, receiving and aperture emitters and waveguides, adjacent matching dielectric inserts and waveguide ferrite phase shifter, consisting of a ferrite rod with a square cross-sectional shape with a conductive coating film on the side surface, placed together with its longitudinal magnetization winding inside the magnetic circuit, made in the form of four U-shaped ferries itovyh staples installed one on the faces of the ferrite rod. In order to reduce the transverse dimensions of the PAR element, the outer side surface of the ferrite staples is cylindrical, coinciding with the inner surface of the housing of the PAR element. To increase the rigidity, strength, and resistance to external mechanical stresses, dielectric washers were introduced inside the FFV, centering the FFV ferrite block inside the body of the PAR element.

Основной недостаток известного элемента ФАР состоит в том, то он пропускает только кругополяризованные электромагнитные волны.The main disadvantage of the known PAR element is that it transmits only circularly polarized electromagnetic waves.

Известен антенный элемент ФАР (см. патент RU 2237324, МПК H01Q 21/24, Н01Р 1/19, Н01Р 1/175, опубликован 27.09.2004), содержащий фазовращатель круговой поляризации с обмоткой управления и ферритовыми магнитопроводами, включающий участок металлизированного ферритового стержня круглого сечения, образующий волновод круглого сечения, соединенный через волноводный переход длиной не менее λ/8 с управляемым переключателем поляризации. Переключатель поляризации включает участок металлизированного ферритового стержня квадратного сечения, образующий волновод квадратного сечения, и расположенные на его сторонах магнитопроводы, имеющие пазы для фиксации катушки управления переключением поляризации. Катушка управления переключением поляризации выполнена, по меньшей мере, с двумя обмотками, расположенными внутри указанных пазов с возможностью обеспечения управляемого перехода с одного вида поляризации на другой в любой последовательности. Размер диагонали квадратного сечения соответствующего участка металлизированного стержня не более диаметра участка металлизированного ферритового стержня круглого сечения.A known antenna element PAR (see patent RU 2237324, IPC H01Q 21/24, Н01Р 1/19, Н01Р 1/175, published September 27, 2004) containing a circular polarization phase shifter with a control winding and ferrite magnetic circuits, including a section of a metallized round ferrite rod cross-section, forming a circular waveguide connected through a waveguide transition with a length of at least λ / 8 with a controlled polarization switch. The polarization switch includes a plot of a metallized ferrite rod of square cross section, forming a waveguide of square cross section, and magnetic circuits located on its sides having grooves for fixing the polarization switching control coil. The polarization switching control coil is made with at least two windings located inside these grooves with the possibility of providing a controlled transition from one type of polarization to another in any sequence. The size of the diagonal of the square section of the corresponding portion of the metallized rod is not more than the diameter of the portion of the metallized ferrite rod of circular cross section.

Известный элемент ФАР имеет небольшие габариты, малое потребление энергии и малое время переключения различных видов поляризаций. К его недостаткам относится сложность конструктивного выполнения фазовращателя на основе круглого ферритового стержня, а переключателя поляризации на основе ферритового стержня квадратного сечения, а также необходимость введения волноводного перехода между стержнями.The known PAR element has small dimensions, low energy consumption and short switching time of various types of polarizations. Its disadvantages include the complexity of the design of the phase shifter based on a round ferrite rod, and the polarization switch based on a ferrite rod of square cross section, as well as the need to introduce a waveguide transition between the rods.

Известен антенный элемент ФАР (см. патент RU 2194342, МПК H01Q 21/00, Н01Р 1/19, Н01Р 1/175, опубликован 10.12.2002), содержащий фазовращатель круговой поляризации, включающий металлизированный ферритовый стержень круглого сечения, образующий волновод круглого сечения, с обмоткой управления и управляемый переключатель поляризации, включающий металлизированный ферритовый стержень квадратного сечения, образующий волновод квадратного сечения, и расположенные на его сторонах магнитопроводы, имеющие пазы для фиксации катушки управления переключением поляризации. Соединение ферритового фазовращателя с управляемым переключателем поляризации выполнено в виде волноводного перехода длиной не менее λ/8. Катушка управления переключением поляризации выполнена, по меньшей мере, с двумя обмотками, которые расположены внутри пазов магнитопроводов ниже внешней верхней поверхности магнитопроводов с возможностью обеспечения управляемого перехода с одного вида поляризации на другой в любой последовательности. Размеры, в том числе длина и высота, пазов магнитопроводов не более λ/20, где λ - длина волны в свободном пространстве.A known antenna element PAR (see patent RU 2194342, IPC H01Q 21/00, Н01Р 1/19, НРР 1/175, published December 10, 2002), comprising a circular polarization phase shifter comprising a metallized circular ferrite rod forming a circular waveguide, with a control winding and a controlled polarization switch, including a metallized ferrite rod of square cross section, forming a square waveguide, and magnetic circuits located on its sides, having grooves for fixing the polarization switching control coil tion. The connection of the ferrite phase shifter with a controlled polarization switch is made in the form of a waveguide transition with a length of at least λ / 8. The polarization switching control coil is made with at least two windings that are located inside the grooves of the magnetic cores below the outer upper surface of the magnetic cores with the possibility of providing a controlled transition from one type of polarization to another in any sequence. The dimensions, including length and height, of the grooves of the magnetic cores are not more than λ / 20, where λ is the wavelength in free space.

Известный антенный элемент ФАР обеспечивает возможность управляемого переключения различных видов поляризаций, что имеет большое значение при создании РЛС для увеличения их потенциала, для улучшения распознавания целей и увеличения помехозащищенности. Однако это достигается за счет усложнения конструкции антенного элемента и трудоемкости его настройки.The well-known antenna element of the PAR ensures the possibility of controlled switching of various types of polarizations, which is of great importance when creating radars to increase their potential, to improve target recognition and increase noise immunity. However, this is achieved by complicating the design of the antenna element and the complexity of its settings.

Известен антенный элемент ФАР (см. патент RU 23711, МПК Н01Р 1/18, Н01Р 1/19, Н01Р 1/175, опубликован 27.06.2002), содержащий фазовращатель круговой поляризации, включающий металлизированный ферритовый стержень круглого сечения, образующий волновод круглого сечения, с обмоткой управления, и управляемый переключатель поляризации, включающий металлизированный ферритовый стержень квадратного сечения, образующий волновод квадратного сечения, и расположенные на его сторонах магнитопроводы, имеющие пазы для фиксации катушки управления переключением поляризации. Соединение ферритового фазовращателя с управляемым переключателем поляризации выполнено в виде волноводного перехода длиной не менее λ/8. Катушка управления переключением поляризации выполнена, по меньшей мере, с двумя обмотками. Обмотки расположены внутри пазов магнитопроводов ниже внешней верхней поверхности магнитопроводов с возможностью обеспечения управляемого перехода с одного вида поляризации на другой в любой последовательности.A known antenna element PAR (see patent RU 23711, IPC Н01Р 1/18, Н01Р 1/19, Н01Р 1/175, published 06.27.2002), containing a circular polarization phase shifter, including a metallized ferrite rod of circular cross section, forming a circular waveguide, with a control winding, and a controlled polarization switch, including a metallized ferrite rod of square cross section, forming a square waveguide, and magnetic circuits located on its sides, having grooves for fixing the polarization switching control coil tion. The connection of the ferrite phase shifter with a controlled polarization switch is made in the form of a waveguide transition with a length of at least λ / 8. The polarization switching control coil is made with at least two windings. The windings are located inside the grooves of the magnetic circuit below the outer upper surface of the magnetic circuit with the possibility of providing a controlled transition from one type of polarization to another in any sequence.

Известный антенный элемент ФАР имеет небольшие габариты, малое потребление энергии и малое время переключения, но в то же время имеет усложненную конструкцию и значительную трудоемкость его настройки.The known antenna element PAR has small dimensions, low power consumption and short switching time, but at the same time has a complicated design and considerable complexity of its settings.

Известен антенный элемент ФАР (см. патент RU 2249281, МПК H01Q 21/24, Н01Р 1/19, Н01Р 1/175, опубликован 27.03.2005), содержащий фазовращатель круговой поляризации с обмоткой управления и ферритовыми магнитопроводами, включающий участок металлизированного ферритового стержня круглого сечения, образующий волновод круглого сечения, соединенный через волноводный переход длиной не менее λ/8 с управляемым переключателем поляризации. Управляемый переключатель поляризации включает другой участок металлизированного ферритового стержня, образующий сопряженный с антенным излучателем волновод, и установленные на нем магнитопроводы, имеющие ортогонально расположенные пазы для фиксации катушки управления переключением поляризации. Катушка управления выполнена, по меньшей мере, с двумя обмотками, расположенными внутри указанных пазов с возможностью обеспечения управляемого перехода с одного вида поляризации на другой в любой последовательности. Другой участок металлизированного ферритового стержня выполнен с круглым сечением, расположенные на нем магнитопроводы управляемого переключателя поляризации выполнены в виде соединенных между собой частей составного кольца.Known antenna element PAR (see patent RU 2249281, IPC H01Q 21/24, H01P 1/19, H01P 1/175, published 03/27/2005), containing a circular polarization phase shifter with a control winding and ferrite magnetic circuits, including a section of a metallized ferrite round rod cross-section, forming a circular waveguide connected through a waveguide transition with a length of at least λ / 8 with a controlled polarization switch. The controlled polarization switch includes another portion of the metallized ferrite rod, forming a waveguide coupled to the antenna emitter, and magnetic cores installed on it having orthogonally located grooves for fixing the polarization switching control coil. The control coil is made with at least two windings located inside these grooves with the possibility of providing a controlled transition from one type of polarization to another in any sequence. Another section of a metallized ferrite rod is made with a circular cross section, the magnetic circuits of the controlled polarization switch located on it are made in the form of interconnected parts of a composite ring.

Известный антенный элемент ФАР характеризуется малым потреблением энергии и малым временем переключения антенного элемента для фазированной антенной решетки малого веса с большим углом сканирования луча, работающего с возможностью управляемого переключения различных видов поляризаций. Недостатком известного антенного элемента ФАР является большая длина, сложность реализации магнитопроводов управляемого переключателя поляризации из-за необходимости соединения отдельных частей, а также из-за выполнения волноведущего канала в виде отрезков ферритовых стержней разного сечения, соединенных волноводным переходом.The known PAR element antenna element is characterized by low energy consumption and a short switching time of the antenna element for a low-weight phased array antenna with a large beam scanning angle, operating with the possibility of controlled switching of various types of polarizations. A disadvantage of the known PAR element antenna element is the large length, the complexity of the implementation of the magnetic circuits of the controlled polarization switch due to the need to connect the individual parts, as well as due to the implementation of the wave guide channel in the form of segments of ferrite rods of different sections connected by a waveguide transition.

Известен проходной элемент ФАР (см. патент RU 27269, МПК Н01Р 1/16, H01Q 21/00, опубликован 10.01.2003), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Проходной элемент ФАР-прототип содержит (по третьему варианту) фазовращатель, выполненный в виде магнитопровода и намагничивающей обмотки, внутри которой установлен цилиндрический ферритовый стержень, к торцам которого через первый и второй согласующие трансформаторы в виде диэлектрических шайб присоединены соответственно первый и второй диэлектрические стержни с излучателем на свободном конце. Цилиндрический ферритовый стержень фазовращателя, первый и второй согласующие трансформаторы и часть диэлектрических стержней металлизированы и образуют круглый волновод. На диэлектрических стержнях на некотором расстоянии от конца металлизации выполнена замкнутая по окружности металлизированная проточка, а излучатель имеет коническую форму. Элемент дополнительно снабжен преобразователем поляризации радиоволн, который установлен после фазовращателя на части металлизированного ферритового стержня, обращенной в сторону пространства. Преобразователь поляризации радиоволн выполнен в виде двух ферритовых с прямоугольной петлей гистерезиса магнитопроводов с башмаками. Внутренняя поверхность башмаков имеет форму окружности цилиндрического ферритового стержня, на ней по оси симметрии башмаков выполнена канавка глубиной (0,25-0,35)R и шириной (0,1-0,2)С, где R и C, соответственно, радиус и длина окружности цилиндрического ферритового стержня. Вдоль этой канавки и наружных граней магнитопроводов уложены витки обмотки управления.A known element HEADLOCK (see patent RU 27269, IPC Н01Р 1/16, H01Q 21/00, published January 10, 2003), which coincides with this decision by the largest number of essential features and adopted as a prototype. The FAR prototype pass-through element contains (in the third embodiment) a phase shifter made in the form of a magnetic circuit and a magnetizing winding, inside which a cylindrical ferrite rod is installed, to the ends of which through the first and second matching transformers in the form of dielectric washers, the first and second dielectric rods are connected respectively with a radiator on the free end. The cylindrical ferrite rod of the phase shifter, the first and second matching transformers and part of the dielectric rods are metallized and form a circular waveguide. On a dielectric rod at a certain distance from the end of the metallization, a circularly metallized groove is made, and the emitter has a conical shape. The element is additionally equipped with a radio wave polarization converter, which is installed after the phase shifter on a part of a metallized ferrite rod facing space. The radio wave polarization converter is made in the form of two ferrite with a rectangular hysteresis loop of magnetic circuits with shoes. The inner surface of the shoes has the shape of a circle of a cylindrical ferrite rod, on it along the axis of symmetry of the shoes a groove is made with a depth of (0.25-0.35) R and a width of (0.1-0.2) C, where R and C, respectively, are the radius and the circumference of the cylindrical ferrite rod. The coils of the control winding are laid along this groove and the outer faces of the magnetic cores.

Недостатками элемента ФАР-прототипа являются значительные поля рассеивания магнитной системы из-за немагнитных зазоров между круглым ферритовым стержнем и башмаками магнитопроводов, ухудшающие электромагнитные характеристики фазовращателя и преобразователя поляризации радиоволн, что приводит к снижению КПД элемента ФАР.The disadvantages of the element of the PAR prototype are significant fields of dispersion of the magnetic system due to non-magnetic gaps between the round ferrite rod and the shoes of the magnetic circuits, worsening the electromagnetic characteristics of the phase shifter and the polarization converter of the radio waves, which leads to a decrease in the efficiency of the PAR element.

Дополнительно следует отметить в элементе-прототипе возрастание СВЧ-потерь при многоволновом режиме работы элемента из-за выполнения в виде одной детали с одинаковым диаметром ферритового стержня, согласующих диэлектрических вставок и цилиндрических стержней с излучателями, выполненных из материалов, имеющих разные диэлектрические проницаемости.In addition, it should be noted in the prototype element that the microwave losses increase during the multi-wavelength mode of operation of the element due to the execution of a single part with the same diameter of a ferrite rod, matching dielectric inserts and cylindrical rods with emitters made of materials having different dielectric constants.

Задачей настоящего технического решения является разработка проходного элемента ФАР с более высоким КПД.The objective of this technical solution is to develop a passage element HEADLAND with higher efficiency.

Поставленная задача достигается тем, что проходной элемент фазированной антенной решетки включает фазовращатель, выполненный в виде магнитопровода и намагничивающей обмотки, внутри которой установлен ферритовый стержень, к торцам которого через первый и второй согласующие трансформаторы в виде диэлектрических шайб присоединены соответственно первый и второй диэлектрические стержни с излучателем на свободном конце конической формы. Ферритовый стержень фазовращателя металлизирован и образует волновод. После фазовращателя на части металлизированного ферритового стержня, обращенной в сторону пространства, установлен преобразователь поляризации радиоволн. Новым в проходном элементе ФАР является то, что он содержит пластину, поглощающую электромагнитную волну с линейной поляризацией, ортогональной линейной поляризации электромагнитной волны, излучаемой и принимаемой излучателем, установленную вдоль оси первого диэлектрического стержня. Ферритовый стержень выполнен квадратным, а преобразователь поляризации радиоволн размещен внутри цилиндрического экрана из магнитного материала и выполнен в виде четырех постоянных магнитов, установленных на соответствующих гранях ферритового стержня и создающих квадрупольную намагниченность ферритовой среды.The task is achieved in that the passage element of the phased antenna array includes a phase shifter made in the form of a magnetic circuit and magnetizing winding, inside which a ferrite rod is installed, to the ends of which through the first and second matching transformers in the form of dielectric washers are connected the first and second dielectric rods with a radiator, respectively on the free end of the conical shape. The ferrite rod of the phase shifter is metallized and forms a waveguide. After the phase shifter, a polarization transducer of radio waves is installed on the part of the metallized ferrite rod facing the space. What is new in the PAR element is that it contains a plate that absorbs an electromagnetic wave with linear polarization, orthogonal to the linear polarization of the electromagnetic wave emitted and received by the emitter, installed along the axis of the first dielectric rod. The ferrite rod is made square, and the polarization transducer of the radio waves is placed inside the cylindrical screen of magnetic material and is made in the form of four permanent magnets mounted on the corresponding faces of the ferrite rod and creating a quadrupole magnetization of the ferrite medium.

Между соседними постоянными магнитами могут быть установлены элементы подстройки в виде стержней и скоб из магнитного материала.Between adjacent permanent magnets, trimming elements in the form of rods and staples of magnetic material can be installed.

Пластина, поглощающая электромагнитную волну с линейной поляризацией, ортогональной линейной поляризации электромагнитной волны, излучаемой и принимаемой излучателем, может быть выполнена из диэлектрического материала, например, кварца или слюды, с нанесенным на нее слоем металла, поглощающего электромагнитные волны, например, хрома.A plate that absorbs a linearly polarized electromagnetic wave orthogonal to the linear polarization of the electromagnetic wave emitted and received by the emitter can be made of a dielectric material, for example, quartz or mica, with a layer of a metal absorbing electromagnetic waves, such as chromium, deposited on it.

Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где:The present utility model is illustrated in the drawing, where:

на фиг. 1 показан в продольном разрезе настоящий проходной элемент ФАР (l_п - длина преобразователя поляризации радиоволн; l_ФВ - активная длина фазовращателя);in FIG. 1 shows a longitudinal section through the present PAR element (l _p is the length of the polarization transducer of the radio waves; l _FV is the active length of the phase shifter);

на фиг. 2 приведен настоящий проходной элемент ФАР в поперечном разрезе по сечению А-А на фиг. 1 (a_ст - ширина грани ферритового стержня);in FIG. 2 shows the present PAR element through the cross section along section AA in FIG. 1 (a _st is the width of the face of the ferrite core);

на фиг. 3 показан настоящий проходной элемент ФАР в поперечном разрезе по сечению Б-Б на фиг. 1.in FIG. 3 shows the present passage element PAR in cross section along section BB in FIG. one.

Настоящий проходной элемент ФАР (см. фиг. 1-фиг. 3) содержит первый диэлектрический стержень 1 с коническим излучателем, первый волновод 2 первого диэлектрического стержня 1 с коническим излучателем, пластину 3, первый трансформатор 4 в виде диэлектрической шайбы, преобразователь поляризации радиоволн (ППР) 5 в виде четырех магнитов, представляющий собой невзаимный магнитный квадрупольный преобразователь поляризации, цилиндрический экран 6 из магнитного материала, элементы подстройки 7 в виде стержней и скоб из магнитного материала, ферритовый стержень 8, токопроводящее покрытие в виде пленки на боковой поверхности ферритового стержня 8, выполняющей функцию квадратного волновода 9. Проходной элемент ФАР также содержит обмотку 10 намагничивания ферритового стержня 8, четыре П-образных ферритовых скобы 11 внешнего магнитопровода, каждая из которых состоит из полки 12 и башмаков 13, корпус 14 элемента ФАР, второй трансформатор 15 в виде диэлектрической шайбы, второй волновод 16; второй диэлектрический стержень 17 с коническим излучателем, выводы 18 проводов обмотки 10 намагничивания, печатную плату 19 с контактными площадками 20; ненамагниченный приемный конец 21 ферритового стержня 8, ненамагниченный участок 22 ферритового стержня 8, ненамагниченный апертурный конец 23 ферритового стержня 8. В корпусе 14 выполнены прорези 24 для вывода проводов 18 обмотки 10 намагничивания. Пластина 3 поглощает электромагнитную волну с линейной поляризацией, ортогональной линейной поляризации электромагнитной волны, излучаемой и принимаемой коническим излучателем 1. Ферритовый стержень 8, обмотка 10 намагничивания и П-образные ферритовые скобы 11 составляют фазовращатель 25.The present PAR element (see FIG. 1-FIG. 3) contains a first dielectric rod 1 with a conical radiator, a first waveguide 2 of the first dielectric rod 1 with a conical radiator, a plate 3, a first transformer 4 in the form of a dielectric washer, and a polarization converter of radio waves ( PPR) 5 in the form of four magnets, which is a non-reciprocal magnetic quadrupole polarization converter, a cylindrical screen 6 of magnetic material, adjustment elements 7 in the form of rods and brackets of magnetic material, ferrites the second rod 8, a conductive coating in the form of a film on the side surface of the ferrite rod 8, which acts as a square waveguide 9. The PAR element through passage also contains a magnetizing coil 10 of the ferrite rod 8, four U-shaped ferrite brackets 11 of the external magnetic circuit, each of which consists of a shelf 12 and shoes 13, the housing 14 of the PAR element, the second transformer 15 in the form of a dielectric washer, the second waveguide 16; the second dielectric rod 17 with a conical radiator, the conclusions 18 of the wires of the magnetization winding 10, the printed circuit board 19 with the pads 20; the non-magnetized receiving end 21 of the ferrite rod 8, the non-magnetized portion 22 of the ferrite rod 8, the non-magnetized aperture end 23 of the ferrite rod 8. Slots 24 are made in the housing 14 for outputting the wires 18 of the magnetization winding 10. The plate 3 absorbs an electromagnetic wave with linear polarization orthogonal to the linear polarization of the electromagnetic wave emitted and received by the conical emitter 1. The ferrite rod 8, the magnetization winding 10 and the U-shaped ferrite brackets 11 constitute a phase shifter 25.

Настоящий проходной элемент ФАР работает следующим образом.The current element of the PAR is as follows.

В режиме передачи кругополяризованная электромагнитная волна, излучаемая облучателем ФАР (на чертеже не показан) принимается вторым диэлектрическим стержнем 17 с коническим излучателем и через второй волновод 16 и второй трансформатор 15 поступает на вход квадратного волновода 9 и фазовращатель 25. Возбужденная в ненамагниченном приемном конце 21 ферритового стержня 8 кругополяризованная волна низшего типа квадратного волновода 9 при распространении вдоль продольного намагниченного ферритового стержня 8 получает определенный регулируемый фазовый сдвиг Δϕ. Его величина зависит от длины волны, размеров поперечно сечения ферритового стержня 8 (а_ст×а_ст - фиг. 2), его активной длины l_ФВ (фиг. 1), параметров материала ферритовой среды и напряженности магнитного поля в ферритовом стержне 8, создаваемого обмоткой 10 намагничивания. Вносимый регулируемый фазовый сдвиг может изменяться в заданных пределах, например Δϕ=0…360°, при изменении параметров управляющего импульса, например, напряжения, подаваемого на обмотку 10 намагничивания от системы управления (на чертеже не показана), и длительности т_и импульса намагничивания при вольтсекундном способе управления фазовращателем 25. С выхода фазовращателя 25 кругополяризованная волна ненамагниченного участка 22 ферритового стержня 8 поступает на вход волновода ППР 5, выполненного на том же ферритовом стержне 8, что и фазовращатель 25. В ППР 5 на его длине l_п происходит преобразование кругополяризованной волны в линейно поляризованную волну типа H₀₁ квадратного волновода (ненамагниченного апертурного конца 23 ферритового стержня 8). С выхода ППР 5, через первый трансформатор 4 волна поступает на вход первого волновода 2 первого диэлектрического стержня 1 с коническим излучателем, например круглого, и возбуждает в нем электромагнитную волну типа Н₁₁ с линейной, например горизонтальной, поляризацией поля. Эта волна проходит через поляризационную развязку с поглощающей пластиной 3, установленной перпендикулярно вектору

проходящей волны типа Н₁₁, возбуждает в первом диэлектрическом стержне 1 с коническим излучателем, например, круглом, волну типа НЕ₁₁ круглого диэлектрического волновода, и излучает в свободное пространство электромагнитную волну с горизонтальной линейной поляризацией поля. При этом электромагнитная волна типа Н₁₁ круглого волновода с линейной ортогональной вертикальной поляризацией поля, возникающая на выходе ППР 5, вследствие возможного неполного преобразования кругополяризованной волны в линейно поляризованную волну, поглощается пластиной 3.In the transmission mode, the circularly polarized electromagnetic wave emitted by the PAR illuminator (not shown) is received by the second dielectric rod 17 with a conical radiator and through the second waveguide 16 and the second transformer 15 is fed to the input of the square waveguide 9 and the phase shifter 25. Excited in the non-magnetized receiving end 21 of the ferrite of the rod 8, the circularly polarized wave of the lowest type of the square waveguide 9, when propagating along the longitudinal magnetized ferrite rod 8, receives a certain adjustable th phase shift Δφ. Its value depends on the wavelength, the cross-sectional dimensions of the ferrite rod 8 (a _st × a _st - Fig. 2), its active length l _PV (Fig. 1), the parameters of the material of the ferrite medium and the magnetic field strength in the ferrite rod 8 created magnetization winding 10. The introduced adjustable phase shift can vary within specified limits, for example, Δϕ = 0 ... 360 °, when changing the parameters of the control pulse, for example, the voltage supplied to the magnetization winding 10 from the control system (not shown in the drawing), and the duration t _and the magnetization pulse at volt-second method of controlling the phase shifter 25. From the output of the phase shifter 25, the circularly polarized wave of the non-magnetized portion 22 of the ferrite rod 8 is fed to the input of the PPR 5 waveguide made on the same ferrite rod 8 as the phase shifter schatel 25. SPR 5 on its length l _n circularly polarized wave transformation occurs in a linearly polarized wave types H ₀₁ square waveguide (unmagnetized ferrite aperture end 23 of the rod 8). From the output of the SPD 5, through the first transformer 4, the wave enters the input of the first waveguide 2 of the first dielectric rod 1 with a conical radiator, for example round, and excites in it an electromagnetic wave of type H ₁₁ with a linear, for example horizontal, field polarization. This wave passes through a polarization isolation with an absorbing plate 3 mounted perpendicular to the vector

a transmitted wave of type H ₁₁ excites in a first dielectric rod 1 with a conical radiator, for example, a round, a wave of type HE _{11 of a} round dielectric waveguide, and emits into the free space an electromagnetic wave with horizontal linear polarization of the field. In this case, an electromagnetic wave of the type H _{11 of a} circular waveguide with linear orthogonal vertical field polarization that occurs at the output of the SPR 5, due to the possible incomplete conversion of a circularly polarized wave into a linearly polarized wave, is absorbed by the plate 3.

В режиме приема линейно поляризованная волна, принятая первым диэлектрическим стержнем 1 с коническим излучателем через первый волновод 2 с поглощающей пластиной 3 поляризационной развязки и первый трансформатор 4 поступает на вход квадратного волновода 9, образованного тонкой пленкой токопроводящего покрытия боковой поверхности ферритового стержня 8, и возбуждает в его ненамагниченном конце 22 перед ППР 5 линейно поляризованную волну типа H₀₁ квадратного волновода 9. При прохождении через ППР 5 линейно поляризованная волна на длине l_п, в соответствии с невзаимными свойствами ППР 5, преобразуется в кругополяризованную волну с противоположным направлением вращения, по сравнению с волной, излучаемой облучателем в режиме передачи. С выхода ППР 5 кругополяризованная волна поступает на вход фазовращателя 25, при прохождении через него на длине l_ФВ получает такой же регулируемый фазовый сдвиг, как и волна, распространяющаяся в прямом направлении. С выхода фазовращателя 25 кругополяризованная волна поступает через второй трансформатор 15 и второй волновод 16 на вход второго диэлектрического стержня 17 с коническим излучателем, который излучает в направлении облучателя ФАР (на чертеже не показан) кругополяризованную волну.In the receiving mode, a linearly polarized wave received by the first dielectric rod 1 with a conical radiator through the first waveguide 2 with the polarizing isolation absorption plate 3 and the first transformer 4 is fed to the input of a square waveguide 9 formed by a thin film of a conductive coating on the side surface of the ferrite rod 8, and excites in its non-magnetized end 22 before the SPR 5 linearly polarized wave of type H ₀₁ square waveguide 9. When passing through the SPR 5 linearly polarized wavelength l _p, in s Corresponding to the nonreciprocal properties of SPR 5, it is converted into a circularly polarized wave with the opposite direction of rotation, compared with the wave emitted by the irradiator in the transmission mode. From the output of the SPR 5, the circularly polarized wave enters the input of the phase shifter 25, when passing through it at a length l, the _PV obtains the same adjustable phase shift as the wave propagating in the forward direction. From the output of the phase shifter 25, the circularly polarized wave enters through the second transformer 15 and the second waveguide 16 to the input of the second dielectric rod 17 with a conical radiator, which radiates a circularly polarized wave in the direction of the illuminator PAR (not shown).

Настоящий проходной элемент ФАР конструктивно прост и технологичен. Для его создания в условиях серийного производства нет необходимости разрабатывать новые материалы, сложные технологические приспособления и использовать дорогостоящие технологические процессы. Для изготовления диэлектрических излучателей и согласующих диэлектрических вставок могут быть использованы высокочастотные высокодобротные керамики с диэлектрическими проницаемостями ε_r=5, 7, 10, допускающие изготовление деталей литьем или механической обработкой. Проходной элемент ФАР представляет собой функционально завершенное устройство, содержащее в едином корпусе последовательно соединенные второй диэлектрический стержень с коническим излучателем, принимающий от облучателя кругополяризованную волну, фазовращатель, ППР, представляющий собой невзаимный магнитный квадрупольный преобразователь поляризации, с магнитным экраном и элементами подстройки, выполненный вместе с фазовращателем на одном ферритовом квадратном стержне с токопроводящим покрытием боковой поверхности, и первый диэлектрический стержень с коническим излучателем, с поляризационной развязкой, излучающий и принимающий линейно поляризованную волну.The real PAR element through passage is structurally simple and technological. To create it in conditions of mass production, there is no need to develop new materials, complex technological devices and use expensive technological processes. For the manufacture of dielectric emitters and matching dielectric inserts, high-frequency high-quality ceramics with dielectric constants ε _r = 5, 7, 10 can be used, allowing the manufacture of parts by casting or machining. The PAR element through passage is a functionally completed device containing a second dielectric rod in series with a conical emitter in series, receiving a circularly polarized wave from the irradiator, a phase shifter, PPR, which is a nonreciprocal magnetic quadrupole polarization converter, with a magnetic screen and tuning elements, made together with phase shifter on a single ferrite square rod with a conductive coating of the side surface, and the first die an electric rod with a conical radiator, with polarization isolation, emitting and receiving a linearly polarized wave.

Изготовленные образцы проходного элемента ФАР имели вес не более 2 г и диаметр не более 0,55λ₀. Образцы проходного элемента ФАР в КВЧ-диапазоне имели вносимые потери на 0,5 дБ меньше, по сравнению с проходным элементом ФАР-прототипом, что обеспечивало более высокий КПД.The manufactured samples of the PAR element through passage had a weight of not more than 2 g and a diameter of not more than 0.55λ ₀ . Samples of the pass-through element of the PAR in the EHF range had an insertion loss of 0.5 dB less compared to the pass-through element of the PAR-prototype, which ensured a higher efficiency.

Настоящий проходной элемент ФАР может быть применен в многоэлементных ФАР самолетных и вертолетных РЛС с широкоугольным электрическим сканированием луча с отклонением от нормали к раскрыву до 60 градусов. К элементам ФАР для этих комплексов предъявляются повышенные требования по прочности и стойкости в условиях экстремальных климатических и механических воздействий. Настоящий элемент ФАР удовлетворяет указанным требованиям. Он не вносит ограничений на скорость перемещения носителя, и выдерживает возникающие ударные и вибрационные нагрузки.The present PAR element can be used in multi-element PARs of aircraft and helicopter radars with wide-angle electric beam scanning with a deviation from the normal to the opening of up to 60 degrees. The PAR elements for these complexes are subject to increased requirements for strength and resistance under extreme climatic and mechanical influences. This PAR element satisfies the specified requirements. It does not impose restrictions on the speed of movement of the carrier, and withstands the shock and vibration loads that arise.

Claims

1. A passage element of a phased antenna array, including a phase shifter made in the form of a magnetic circuit and a magnetizing winding, inside which a ferrite rod is installed, to the ends of which through the first and second matching transformers in the form of dielectric washers, the first and second dielectric rods are connected, respectively, with a radiator at the free end conical shape, the ferrite rod of the phase shifter is metallized and forms a waveguide, a polarization converter of radio waves installed after the phases a spreader on a part of a metallized ferrite rod facing space, characterized in that the element contains a plate that absorbs an electromagnetic wave with linear polarization orthogonal to the linear polarization of the electromagnetic wave emitted and received by the emitter, mounted along the axis of the first dielectric rod, the ferrite rod is made square, and the polarization converter of the radio waves is placed inside a cylindrical screen of magnetic material and is made in the form of four standing magnets mounted on the corresponding faces of the ferrite rod and creating the quadrupole magnetization of the ferrite rod.

2. The element according to claim 1, characterized in that between the adjacent permanent magnets there are installed adjustment elements in the form of rods and staples made of magnetic material.

3. The element according to claim 1, characterized in that the plate is made of a dielectric material with a layer of metal absorbing electromagnetic waves deposited on it.

4. The element according to claim 3, characterized in that the plate is made of quartz or mica, and the layer deposited on it is made of chromium.