RU209189U1

RU209189U1 - PASSING ELEMENT OF A PHASED ARRAY

Info

Publication number: RU209189U1
Application number: RU2021128433U
Authority: RU
Inventors: Андрей Анатольевич Будкин; Марат Сафаргалеевич Изгутдинов; Игорь Леонидович Сиренко; Александр Борисович Опара; Александр Петрович Темкин; Евгений Анатольевич Самойленко; Максим Евгеньевич Голубцов
Original assignee: Акционерное общество "РАТЕП"
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2022-02-04

Abstract

Полезная модель относится к области радиотехники сверхвысокочастотного и крайне высокочастотного диапазонов, а именно к конструкциям проходных элементов фазированных антенных решеток (ФАР), и может быть использована в радиолокационных системах с широкоугольным электрическим сканированием луча антенны. Технический результат состоит в уменьшении поперечного размера, минимизации времени и энергии переключения при упрощении конструкции и процесса ее изготовления. Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что с помощью моделирования была найдена близкая к оптимальной феррито-диэлектрическая структура, позволяющая реализовать проходной элемент фазированной антенной решетки на базе ферритового стержня без токопроводящего покрытия, с уменьшенным поперечным размером элемента, не превышающим 0,5λ, минимизированными временем и энергией переключения. Дополнительным результатом стало упрощение конструкции и процесса ее изготовления. 2 з.п. ф-лы, 2 фиг.The utility model relates to the field of radio engineering of the microwave and extremely high frequency ranges, namely, to the construction of phased antenna array (PAR) passage elements, and can be used in radar systems with wide-angle electrical scanning of the antenna beam. The technical result consists in reducing the transverse dimension, minimizing the switching time and energy while simplifying the design and the process of its manufacture. The essence of the proposed technical solution lies in the fact that, with the help of modeling, a ferrite-dielectric structure close to optimal was found, which makes it possible to implement a phased antenna array pass-through element based on a ferrite rod without a conductive coating, with a reduced transverse dimension of the element, not exceeding 0.5λ, minimized switching time and energy. An additional result was the simplification of the design and the process of its manufacture. 2 w.p. f-ly, 2 figs.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области радиотехники сверхвысокочастотного и крайне высокочастотного диапазонов, а именно к конструкциям проходных элементов фазированных антенных решеток (ФАР), и может быть использована в радиолокационных системах с широкоугольным электрическим сканированием луча антенны. The utility model relates to the field of radio engineering of the microwave and extremely high frequency ranges, namely, to the construction of phased antenna array (PAR) passage elements, and can be used in radar systems with wide-angle electrical scanning of the antenna beam.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен Элемент фазированной антенной решетки (патент RU 166140, МПК H01Q 21/00, опубликован 20.11.2016), содержащий входной и выходной диэлектрические излучатели, волноводный ферритовый фазовращатель (ВФФВ), состоящий из цилиндрического волнового ферритового стержня (ФС) квадратного поперечного сечения, размещенного вместе с обмоткой его продольного намагничивания внутри внешнего магнитопровода, выполненного в виде четырех П-образных ферритовых скоб, каждая из которых состоит из полочки и двух башмаков, прилегающих плоскими подошвами к одной из четырех граней ферритового стержня, волновода ферритового фазовращателя в виде токопроводящего покрытия боковой поверхности ферритового стержня, входной и выходной волноводы, состоящие из волноводов излучателей, согласующих волноводов и трансформаторов, размещенных между торцами ферритового стержня и хвостовиками диэлектрических излучателей, и корпус в виде цилиндрической гильзы, отличающийся тем, что токопроводящее покрытие боковой поверхности ферритового стержня выполнено из внутреннего медного слоя толщиной (1,2-2,0)d, где d - толщина скин-слоя в меди на рабочей частоте фазовращателя, мкм, и наружного никелевого слоя толщиной (1,5-3,0)d, корпус выполнен из немагнитного металла.The prior art phased antenna array element (patent RU 166140, IPC H01Q 21/00, published 11/20/2016), containing input and output dielectric emitters, a waveguide ferrite phase shifter (VFFV), consisting of a cylindrical wave ferrite rod (FS) of square transverse section, placed together with the winding of its longitudinal magnetization inside the external magnetic circuit, made in the form of four U-shaped ferrite brackets, each of which consists of a shelf and two shoes adjacent with flat soles to one of the four faces of the ferrite rod, the waveguide of the ferrite phase shifter in the form of a conductive coatings of the side surface of the ferrite rod, input and output waveguides, consisting of waveguides emitters, matching waveguides and transformers placed between the ends of the ferrite rod and the tails of the dielectric emitters, and a housing in the form of a cylindrical sleeve, characterized in that the conductive coating the side surface of the ferrite rod is made of an inner copper layer with a thickness of (1.2-2.0) d, where d is the thickness of the skin layer in copper at the operating frequency of the phase shifter, microns, and an outer nickel layer with a thickness of (1.5-3.0 )d, the case is made of non-magnetic metal.

Недостатками аналога являются наличие металлизации ферритового стержня, несущее отрицательные эффекты в виде повышенных энергетических затрат на перемагничивание и неоптимального быстродействия.The disadvantages of the analogue are the presence of ferrite rod metallization, which has negative effects in the form of increased energy costs for magnetization reversal and suboptimal speed.

Из уровня техники известен также Элемент фазированной отражательной антенной решетки (патент RU 2474018, МПК H01Q 21/29, опубликован 27.01.2013), содержащий излучатель, цилиндрический ФС, обмотку его продольного намагничивания, внешний магнитопровод в виде нескольких равномерно расположенных по цилиндрической поверхности, соосной ферритовому стержню, неперекрывающихся продольных полосок, соединенных с одного конца отражателем с торцем ФС, а с другого конца с боковой поверхностью ФС - башмаками, выполненными как и продольные полоски, и отражатель из магнитного материала, отличающийся тем, что все элементы расположены в едином волноводе, выполняющем функцию корпуса, в элемент фазированной отражательной антенной решетки дополнительно введен волновод излучателя, отражатель в виде тонкой пленки токопроводящего покрытия на поверхности пластины, примыкающей к первому торцу ферритового стержня, согласующий волновод с диэлектрическими шайбами, к торцу которого вторым торцем примыкает ФС, с размещенным на нем каркасом катушки с обмоткой намагничивания, а каждая полоска с башмаком выполнена в виде единого Г-образного магнитопровода, изготовленного, как и пластина, из ферритового материала, причем толщина башмаков должна удовлетворять условию l_ск=0,3…0,4t_ст, где t_ст - размер поперечного сечения стержня, а излучатель выполнен из материала с диэлектрической проницаемостью ε_и, равной 2,5-4, причем волновод излучателя частично входит в корпус с возможностью фиксирования его во внутренней поверхности корпуса.An element of a phased reflective antenna array is also known from the prior art (patent RU 2474018, IPC H01Q 21/29, published on January 27, 2013), containing a radiator, a cylindrical FS, a winding of its longitudinal magnetization, an external magnetic circuit in the form of several evenly spaced along a cylindrical surface, coaxial ferrite rod, non-overlapping longitudinal strips, connected at one end by a reflector with the end face of the FS, and at the other end with the side surface of the FS - by shoes made like the longitudinal strips, and a reflector made of magnetic material, characterized in that all elements are located in a single waveguide, performing the function of a housing, an emitter waveguide is additionally introduced into the element of a phased reflective antenna array, a reflector in the form of a thin film of a conductive coating on the surface of the plate adjacent to the first end of the ferrite rod, a matching waveguide with dielectric washers, to the end of which the FS adjoins the second end, with a size the frame of the coil with the magnetization winding still on it, and each strip with the shoe is made in the form of a single L-shaped magnetic circuit, made, like the plate, from a ferrite material, and the thickness of the shoes must satisfy the condition l _sk \u003d 0.3 ... 0.4 t _st , where t _st is the size of the cross section of the rod, and the emitter is made of a material with a dielectric constant ε _and equal to 2.5-4, and the emitter waveguide is partially included in the housing with the possibility of fixing it in the inner surface of the housing.

Недостатками аналога является относительно большой поперечный размер элемента (диаметр до 1,1 длины волны), а также сложность изготовления ферритовых деталей с цилиндрической формой образующей контактных поверхностей.The disadvantages of the analogue is the relatively large transverse size of the element (diameter up to 1.1 wavelengths), as well as the complexity of manufacturing ferrite parts with a cylindrical generatrix of the contact surfaces.

Наиболее близким техническим решением является Элемент фазированной антенной решетки (патент RU 166711, МПК H01Q 21/00, опубликован 10.12.2016), принятый в качестве прототипа и содержащий входной и выходной диэлектрические излучатели с круглыми цилиндрическими углублениями в центре торцов, волноводный ферритовый фазовращатель, состоящий из цилиндрического волнового ферритового стержня квадратного поперечного сечения, размещенного вместе с обмоткой его продольного намагничивания внутри внешнего магнитопровода, выполненного в виде четырех П-образных ферритовых скоб, каждая из которых состоит из полочки и двух башмаков, прилегающих плоскими подошвами к одной из четырех граней ФС, волновода ферритового фазовращателя в виде токопроводящего покрытия боковой поверхности ферритового стержня, входной и выходной волноводы, состоящие из волноводов излучателей, согласующих волноводов и трансформаторов, размещенных между торцами ферритового стержня и хвостовиками диэлектрических излучателей, и корпус в виде цилиндрической гильзы, отличающийся тем, что глубина круглого цилиндрического углубления в центре торца излучателя превышает высоту круглого цилиндрического выступа трансформатора на 0,2-0,3 мм, образуя воздушный зазор.The closest technical solution is a phased antenna array element (patent RU 166711, IPC H01Q 21/00, published on 12/10/2016), adopted as a prototype and containing input and output dielectric emitters with round cylindrical recesses in the center of the ends, a waveguide ferrite phase shifter, consisting from a cylindrical wave ferrite rod of a square cross section, placed together with a winding of its longitudinal magnetization inside an external magnetic circuit, made in the form of four U-shaped ferrite brackets, each of which consists of a shelf and two shoes, flat soles adjacent to one of the four faces of the FS, ferrite phase shifter waveguide in the form of a conductive coating of the side surface of the ferrite rod, input and output waveguides, consisting of emitter waveguides, matching waveguides and transformers placed between the ends of the ferrite rod and the tails of the dielectric radiators, and a housing a mustache in the form of a cylindrical sleeve, characterized in that the depth of the round cylindrical recess in the center of the radiator end exceeds the height of the round cylindrical protrusion of the transformer by 0.2-0.3 mm, forming an air gap.

К недостаткам прототипа относятся наличие токопроводящего покрытия на боковой поверхности ФС, обусловливающее повышенные время и энергию переключения, относительно большие поперечные размеры устройства (до 0,6λ), сложность конструкции и изготовления, обусловленные наличием сложного согласующего диэлектрического перехода, состоящего из короткозамыкателя, согласующего волновода и трансформатора, а также токопроводящего покрытия.The disadvantages of the prototype include the presence of a conductive coating on the side surface of the FS, which causes increased switching time and energy, relatively large transverse dimensions of the device (up to 0.6λ), complexity of design and manufacture, due to the presence of a complex matching dielectric junction, consisting of a short circuit, a matching waveguide and transformer, as well as a conductive coating.

Раскрытие сущности полезной моделиDisclosure of the essence of the utility model

Задачей предлагаемой полезной модели является устранение недостатков прототипа.The objective of the proposed utility model is to eliminate the shortcomings of the prototype.

Технический результат состоит в уменьшении поперечного размера, минимизации времени и энергии переключения при упрощении конструкции и процесса ее изготовления.The technical result consists in reducing the transverse dimension, minimizing the switching time and energy while simplifying the design and the process of its manufacture.

Указанный технический результат достигается в проходном элементе фазированной антенной решетки продольного намагничивания с магнитной памятью, работающем на волнах круговой поляризации, содержащем приемный и апертурный диэлектрические излучатели с цилиндрическими углублениями в торцах, волноводный ферритовый фазовращатель, состоящий из ферритового стержня квадратного поперечного сечения, размещенного вместе с обмоткой его намагничивания внутри магнитопровода, выполненного в виде четырех П-образных ферритовых скоб, каждая из которых состоит из полочки и двух башмаков, прилегающих плоскими подошвами к одной из четырех граней ферритового стержня, волноводы излучателей и согласующие трансформаторы, размещенные между торцами ферритового стержня и хвостовиками диэлектрических излучателей, а также корпус в виде цилиндрической оболочки, отличающемся тем, что ферритовый стержень выполнен без токопроводящего покрытия, длина его l_cm не более 1,5λ, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона частот, размер стороны a_cm находится в диапазоне от 0,225λ до 0,25λ, при этом ширина, а также длина у ферритовых скоб с учетом торцовых зазоров и у стержня, соответственно равны, материал ферритовых скоб имеет более высокую остаточную намагниченность и более высокую коэрцитивную силу в сравнении с материалом ФС, высота ферритовых скоб не превышает 0,1λ, при этом на их поверхностях, примыкающих к внутренней поверхности корпуса, выполнены фаски, материал согласующего трансформатора имеет диэлектрическую проницаемость от 12 до 14, отношение площадей основания согласующего трансформатора и торца ФС не превышает 1,2, а обмотка намагничивания расположена между внутренним и внешним радиопоглощающими экранами. В частности внутренний радиопоглощающий экран является многослойным.The specified technical result is achieved in the passage element of a phased antenna array of longitudinal magnetization with magnetic memory, operating on waves of circular polarization, containing receiving and aperture dielectric emitters with cylindrical recesses at the ends, a waveguide ferrite phase shifter, consisting of a ferrite rod of square cross section, placed together with the winding its magnetization inside the magnetic circuit, made in the form of four U-shaped ferrite brackets, each of which consists of a shelf and two shoes adjacent with flat soles to one of the four faces of the ferrite rod, emitter waveguides and matching transformers placed between the ends of the ferrite rod and the shanks of the dielectric emitters, as well as a housing in the form of a cylindrical shell, characterized in that the ferrite rod is made without a conductive coating, its length l _cm is not more than 1.5λ, where λ is the average wavelength of the operating range h frequency, the side size a _cm is in the range from 0.225λ to 0.25λ, while the width and length of the ferrite brackets, taking into account the end gaps, and the rod are respectively equal, the material of the ferrite brackets has a higher residual magnetization and a higher coercive strength in comparison with the FS material, the height of the ferrite brackets does not exceed 0.1λ, while chamfers are made on their surfaces adjacent to the inner surface of the case, the material of the matching transformer has a dielectric constant from 12 to 14, the ratio of the areas of the base of the matching transformer and the end face of the FS does not exceed 1.2, and the magnetization winding is located between the inner and outer radio absorbing screens. In particular, the inner radar absorbing screen is multi-layered.

В частности внешний радиопоглощающий экран является многослойным.In particular, the outer radar-absorbing screen is multi-layered.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Техническое решение поясняется фиг. 1, 2.The technical solution is illustrated in Fig. 12.

На фиг.1 представлен вид сбоку устройства в разрезе.Figure 1 shows a side view of the device in section.

На фиг.2 - поперечный разрез А-А устройства.Figure 2 is a cross section A-A device.

На фигурах обозначено: 1 - корпус, 2 - волноводы, 3 - апертурный излучатель, 4 - приемный излучатель, 5 - выступ, 6 - согласующий трансформатор, 7 - основание, 8 - волноводный ферритовый фазовращатель, 9 - ферритовый стержень, 10 - внутренний радиопоглощающий экран, 11 -внешний радиопоглощающий экран, 12 - обмотка, 13 - магнитопровод, 14 -ферритовая скоба, 15 - полка, 16 - башмак, 17 - фаска.The figures indicate: 1 - housing, 2 - waveguides, 3 - aperture emitter, 4 - receiving emitter, 5 - ledge, 6 - matching transformer, 7 - base, 8 - waveguide ferrite phase shifter, 9 - ferrite rod, 10 - internal radio absorbing screen, 11 - external radio-absorbing screen, 12 - winding, 13 - magnetic circuit, 14 - ferrite bracket, 15 - shelf, 16 - shoe, 17 - chamfer.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Проходной элемент фазированной антенной решетки содержит корпус 1, в него соосно через волноводы 2 с двух сторон закреплены апертурный 3 и приемный 4 излучатели своими цилиндрическими частями, в осевые отверстия которых вставлены выступами 5 согласующие трансформаторы 6, примыкающие основаниями 7 к торцам ВФФВ 8, состоящего из ферритового стержня 9 квадратной формы поперечного сечения, расположенной на нем через внутренний радиопоглощающий экран 10 и покрытой внешним радиопоглощающим экраном 11 обмотки 12 продольного намагничивания ферритового стержня 9, заключенных в магнитопровод 13 в виде системы П-образных ферритовых скоб 14, размещенных по одной на каждой боковой грани ферритового стержня 9 и состоящих каждая из полки 15 и двух башмаков 16 на ее продольных краях, на примыкающей к внутренней поверхности корпуса 1 внешней грани полки 15 скобы 14 выполнены фаски 17.The passage element of a phased antenna array contains a housing 1, in which aperture 3 and receiving 4 emitters are fixed coaxially through waveguides 2 on both sides with their cylindrical parts, into the axial holes of which matching transformers 6 are inserted with protrusions 5, adjacent bases 7 to the ends of the VFFV 8, consisting of ferrite rod 9 of a square cross-section, located on it through the internal radio-absorbing screen 10 and covered with an external radio-absorbing screen 11 of the winding 12 of the longitudinal magnetization of the ferrite rod 9, enclosed in the magnetic circuit 13 in the form of a system of U-shaped ferrite brackets 14, placed one on each side the edges of the ferrite rod 9 and each consisting of a shelf 15 and two shoes 16 on its longitudinal edges, chamfers 17 are made on the outer edge of the shelf 15 of the bracket 14 adjacent to the inner surface of the body 1.

Использование ФС без токопроводящего покрытия позволяет обеспечить максимально достижимый, по сравнению с образцами с металлизированным ФС аналогичной конструкции, уровень активности ВФФВ (величины регулируемого фазового набега на единицу длины), что позволяет уменьшить время и энергию управления фазовым сдвигом до минимальных затрат, необходимых на перемагничивание доменов феррита. При этом проходной элемент ФАР упрощается конструктивно и технологически, т.к. в изготовлении процессы придания ФС токопроводящего покрытия являются технологически сложными.The use of a FS without a conductive coating makes it possible to provide the maximum achievable, in comparison with samples with a metallized FS of a similar design, the level of activity of the VPPF (the value of the controlled phase incursion per unit length), which makes it possible to reduce the time and energy of controlling the phase shift to the minimum costs required for remagnetization of the domains ferrite. At the same time, the PAR passage element is simplified structurally and technologically, since in the manufacture, the processes of imparting a conductive coating to the FS are technologically complex.

Размер поперечного сечения ферритового стержня 9 ограничен условиями высокой локализации потока энергии рабочей волны в пределах ФС 9 с целью уменьшения потерь в результате дифракции на обмотке 12 и стабильности фазового сдвига в частотном диапазоне. Согласно расчетам, приемлемый размер стороны поперечного сечения ферритового стержня 9 a_cm, находится в диапазоне от 0,225λ до 0,25λ, где нижняя граница диапазона определяется условием обеспечения стабильного фазового сдвига в диапазоне частот, а верхняя определяется условиями размещения магнитной системы в корпусе 1, являющегося волноводом.The size of the cross section of the ferrite rod 9 is limited by the conditions of high localization of the energy flow of the working wave within the FS 9 in order to reduce losses due to diffraction on the winding 12 and the stability of the phase shift in the frequency range. According to calculations, the acceptable size of the side of the cross section of the ferrite rod 9 a _cm is in the range from 0.225λ to 0.25λ, where the lower limit of the range is determined by the condition for ensuring a stable phase shift in the frequency range, and the upper limit is determined by the conditions for placing the magnetic system in housing 1, being a waveguide.

Для уменьшения диаметра элемента ФАР поперечные размеры ферритовых скоб 14 (высота) ограничиваются сверху значением в 0,1λ при сохранении однородности магнитной цепи за счет выполнения скоб из феррита с большей остаточной намагниченностью и большей коэрцитивной силой в сравнении с ферритом ФС 9. Избыточные магнитные потери в ферритовых скобах 14 позволяют гасить побочные резонансы высших типов, вызванные различными нарушениями симметрии в конструкции. Для дополнительного уменьшения диаметра элемента ФАР на поверхностях ферритовых скоб 14, примыкающих к внутренней поверхности корпуса 1, выполнены фаски 17, влияние которых учитывается при выборе параметров ВФФВ 8. Для снижения дифракционных потерь на переходе от волноводов 2 излучателей 3 и 4 к ВФФВ 8 предлагается упростить сложные согласующие диэлектрические переходы прототипа, используя только согласующие трансформаторы 6 с диэлектрической проницаемостью от 12 до 14, и отношением площади основания 7 согласующего трансформатора 6 к площади торца ФС 9 не превышающим 1,2. Такие отличия позволяют упростить конструкцию проходного элемента ФАР в целом, снизить диаметр пятна возбуждения ВФФВ 8 и в тоже время обеспечить более эффективное возбуждение волны рабочего типа.To reduce the diameter of the HEADLIGHT element, the transverse dimensions of ferrite clips 14 (height) are limited from above by a value of 0.1λ while maintaining the uniformity of the magnetic circuit due to the implementation of clips from ferrite with a higher residual magnetization and higher coercive force compared to ferrite FS 9. Excessive magnetic losses in Ferrite clips 14 allow suppression of side resonances of higher types, caused by various violations of symmetry in the structure. To further reduce the diameter of the PAA element, on the surfaces of the ferrite brackets 14 adjacent to the inner surface of the body 1, chamfers 17 are made, the influence of which is taken into account when choosing the parameters of the VFRF 8. To reduce diffraction losses at the transition from the waveguides 2 of the emitters 3 and 4 to the VFRF 8, it is proposed to complex matching dielectric junctions of the prototype, using only matching transformers 6 with a dielectric constant of 12 to 14, and the ratio of the base area 7 of the matching transformer 6 to the end area of the FS 9 not exceeding 1.2. Such differences make it possible to simplify the design of the PAA passage element as a whole, to reduce the diameter of the excitation spot of the VFFV 8 and, at the same time, to provide more efficient excitation of the working type wave.

Для обеспечения нерезонансного режима работы ВФФВ 8 предлагается наиболее просто реализуемый метод управления положением резонансов, заключающийся в подборе длины ферритового стержня 9 до значения, не превышающего 1,51. Длина волновода ВФФВ 8 проходного элемента ФАР обеспечивает нерезонансный режим работы и, соответственно, низкий уровень вносимых потерь и малый коэффициент отражения феррито-диэлектрической волноведущей структуры за счет взаимной компенсации постоянных распространения волн основного типа в неметаллизированном ФС 9 и волн высших типов в скобах магнитопровода 11. Значение длины ФС 9 - результирующий параметр по оптимизации всей конструкции ВФФВ 8 проходного элемента ФАР с целью одновременного обеспечения необходимого управляемого фазового сдвига с минимальными временем и энергией переключения (перемагничивания) и исключения резонансного поглощения в рабочей полосе частот.To ensure the non-resonant mode of operation of the VFFV 8, the most simply implemented method for controlling the position of resonances is proposed, which consists in selecting the length of the ferrite rod 9 to a value not exceeding 1.51. The length of the IFFV waveguide 8 of the PAA pass-through element provides a non-resonant operation mode and, accordingly, a low level of insertion loss and a low reflection coefficient of the ferrite-dielectric waveguide structure due to the mutual compensation of the propagation constants of the main type waves in the non-metallized FS 9 and higher types of waves in the magnetic circuit brackets 11. The value of the length of FS 9 is the resulting parameter for optimizing the entire design of the VFRF 8 of the PAA pass-through element in order to simultaneously provide the necessary controlled phase shift with minimal switching time and energy (remagnetization) and to eliminate resonant absorption in the operating frequency band.

Ширина, а также длина у ферритовых скоб 14 с учетом торцовых зазоров и у ФС 9, соответственно, равны. Это способствует минимизации размеров ВФФВ 8 с магнитной памятью при обеспечении минимизации потерь электромагнитной волны, обусловленных рассеянием на ферритовых скобах 14, и высокой активности ФС 9, приближенной к максимально возможной. Торцовые зазоры ферритовых скоб 14 с волноводами 2 излучателей 3 и 4, изготавливаемых, как правило, из сплавов, предназначены для нормальной эксплуатации при повышенных температурах окружающей среды.The width and length of the ferrite staples 14, taking into account the end gaps, and of the FS 9, respectively, are equal. This contributes to minimizing the size of the VFFV 8 with magnetic memory while minimizing the losses of the electromagnetic wave due to scattering on the ferrite staples 14, and the high activity of the PS 9, close to the maximum possible. The end gaps of ferrite brackets 14 with waveguides 2 of emitters 3 and 4, usually made of alloys, are designed for normal operation at elevated ambient temperatures.

Наличие катушки существенным образом влияет на распространение в ВФФВ высших типов волн. Для снижения потерь от взаимного влияния обмотки 12, ферритового стержня 9, ферритовых скоб 14 на распространение рабочей волны, обмотка 12 намагничивания отделена от поверхности ФС 9 и ферритовых скоб 14 внутренним 10 и внешним 11 радиопоглощающими экранами, выполненными из радиопоглощающих диэлектрических материалов. Экраны могут выполняться многослойными. Внутренний радиопоглощающий экран 10, концентрично заключающий в себя ФС 9, может служить каркасом для обмотки катушки намагничивания, материалом для него может быть, например, полиэтилен или полистирол. Внутренним 10 и/или внешним 11 радиопоглощающим экраном (или одним из их слоев) могут быть адгезионные составы, снижающие добротность обмотки 12 и паразитные колебания ФС 9, для чего возможно применение диэлектрических клеевых составов с радиопоглощающими свойствами, например серии БФ, или радиопоглощающих компаундов, например ЗИПСИЛ 410 РПМ-Л.The presence of a coil significantly affects the propagation of higher types of waves in the IFRW. To reduce losses from the mutual influence of the winding 12, ferrite rod 9, ferrite brackets 14 on the propagation of the working wave, the magnetization winding 12 is separated from the surface of the FS 9 and ferrite brackets 14 by internal 10 and external 11 radio-absorbing screens made of radio-absorbing dielectric materials. Screens can be multi-layered. The internal radio-absorbing screen 10, concentrically enclosing the FS 9, can serve as a frame for winding the magnetization coil, the material for it can be, for example, polyethylene or polystyrene. Internal 10 and/or external 11 radio-absorbing screen (or one of their layers) can be adhesive compositions that reduce the quality factor of the winding 12 and parasitic oscillations of FS 9, for which it is possible to use dielectric adhesive compositions with radio-absorbing properties, for example, the BF series, or radio-absorbing compounds, for example ZIPSIL 410 RPM-L.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что с помощью моделирования была найдена близкая к оптимальной феррито-диэлектрическая структура, позволяющая реализовать проходной элемент ФАР на базе ФС без токопроводящего покрытия, с уменьшенным поперечным размером элемента, не превышающим 0,5λ, минимизированными временем и энергией переключения. Дополнительным результатом стало упрощение конструкции и процесса ее изготовления за счет использования только согласующего трансформатора вместо сложного диэлектрического перехода и исключения необходимости нанесения токопроводящего покрытия на ФС. Устройство используется следующим образом.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that, with the help of modeling, a ferrite-dielectric structure close to optimal was found, which makes it possible to implement a phased array pass-through element based on a FS without a conductive coating, with a reduced transverse dimension of the element, not exceeding 0.5λ, minimizing time and energy switching. An additional result was the simplification of the design and its manufacturing process by using only a matching transformer instead of a complex dielectric junction and eliminating the need for a conductive coating on the FS. The device is used as follows.

Элемент фазированной антенной решетки в составе радиолокационной системы, как правило, работает в двух режимах: в режиме передачи и режиме приема. В режиме передачи электромагнитная волна с круговой поляризацией поля, падающая на раскрыв антенны, составленной из предлагаемых проходных элементов ФАР, возбуждает поверхностную волну НЕ11 приемного излучателя 4. Поверхностная волна возбуждает волну H11 в волноводе 2 приемного излучателя, которая за счет контакта с цилиндрической частью излучателя 4 выступа 5 согласующего трансформатора 6 и его основания 7 с ВФФВ 8 преобразуется в последнем в поверхностную волну НЕ11, концентрируемую и направляемую ферритовым стержнем 9, при этом волна получает дополнительное управляемое изменение фазы в заданных пределах (верхний предел не менее 390°) посредством изменения постоянной распространения поверхностной волны ферритового стержня 9 вызванного изменением состояния намагниченности ферритовой среды и сопутствующим изменением эффективной магнитной проницаемости для волны с круговой поляризацией поля за счет создания обмоткой 12 намагничивания, расположенной для снижения паразитных колебаний между внутренним 10 и внешним И радиопоглощающими экранами, продольного поля намагничивания с соответствующим значением магнитной индукции в момент прохождения по обмотке 12 управляющего импульса, изменяющего параметры ферритовых сред ферритового стержня 9 и ферритовых скоб 14, степень же изменения определяет значение фазового сдвига у волны, которое фиксируется до следующего импульса за счет эффекта памяти, обеспечиваемого магнитопроводом 13, создающего замкнутую магнитную цепь, с малыми полями рассеяния, плотным прилеганием башмаков 16 своих П-образных ферритовых скоб 14 к ферритовому стержню 9 посредством упора примыкающих к внутренней поверхности корпуса 1 поверхностей фасок 17 на внешних гранях полок 15, после выхода из ВФФВ 8 через аналогичный согласующий трансформатор 6 поверхностная волна возбуждает волновод 2 апертурного излучателя 3, а затем, через апертурный излучатель 3, излучается в свободное пространство. Работа элемента ФАР в режиме приема аналогична с точностью до изменения направления распространения волн на обратное.An element of a phased antenna array as part of a radar system, as a rule, operates in two modes: in the transmit mode and in the receive mode. In the transmission mode, an electromagnetic wave with circular polarization of the field, incident on the aperture of the antenna, composed of the proposed PAA through passage elements, excites the surface wave HE11 of the receiving emitter 4. The surface wave excites the H11 wave in the waveguide 2 of the receiving emitter, which, due to contact with the cylindrical part of the emitter 4 protrusion 5 of the matching transformer 6 and its base 7 with VFFV 8 is converted in the latter into a surface wave HE11, concentrated and directed by a ferrite rod 9, while the wave receives an additional controlled phase change within the specified limits (upper limit of at least 390 °) by changing the propagation constant surface wave of the ferrite rod 9 caused by a change in the state of magnetization of the ferrite medium and a concomitant change in the effective magnetic permeability for a wave with circular polarization of the field due to the creation of a magnetization winding 12, located to reduce parasitic oscillations between with internal 10 and external and radio-absorbing screens, a longitudinal magnetization field with the corresponding value of magnetic induction at the time of passage through the winding 12 of the control pulse, which changes the parameters of the ferrite media of the ferrite rod 9 and ferrite brackets 14, the degree of change determines the value of the phase shift of the wave, which is fixed until the next pulse due to the memory effect provided by the magnetic circuit 13, which creates a closed magnetic circuit, with low stray fields, a snug fit of the shoes 16 of their U-shaped ferrite brackets 14 to the ferrite rod 9 by abutting the surfaces of the chamfers 17 adjacent to the inner surface of the housing 1 on the outer edges of the shelves 15, after exiting the VFFV 8 through a similar matching transformer 6, the surface wave excites the waveguide 2 of the aperture emitter 3, and then, through the aperture emitter 3, is radiated into free space. The operation of the phased array element in the receive mode is similar up to a change in the direction of wave propagation to the opposite.

Таким образом, подобранные, в основном с помощью расчетного алгоритма, конфигурация, размеры и относительные характеристики материалов ферритовых деталей волноводного ферритового фазовращателя 8, согласующего трансформатора 6, а также использование внутреннего 10 и внешнего 11 радиопоглощающих экранов, позволяют сформировать необходимую электромагнитную полевую структуру сложного феррито-диэлектрического волновода, которая практически не взаимодействует с обмоткой 12, не передается в ферритовых скобах 14, не способствует возбуждению волн высших типов. В результате получены, в обозначенных формулой полезной модели диапазонах параметров в зависимости от требований по предпочтительному соотношению эксплуатационных показателей, целесообразные технические решения проходного элемента ФАР с поперечным размером до 0,5λ, обеспечивающие, при упрощении конструкции и процесса изготовления, работу устройства в секторе сканирования с углом раскрыва до ±60° в сантиметровом диапазоне длин волн с уровнем вносимых потерь не более 1,7Дб, с минимизированными временем (не более 110 мкс) и энергией переключения (не более 200 мкДж). Эти показатели получены в испытаниях и являются передовыми в своем классе.Thus, the configuration, dimensions and relative characteristics of the materials of ferrite parts of the waveguide ferrite phase shifter 8, matching transformer 6, as well as the use of internal 10 and external 11 radio absorbing screens, selected, mainly using the calculation algorithm, make it possible to form the necessary electromagnetic field structure of a complex ferrite dielectric waveguide, which practically does not interact with the winding 12, is not transmitted in ferrite brackets 14, does not contribute to the excitation of waves of higher types. As a result, in the ranges of parameters indicated by the formula of the utility model, depending on the requirements for the preferred ratio of performance indicators, expedient technical solutions for the PAA passage element with a transverse dimension of up to 0.5λ are obtained, which, while simplifying the design and manufacturing process, ensure the operation of the device in the scanning sector with opening angle up to ±60° in the centimeter wavelength range with an insertion loss level of no more than 1.7 dB, with minimized time (no more than 110 μs) and switching energy (no more than 200 μJ). These indicators are obtained in tests and are advanced in their class.

Claims

1. A passage element of a phased antenna array of longitudinal magnetization with magnetic memory, operating on waves of circular polarization, containing receiving and aperture dielectric emitters with cylindrical recesses at the ends, a waveguide ferrite phase shifter, consisting of a ferrite rod of square cross section, placed together with its magnetization winding inside a magnetic circuit made in the form of four U-shaped ferrite brackets, each of which consists of a shelf and two shoes, adjacent flat soles to one of the four faces of the ferrite rod, emitter waveguides and matching transformers placed between the ends of the ferrite rod and the tails of the dielectric emitters, and also a housing in the form of a cylindrical shell, characterized in that the ferrite rod is made without a conductive coating, its length l _cm is not more than 1.5λ, where λ is the average wavelength of the operating frequency range, the side size a _cm is in the range zone from 0.225λ to 0.25λ, while the width and length of the ferrite brackets, taking into account the end gaps, and the rod are respectively equal, the material of the ferrite brackets has a higher residual magnetization and a higher coercive force compared to the material of the ferrite rod, the height of the ferrite brackets does not exceed 0.1λ, while on their surfaces adjacent to the inner surface of the case, chamfers are made, the material of the matching transformer has a dielectric constant from 12 to 14, the ratio of the areas of the base of the matching transformer and the end of the ferrite rod does not exceed 1.2, and the magnetization winding is located between the inner and outer radar absorbing screens.

2. The passage element according to claim. 1, characterized in that the internal radar-absorbing screen is multilayer.

3. The passage element according to claim 2, characterized in that the outer radar-absorbing screen is multilayer.