RU2049368C1

RU2049368C1 - Device for excitation of linear emitter of phased antenna grill with w-shaped waveguide

Info

Publication number: RU2049368C1
Authority: RU
Inventors: Е.И. Белошапкин; В.Н. Макаридин; Ю.А. Кожухов
Original assignee: Научно-исследовательский институт измерительных приборов
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: microwave devices. SUBSTANCE: device has piece of W-shaped waveguide, which is connected to coaxial line, which outer wire is connected to bottom of central edge of piece of W-shaped waveguide. Inner wire of coaxial line is connected to starting part of central edge of W- shaped waveguide. Said central edge is designed as bulge over bottom of piece of W-shaped waveguide which has cut in its central edge. Depth of cut equals to λ_m/2, its height and height of face starting part of central edge equal to λ_m/16. Distance between point, where inner wire of coaxial line is connected to starting part of central edge, and start of bulge equals to λ_m/8. λ_m is middle frequency of working band. EFFECT: simplified design. 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к антенно-фидерным устройствам, и может быть использовано как при конструировании излучающих устройств и устройств СВЧ, так и при проектировании фазированных антенных решеток (ФАР) различного назначения. The invention relates to microwave technology, in particular to antenna-feeder devices, and can be used both in the design of radiating devices and microwave devices, and in the design of phased antenna arrays (PAR) for various purposes.

Известные линейные излучатели на Ш-образных волноводах, имеющие устройства возбуждения в виде волноводных и коаксиально-волноводных переходов (авт.св. СССР N 344541, 1978), можно рассматривать в качестве аналогов. Устройства возбуждения представляют собой волноводный переход от прямоугольного волновода к Ш-образному и от коаксиальной линии к Ш-образному волноводу. Known linear emitters on W-shaped waveguides having excitation devices in the form of waveguide and coaxial waveguide transitions (ed. St. USSR N 344541, 1978), can be considered as analogues. Excitation devices are a waveguide transition from a rectangular waveguide to an U-shaped and from a coaxial line to an U-shaped waveguide.

Основными недостатками устройств возбуждения на Ш-образных волноводах являются значительные потери энергии СВЧ, так как все эти устройства заполняются диэлектриком, а также узкая полоса рабочих частот. The main disadvantages of excitation devices on U-shaped waveguides are significant microwave energy losses, since all these devices are filled with a dielectric, as well as a narrow operating frequency band.

Известное устройство возбуждения на Ш-образном (желобковом) волноводе (патент США N 2799830, 1957) выбрано в качестве прототипа. Это устройство представляет собой (фиг. 1) отрезок Ш-образного волновода 1, к торцевой части которого присоединяется внешний проводник 2, а к начальному участку центрального ребра 3 внутренний проводник 4 коаксиальной линии. The known excitation device on the W-shaped (grooved) waveguide (US patent N 2799830, 1957) is selected as a prototype. This device is (Fig. 1) a segment of a U-shaped waveguide 1, to the end part of which an external conductor 2 is connected, and to the initial section of the central rib 3, an internal conductor 4 of the coaxial line.

Отличительной особенностью известного устройства является то, что устройство возбуждения располагается в торцовой части Ш-образного волновода, а поэтому при компоновке таких линейных излучателей в антенную решетку необходимо устанавливать дополнительные уголковые переходы (что приведет к дополнительным потерям энергии СВЧ (для соединения линейных излучателей с предшествующей им аппаратурой антенной решетки: фазовращателями, распределителем мощности и т. д. так как наиболее рациональным является расположение этой аппаратуры с тыльной стороны антенной решетки. A distinctive feature of the known device is that the excitation device is located in the end part of the W-shaped waveguide, and therefore, when arranging such linear radiators in the antenna array, it is necessary to install additional angular transitions (which will lead to additional microwave energy losses (for connecting linear radiators with the previous one antenna array equipment: phase shifters, power distributor, etc. since the most rational is the arrangement of this equipment with the rear Second side array antenna.

К недостаткам устройств возбуждения торцового типа можно отнести также узкую полосу рабочих частот. Так, в устройстве возбуждения линейного излучателя на Ш-образном волноводе, изготовленном по прототипу, удалось добиться входного согласования линейного излучателя до величины К_ст V ≅ 1,2 в рабочем диапазоне частот, не превышающем ±3%
Таким образом, целью изобретения является расширение полосы рабочих частот путем улучшения согласования, уменьшение потерь энергии СВЧ и габаритов ФАР из линейных излучателей на Ш-образных волноводах.The disadvantages of end-face excitation devices include a narrow band of operating frequencies. So, in the excitation device of a linear emitter on a W-shaped waveguide made according to the prototype, it was possible to achieve input matching of the linear emitter to a value of K _st V ≅ 1.2 in the operating frequency range not exceeding ± 3%
Thus, the aim of the invention is to expand the operating frequency band by improving matching, reducing microwave energy losses and the dimensions of the headlamps from linear emitters on W-shaped waveguides.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве возбуждения линейного излучателя на Ш-образном волноводе, содержащем отрезок волновода и коаксиальной линии, соединенные друг с другом, внешний проводник коаксиальной линии соединен с дном, а внутренний с начальным участком центрального ребра Ш-образного волновода, выполненного в форме выступа над дном Ш-образного волновода, образованного вырезом в центральном ребре, причем глубина выреза равна половине длины волны (λ_cp/2) средней частоты рабочего диапазона, высота выреза и высота торцевой части центрального ребра 1/8 глубины (λ_cp/16), а место подключения внутреннего проводника коаксиальной линии к начальному участку центрального ребра определяется одной восьмой длины волны (λ_cp/8) средней частоты рабочего диапазона от начала выступа, что позволило значительно улучшить согласование, уменьшить потери и габариты ФАР.This goal is achieved by the fact that in the excitation device of a linear emitter on a U-shaped waveguide containing a segment of the waveguide and the coaxial line connected to each other, the outer conductor of the coaxial line is connected to the bottom, and the inner one with the initial section of the central edge of the Sh-shaped waveguide, made in the form of a protrusion above the bottom of the W-shaped waveguide formed by a notch in the Central rib, and the depth of the cut is equal to half the wavelength (λ _cp / 2) of the average frequency of the operating range, the height of the cut and the height of the end th part of the central rib is 1/8 of the depth (λ _cp / 16), and the connection point of the inner conductor of the coaxial line to the initial section of the central rib is determined by one eighth of the wavelength (λ _cp / 8) of the average frequency of the working range from the beginning of the protrusion, which significantly improved coordination, reduce losses and dimensions of the PAR.

На фиг. 1 изображено устройство возбуждения линейного излучателя ФАР на Ш-образном волноводе; на фиг. 2 схематично представлен разрез предлагаемого устройства возбуждения; на фиг. 3 схемы компоновки линейных излучателей-прототипов и предлагаемых линейных излучателей в ФАР (1 линейный излучатель, 2 фазовращатель, 3 распределитель мощности, 4 уголковые переходы); на фиг. 4 кривые входного согласования (кривая а согласование прототипа, кривая б предлагаемого устройства). In FIG. 1 shows an excitation device for a linear radiator of a PAR on a W-shaped waveguide; in FIG. 2 schematically shows a section of the proposed excitation device; in FIG. 3 layout schemes of linear prototype emitters and proposed linear emitters in the headlamp (1 linear emitter, 2 phase shifter, 3 power distributor, 4 corner transitions); in FIG. 4 input matching curves (curve a matching the prototype, curve b of the proposed device).

Устройство (фиг. 1) содержит отрезок Ш-образного волновода 1 и коаксиальной линии, внешний проводник 2, который соединен с дном, а внутренний проводник 4 с начальным участком центрального ребра 3. Такое соединение коаксиальной линии с Ш-образным волноводом можно рассматривать как два соединенных между собой отрезка полосковой линии, которая образуется боковыми стенками Ш-образного волновода и скошенным окончанием центрального ребра. Путем подбора формы начального участка центрального ребра и места подключения внутреннего проводника коаксиальной линии к начальному участку центрального ребра Ш-образного волновода удалось добиться значительного улучшения согласования входного устройства линейного излучателя (фиг. 4, кривая б). The device (Fig. 1) contains a segment of a U-shaped waveguide 1 and a coaxial line, an external conductor 2 that is connected to the bottom, and an inner conductor 4 with an initial portion of the central rib 3. Such a connection of a coaxial line with an U-shaped waveguide can be considered as two interconnected segment of the strip line, which is formed by the side walls of the W-shaped waveguide and the beveled end of the central rib. By selecting the shape of the initial portion of the central rib and the connection point of the inner conductor of the coaxial line to the initial portion of the central rib of the U-shaped waveguide, it was possible to achieve a significant improvement in the matching of the input device of the linear radiator (Fig. 4, curve b).

Подключение устройства возбуждения линейного излучателя 1 со стороны дна Ш-образного волновода позволило уменьшить потери энергии СВЧ за счет исключения дополнительных уголковых переходов 4 (фиг. 3а), установка которых была бы необходима при использовании устройства возбуждения прототипа, а также улучшить компоновку ФАР за счет отказа от одной сборочной единицы и сокращения габаритов антенной решетки. С помощью устройства удалось добиться входного согласования линейного излучателя на Ш-образном волноводе в полосе рабочих частот ±5% диапазонов S и С с К_стV не более 1,2. В ФАР с линейными излучателями на Ш-образных волноводах согласование улучшено в 2 раза, потери энергии СВЧ уменьшены на 0,2-0,3 дБ, площадь апертуры антенной решетки на 2% без ухудшения основных параметров ФАР.The connection of the excitation device of the linear emitter 1 from the bottom of the W-shaped waveguide allowed to reduce microwave energy loss by eliminating additional corner transitions 4 (Fig. 3a), the installation of which would be necessary when using the prototype excitation device, and also to improve the arrangement of the HEADLIGHT due to failure from one assembly unit and reducing the dimensions of the antenna array. Using the device, it was possible to achieve an input matching of a linear emitter on a W-shaped waveguide in the operating frequency band of ± 5% of the ranges S and C with K _st V not more than 1.2. In headlamps with linear emitters on W-shaped waveguides, matching is improved by a factor of 2, microwave energy loss is reduced by 0.2-0.3 dB, the antenna aperture area is 2% without deterioration of the main parameters of the headlamp.

Claims

EXCITATION DEVICE FOR A LINEAR RADIATOR OF A PHASED ANTENNA ARRANGEMENT ON A SH-SHAPED WAVEGUIDE, containing a segment of a Sh-shaped waveguide connected to a coaxial line, characterized in that, in order to expand the working frequency band by improving matching, reducing losses and dimensions of the phased antenna wire, the coaxial line is connected to the bottom, and the inner one with the initial portion of the central edge of the segment of the U-shaped waveguide, made in the form of a protrusion above the bottom of the segment of the U-shaped waveguide, would be formed by a cutout in its central rib, and the depth of cut is chosen equal to λ _cp / 2, and its height and the height of the end the initial portion of the center rib λ _cp / 16, wherein the space connecting the inner conductor of the coaxial line to the initial section of the central rib from the beginning of the protrusion is selected equal to λ _cp / 8, where λ _cp is the average frequency of the operating range.