RU2206157C2 - Waveguide-slot antenna array - Google Patents
Waveguide-slot antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2206157C2 RU2206157C2 RU2001118297A RU2001118297A RU2206157C2 RU 2206157 C2 RU2206157 C2 RU 2206157C2 RU 2001118297 A RU2001118297 A RU 2001118297A RU 2001118297 A RU2001118297 A RU 2001118297A RU 2206157 C2 RU2206157 C2 RU 2206157C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- slots
- radiating
- waveguides
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Техническое решение относится к радиотехнической промышленности средств связи и может использоваться в антенной технике как самостоятельно, так и в качестве фрагмента антенной решетки с управляемой поляризацией. The technical solution relates to the radio engineering industry of communications and can be used in antenna technology both independently and as a fragment of an antenna array with controlled polarization.
Известна волноводно-щелевая антенная решетка с двойной поляризацией ["Еricsson Radar Electronics", S-431 84 Molndal Sweden, авт. Lars Iosefsson] , излучающая апертура которой состоит из щелевых линеек бегущей волны двух типов: с продольными щелями по узкой стенке прямоугольного волновода (1) и с поперечными щелями на широкой стенке волновода (2). Линейки 1-го и 2-го типов расположены в апертуре через одну таким образом, что широкие стенки магистральных волноводов ортогональны друг другу. При этом антенная решетка формирует электромагнитное поле излучения с двумя взаимно ортогональными поляризациями. Недостатком такого известного решения является большое расстояние между однотипными щелями, что чревато возникновением больших интерференционных лепестков и снижением КУ. Кроме того, в этой АР не приводится узел запитки и не предусмотрена возможность управления поляризацией. Known waveguide-slot antenna array with double polarization ["Ericsson Radar Electronics", S-431 84 Molndal Sweden, ed. Lars Iosefsson], the radiating aperture of which consists of two types of slit lines of a traveling wave: with longitudinal slots along the narrow wall of a rectangular waveguide (1) and with transverse slots on a wide wall of a waveguide (2). Rulers of the 1st and 2nd types are located in the aperture through one in such a way that the wide walls of the main waveguides are orthogonal to each other. In this case, the antenna array generates an electromagnetic radiation field with two mutually orthogonal polarizations. The disadvantage of this known solution is the large distance between the same type of slots, which is fraught with the appearance of large interference lobes and a decrease in KU. In addition, the power supply unit is not provided in this AR and the possibility of polarization control is not provided.
Известна антенная решетка, излучающая две линейные ортогональные поляризации [пат. США 5543810, заявл. 6.06.95 г., опубл. 6.03.96 г.]. АР выполнена в виде двух излучающих волноводов, которые расположены один над другим и смещены по горизонтали на половину широкой стенки. Эти излучающие волноводы возбуждаются двумя ортогональными к ним волноводами и связаны с ними щелями: в одном - поперечными, а в другом - наклонными. Горизонтальную поляризацию формируют продольные щели, расположенные в центре широкой стенки излучающих волноводов, запитываемых одним из возбуждающих волноводов, и имеющие специальные плоские диполи, а вертикальную - открытые концы узких волноводов, запитываемых другим возбуждающим волноводом. Недостатками этого известного технического решения являются сложная многоэтажная конструкция, способная стать источником технологических амплитудно-фазовых ошибок, а также большие расстояния между щелями (d>λ/2) в плоскости ориентации запитывающих волноводов и связанные с этим фактором большие интерференционные лепестки, обусловленные высоким уровнем излучения узкой щели в этом направлении. Кроме того, в антенне нет возможности управлять поляризацией. Known antenna array emitting two linear orthogonal polarizations [US Pat. US 5543810, declared 06/06/95, publ. March 6, 1996]. The AR is made in the form of two radiating waveguides, which are located one above the other and are displaced horizontally by half a wide wall. These radiating waveguides are excited by two orthogonal waveguides to them and are connected with slits: in one, transverse, and in the other, inclined. Horizontal polarization is formed by longitudinal slots located in the center of the wide wall of radiating waveguides fed by one of the exciting waveguides and having special flat dipoles, and vertical - open ends of narrow waveguides fed by another exciting waveguide. The disadvantages of this known technical solution are a complex multi-storey structure that can become a source of technological amplitude-phase errors, as well as large distances between slots (d> λ / 2) in the orientation plane of the supply waveguides and the large interference lobes associated with this factor due to the high radiation level narrow slots in this direction. In addition, the antenna does not have the ability to control polarization.
Известна щелевая антенна ["Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенных и фидерных устройств", изд. "Энергия", г. Москва, 1973 г., стр. 143-145, авт. М.С. Жук, Ю.Б. Молочков] с крестообразными щелями, расположенными на круглом волноводе, канализирующем волну Н11. В такой антенне поляризация излучаемого антенной сигнала может меняться за счет изменения ориентации вектора Е волны Н11 с помощью, например, ферритового вращателя плоскости поляризации. Однако создание плоской антенной решетки на базе таких щелевых линеек сопряжено со значительными конструктивными проблемами, кроме того серьезным недостатком этого известного технического решения является большой диаметр круглой трубы, с использованием которой трудно реализовать в составе решетки расстояние между щелями в плоскости, ортогональной оси волновода, меньше 0,7λ.Known slot antenna ["Design of lens, scanning, wide-range antenna and feeder devices", ed. "Energy", Moscow, 1973, pp. 143-145, ed. M.S. Beetle, Yu.B. Milk] with cross-shaped slots located on a circular waveguide channeling the H 11 wave. In such an antenna, the polarization of the signal emitted by the antenna can be changed by changing the orientation of the vector E of the wave H 11 using, for example, a ferrite rotator of the plane of polarization. However, the creation of a flat antenna array based on such slotted arrays is associated with significant structural problems, in addition, a serious drawback of this known technical solution is the large diameter of the round tube, using which it is difficult to realize the distance between the slots in the plane orthogonal to the waveguide axis less than 0 , 7λ.
Наиболее близкой по конструкции и технической сущности к предлагаемому техническому решению является волноводная антенная решетка (АР) [А.С. СССР 1746444, МПИ H 01 Q 13/10, 1989 г.], состоящая из двух вложенных одна в другую линейных подрешеток, содержащих отрезки прямоугольных волноводов, на узких стенках которых расположены нерезонансные щели под углом 45o к осевой линии и ортогональные к щелям соседней подрешетки. Волноводы с излучающими щелями (линейки) первой и второй подрешеток располагаются в апертуре АР через одну, а центры щелей обоих подрешеток - строго на одной линии, перпендикулярной оси линеек. Входы линеек каждой подрешетки присоединены к выходам одного из многоканальных делителей, а входы обоих делителей соединены с двумя выходами управляемого сумматора, в один из выходов включен управляемый фазовращатель, а вход сумматора является входом волноводно-щелевой антенной решетки. С целью увеличения рабочей полосы частот при использовании частотного сканирования в АР используют линейки бегущей волны с неэквидистантным расположением щелей вдоль магистрального волновода на достаточно большом расстоянии друг от друга. Расстояние между щелями в другой плоскости, ортогональной линейке в обеих подрешетках, выбрано меньше 0,6λ, что, однако, при высоком уровне излучения узких щелей под углом 90o к максимуму основной ДН, не позволяет избежать интерференционных лепестков. Антенная решетка работает в каждый момент времени только на одной поляризации и имеет один входной канал. За счет изменения амплитуды и фазы СВЧ-сигнала в одной из подрешеток с помощью управляемых сумматора и фазовращателя антенна может менять излучаемую поляризацию.The closest in design and technical nature to the proposed technical solution is the waveguide antenna array (AR) [A.S. USSR 1746444, MPI H 01 Q 13/10, 1989], consisting of two linear sublattices inserted one into another, containing segments of rectangular waveguides, on whose narrow walls nonresonant slots are located at an angle of 45 o to the axial line and orthogonal to the slots of the adjacent sublattices. The waveguides with radiating slots (lines) of the first and second sublattices are located in the aperture of the AR through one, and the centers of the slots of both sublattices are strictly on the same line perpendicular to the axis of the rulers. The inputs of the lines of each sublattice are connected to the outputs of one of the multi-channel dividers, and the inputs of both dividers are connected to two outputs of the controlled adder, a controlled phase shifter is included in one of the outputs, and the input of the adder is the input of the slot-wave antenna array. In order to increase the working frequency band when using frequency scanning, arrays of traveling waves with an unequal arrangement of slots along the main waveguide at a sufficiently large distance from each other are used in the AR. The distance between the slits in the other plane, the orthogonal line in both sublattices, is chosen less than 0.6λ, which, however, with a high level of radiation of narrow slits at an angle of 90 o to the maximum of the main beam, does not allow to avoid interference lobes. The antenna array works at each moment of time on only one polarization and has one input channel. By changing the amplitude and phase of the microwave signal in one of the sublattices, the antenna can change the radiated polarization using a controlled adder and phase shifter.
Основными недостатками этого известного технического решения являются:
1) размещение излучающих щелей на узких стенках прямоугольных волноводов (b<0,3λ), что приводит к большой толщине излучающего полотна (апертуры) (≈0,8-0,9λ) и исключает возможность реализации щелей с большой мощностью излучения и, соответственно, обеспечение высокого кпд в линейках (особенно, в АР малых размеров);
2) высокий уровень интерференционных лепестков, обусловленный слабой направленностью узкой щели в плоскости Е и достаточно большим шагом щелей в апертуре решетки;
3) отсутствие возможности корректировки фаз на входах в излучающие линейки, что исключает использование многоканальных делителей как с технологическими фазовыми ошибками, так и с принципиальным изменением фазы в ответвленных каналах (например, компактных распределителей последовательного питания и др.) без введения на выходы делителей специальных фазосдвигающих корректирующих устройств. Это приводит к возникновению повышенного уровня кросс поляризации, УБЛ и снижению КУ;
4) отсутствие возможности одновременной работы антенной решетки на двух взаимно ортогональных поляризациях.The main disadvantages of this known technical solution are:
1) the placement of radiating slots on the narrow walls of rectangular waveguides (b <0.3λ), which leads to a large thickness of the radiating sheet (aperture) (≈0.8-0.9λ) and excludes the possibility of realization of slots with high radiation power and, accordingly ensuring high efficiency in the lines (especially in small-sized ARs);
2) a high level of interference lobes, due to the weak directivity of a narrow gap in the E plane and a sufficiently large gap pitch in the aperture of the lattice;
3) the inability to adjust the phases at the inputs to the emitting arrays, which eliminates the use of multi-channel dividers with both technological phase errors and a fundamental phase change in branch channels (for example, compact serial power distributors, etc.) without introducing special phase-shifting dividers to the outputs corrective devices. This leads to the appearance of an increased level of cross polarization, UBL and a decrease in CI;
4) the lack of the possibility of simultaneous operation of the antenna array on two mutually orthogonal polarizations.
Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:
- уменьшение толщины излучающего полотна;
- увеличение кпд линеек и КУ решетки в целом;
- снижение УБЛ и кросс поляризации;
- снятие ограничения на использование практически любых вариантов многоканальных делителей;
- обеспечение возможности как одновременной работы с двумя взаимно ортогональными поляризациями на двух входах в АР, так и управление поляризацией по каждому из входов.The technical result of the proposed solution is as follows:
- reducing the thickness of the radiating web;
- an increase in the efficiency of the rulers and KU lattice as a whole;
- reduction of UBL and cross polarization;
- removal of the restriction on the use of virtually any version of multi-channel dividers;
- providing both simultaneous operation with two mutually orthogonal polarizations at two inputs in the AR, and polarization control for each of the inputs.
Такие широкие функциональные возможности обеспечиваются тем, что
1) отрезки волноводов с излучающими щелями (линейки)(по n в каждой подрешетке) имеют П-образный профиль, а излучающие щели прорезаны в серединах широких стенок этих волноводов, что позволяет реализовать любые, в том числе и большие, мощности излучения щелей, обеспечивающие максимальный кпд отдельных линеек и максимальный КУ в составе антенной решетки (даже небольших размеров);
2) размер широкой стенки П-образного волновода выполнен равным a≤0,5λ, где λ - длина волны в свободном пространстве, а по обе стороны от продольной оси каждой щели на расстоянии d=(0,25±0,05)λ от нее, на уровне ее центра перпендикулярно широкой стенке, установлены электрические вибраторы высотой h= (0,5±0,05)λ, имеющие с этой стенкой электрический контакт, при этом П-образные волноводы примыкают вплотную друг к другу, а пары взаимно ортогональных, попарно одинаковых щелей, являющиеся в совокупности с их электрическими вибраторами фактически элементарными излучателями такой решетки, расположены в ее апертуре в шахматном порядке, - все это позволяет обеспечить возможность управления поляризацией поля в АР, понизить уровень интерференционных лепестков и увеличить КУ за счет принятия одновременных мер по уменьшению шага упомянутых элементарных излучателей и снижению уровня их электромагнитного излучения в направлении возможных интерференционных лепестков;
3) управляемые фазовращатели в количестве 2n штук установлены на всех выходах каждого волноводного делителя и соединены с соответствующими отрезками волноводов с излучающими щелями, обеспечивая возможность корректировки фазы на входе в каждый из этих отрезков, что позволяет одновременно снизить уровень кросс поляризации, УБЛ и увеличить КУ в антенной решетке.Such wide functionality is provided by the fact that
1) segments of waveguides with radiating slots (lines) (n in each sublattice) have a U-shaped profile, and radiating slots are cut in the middle of the wide walls of these waveguides, which allows one to realize any, including large, radiation power of the slots, providing maximum efficiency of individual rulers and maximum KU in the composition of the antenna array (even small sizes);
2) the size of the wide wall of the U-shaped waveguide is made equal to a≤0.5λ, where λ is the wavelength in free space, and on both sides of the longitudinal axis of each slot at a distance d = (0.25 ± 0.05) λ from electric vibrators of height h = (0.5 ± 0.05) λ are installed at its center perpendicular to the wide wall, having electrical contact with this wall, while U-shaped waveguides are adjacent to each other, and the pairs are mutually orthogonal , in pairs of identical slits, which in combination with their electric vibrators are actually elementary the emitters of such a grating, located in its aperture in a checkerboard pattern, all this makes it possible to control the polarization of the field in the AR, lower the level of interference lobes and increase the gain by taking simultaneous measures to reduce the pitch of the mentioned elementary emitters and lower their level of electromagnetic radiation in direction of possible interference lobes;
3) controlled phase shifters in the amount of 2n pieces are installed at all outputs of each waveguide divider and connected to the corresponding segments of the waveguides with radiating slots, providing the ability to adjust the phase at the entrance to each of these segments, which allows to simultaneously reduce the level of cross polarization, UBL and increase the gain in antenna array.
4) в волноводно-щелевую антенную решетку введен мост с двумя входами, по которым формируется в АР электромагнитное поле с двумя взаимно ортогональными поляризациями, существующими одновременно, в то же время, 2n фазовращателей, упомянутых в п.3, по каждому из входов позволяют менять поляризацию за счет введения во все фазовращатели, относящиеся к одной из подрешеток, одинаковых фазовых сдвигов (например, 90, 180 или 270o), что обеспечивает формирование основных видов поляризации (линейной и круговой) по каждому из входов АР, например:
- по входу Вх1 - вертикальной, при этом по входу Вх2 - горизонтальной;
- по входу Вх1 - круговой левого вращения, при этом по входу Вх2 - поляризации правого вращения...4) a bridge with two inputs is introduced into the waveguide-slot antenna array, along which an electromagnetic field is formed in the AR with two mutually orthogonal polarizations that exist simultaneously, at the same time, 2n phase shifters mentioned in clause 3 allow changing at each of the inputs polarization due to the introduction into all phase shifters related to one of the sublattices, the same phase shifts (for example, 90, 180 or 270 o ), which ensures the formation of the main types of polarization (linear and circular) for each of the inputs of the AR, for example:
- at the input Вх1 - vertical, while at the entrance Вх2 - horizontal;
- at the input Вх1 - circular left rotation, while the input Вх2 - polarization of the right rotation ...
Таким образом, сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что
- отрезки волноводов с излучающими щелями в количестве n в каждой подрешетке имеют П-образный профиль с размером широкой стенки a≤0,5λ, где λ - длина волны в свободном пространстве, вплотную примыкают друг к другу, образуя единую излучающую апертуру с общим количеством отрезков волноводов 2n;
- излучающие щели прорезаны в серединах широких стенок, а по обе стороны от продольной оси каждой щели на расстоянии d=(0,25±0,05)λ от нее, на уровне ее центра перпендикулярно широкой стенке, установлены электрические вибраторы высотой h=(0,5±0,05)λ, имеющие с этой стенкой электрический контакт;
- размеры взаимно ортогональных щелей, стоящих рядом и запитываемых соседними отрезками волноводов из различных подрешеток, попарно одинаковы;
- пары щелей и соответствующих им вибраторов образуют элементарный излучатель АР, m-элементарных излучателей расположены в апертуре в шахматном порядке;
- 2n управляемых фазовращателей установлены в каждый выходной канал обоих волноводных делителей, по n в каждый делитель, и соединены с соответствующими отрезками волноводов с излучающими щелями;
- дополнительно введен мост, к двум выходам которого присоединены входы делителей, а два входа являются входами волноводно-щелевой решетки.Thus, the essence of the proposed technical solution is that
- segments of waveguides with radiating slits in the amount of n in each sublattice have a U-shaped profile with a wide wall size a≤0.5λ, where λ is the wavelength in free space, adjacent to each other, forming a single radiating aperture with a total number of
- radiating slots are cut in the middle of the wide walls, and on both sides of the longitudinal axis of each slot at a distance d = (0.25 ± 0.05) λ from it, at the level of its center perpendicular to the wide wall, electric vibrators of height h = ( 0.5 ± 0.05) λ having electrical contact with this wall;
- the sizes of mutually orthogonal slots standing next to each other and fed by adjacent segments of waveguides from different sublattices are the same in pairs;
- pairs of slots and their corresponding vibrators form an elementary radiator AR, m-elementary radiators are located in the aperture in a checkerboard pattern;
- 2n controlled phase shifters are installed in each output channel of both waveguide dividers, n in each divider, and connected to the corresponding segments of the waveguides with radiating slots;
- an additional bridge was introduced, to the two outputs of which the inputs of the dividers are connected, and the two inputs are inputs of the waveguide-slot array.
Сущность предлагаемого технического решения будет понятна из следующего описания и приложенного к нему графического материала. The essence of the proposed technical solution will be clear from the following description and the attached graphic material.
Фиг.1 - предлагаемая волноводно-щелевая антенная решетка, где:
- Bx1, Bx2 - первый и второй входы волноводно-щелевой решетки;
dш г - шаг элементарных излучателей в горизонтальной плоскости;
- dш в - шаг элементарных излучателей в вертикальной плоскости.Figure 1 - the proposed waveguide-slot antenna array, where:
- Bx1, Bx2 - the first and second inputs of the waveguide-slot array;
d w g - step elementary emitters in the horizontal plane;
- d w in - step elementary emitters in a vertical plane.
Фиг. 2 - элементарный излучатель волноводно-щелевой антенной решетки, где:
- а - размер широкой стенки П-образного волновода;
- d - расстояние от центра щели до электрического вибратора;
- h - высота электрического вибратора.FIG. 2 - elementary emitter of a waveguide-slot antenna array, where:
- a is the size of the wide wall of the U-shaped waveguide;
- d is the distance from the center of the slit to the electric vibrator;
- h is the height of the electric vibrator.
Фиг. 3 - экспериментальные диаграммы направленности в плоскости φ=0oдля различных поляризаций в конкретной реализации предлагаемой антенной решетки.FIG. 3 - experimental radiation patterns in the plane φ = 0 o for various polarizations in a specific implementation of the proposed antenna array.
Фиг. 4 - экспериментальные диаграммы направленности в плоскости φ=90oдля различных поляризаций в конкретной реализации предлагаемой антенной решетки.FIG. 4 - experimental radiation patterns in the plane φ = 90 o for various polarizations in a specific implementation of the proposed antenna array.
Волноводно-щелевая антенная решетка состоит из моста 1, первого n-канального делителя 2 и второго n-канального делителя 3, выполненных, например, в виде последовательно соединеных общим магистральным волноводом n-направленных ответвителей, первого управляемого фазовращателя 4, второго управляемого фазовращателя 5, третьего управляемого фазовращателя 6, n-го управляемого фазовращателя 7, n+1-гo управляемого фазовращателя 8, n+2-го управляемого фазовращателя 9, n+3-го управляемого фазовращателя 10, 2n-го управляемого фазовращателя 11, первого отрезка П-образного волновода с излучающими щелями 12, второго отрезка П-образного волновода с излучающими щелями 13, третьего отрезка П-образного волновода с излучающими щелями 14, n-го отрезка П-образного волновода с излучающими щелями 15, n+1-гo отрезка П-образного волновода с излучающими щелями 16, n+2-го отрезка П-образного волновода с излучающими щелями 17, n+3-го отрезка П-образного волновода с излучающими щелями 18, 2n-го отрезка П-образного волновода с излучающими щелями 19, причем первый, второй, третий и n-й отрезки П-образного волновода с излучающими щелями образуют первую подрешетку, а n+1, n+2, n+3 и 2n-й отрезки П-образного волновода с излучающими щелями образуют вторую подрешетку, и также включает m-элементарных излучателей 20, каждый из которых состоит из двух взаимно ортогонально расположенных излучающих щелей 21, и электрических вибраторов 22. The slotted waveguide antenna array consists of a bridge 1, a first n-channel splitter 2 and a second n-channel splitter 3, made, for example, in the form of n-directional couplers, a first controlled phase shifter 4, a second controlled phase shifter 5 connected in series with a common main waveguide, the third controlled phase shifter 6, the n-th controlled phase shifter 7, the n + 1st guided phase shifter 8, the n + 2nd controlled phase shifter 9, the n + 3rd controlled phase shifter 10, the 2nth controlled phase shifter 11, the first segment P -shaped waveguide with radiating slots 12, the second segment of the U-shaped waveguide with radiating slots 13, the third segment of the U-shaped waveguide with radiating slots 14, the n-th segment of the U-shaped waveguide with radiating slots 15, n + 1-th segment П -shaped waveguide with radiating slots 16, n + of the 2nd segment of the U-shaped waveguide with radiating slots 17, of the n + 3rd segment of the U-shaped waveguide with radiating slots 18, 2n of the segment of the U-shaped waveguide with radiating slots 19 the first, second, third and n-th segments of the U-shaped waveguide with radiating slots we form the first sublattice, and the n + 1, n + 2, n + 3 and 2nth segments of the U-shaped waveguide with radiating slots form the second sublattice, and also includes m-elementary radiators 20, each of which consists of two mutually orthogonal located radiating slots 21, and electric vibrators 22.
Принцип работы предлагаемой волноводно-щелевой антенной решетки заключается в следующем: СВЧ-сигнал, поданный на первый или второй входы моста 1, являющиеся первым и вторым входами волноводно-щелевой антенной решетки, делится на две равные части, при этом одна часть этого сигнала поступает на вход первого n-канального делителя 2, разветвляющего его в n-выходов и далее через управляемые фазовращатели 4, 5, 6 и 7 в отрезки П-образных волноводов с излучающими щелями 12, 13, 14, 15 первой подрешетки, а другая часть поступает через второй n-канальный делитель 3, разветвляющий его в n-выходов и далее через управляемые фазовращатели 8, 9, 10 и 11 в отрезки П-образных волноводов с излучающими щелями 16, 17, 18, 19 второй подрешетки. В результате, если обе взаимно ортогональные щели каждого элементарного излучателя 20 волноводно-щелевой антенной решетки запитать со стороны первого входа синфазно, волноводно-щелевая антенная решетка сформирует электромагнитное поле излучения с вертикальной поляризацией (фиг.2):
E1n+E2n=Еy 1n+Еy 2n,
(Еx 1n+Еx 2n=0),
при этом со стороны второго входа щели элементарного излучателя запитываются противофазно, а поляризация сформированного электромагнитного поля является горизонтальной:
(Еу 1n+Еу 2n=0),
Е1n+Е2n=Ех 1n+Ех 2n.The principle of operation of the proposed waveguide-slot antenna array is as follows: the microwave signal supplied to the first or second inputs of the
E 1n + E 2n = E y 1n + E y 2n ,
(Е x 1n + Е x 2n = 0),
at the same time, from the side of the second input, the slots of the elementary emitter are supplied in antiphase, and the polarization of the generated electromagnetic field is horizontal:
(E y 1n + E y 2n = 0),
E 1n + E 2n = E x 1n + E x 2n .
Управляемые фазовращатели (4...11) в составе антенной решетки выполняют две функции:
- с одной стороны, они компенсируют несинфазность излучаемого СВЧ-сигнала, вызванную:
отличием фазовых распределений на выходах делителей (2, 3) от требуемых;
фазовыми сдвигами, обусловленными шахматным размещением щелей в апертуре;
технологическими фазовыми отклонениями в волноводных каналах делителей (2, 3) и отрезках П-образных волноводов (12...19);
эта компенсация позволяет ограничить возможное снижение КУ, увеличение УБЛ и кросс поляризации;
- с другой стороны, обеспечивают изменение фазы излучаемого СВЧ-сигнала в одной подрешетке по сравнению с другой на Δφ=90o, 180o или 270o, что позволяет устанавливать вид поляризации в излучаемой АР, например:
при Δφ=0o по Bx1 - поляризация вертикальная; по Вх2 - горизонтальная;
при Δφ= 90o по Bx1 - поляризация круговая левого вращения; по Вх2 - круговая правого вращения;
при Δφ=180o по Bx1 - поляризация горизонтальная; по Вх2 - вертикальная;
при Δφ= 270o по Bx1 - поляризация круговая правого вращения; по Вх2 - круговая левого вращения.The controlled phase shifters (4 ... 11) as part of the antenna array perform two functions:
- on the one hand, they compensate for the non-phase state of the emitted microwave signal caused by:
the difference in phase distributions at the outputs of the dividers (2, 3) from the required ones;
phase shifts due to staggered placement of slots in the aperture;
technological phase deviations in the waveguide channels of the dividers (2, 3) and segments of the U-shaped waveguides (12 ... 19);
this compensation allows you to limit the possible decrease in KU, the increase in UBL and cross polarization;
- on the other hand, they provide a change in the phase of the emitted microwave signal in one sublattice compared to another by Δφ = 90 o , 180 o or 270 o , which allows you to set the type of polarization in the emitted AR, for example:
when Δφ = 0 o according to Bx1 - polarization is vertical; Vh2 - horizontal;
when Δφ = 90 o Bx1 - polarization circular left rotation; Вх2 - circular right rotation;
when Δφ = 180 o according to Bx1 - horizontal polarization; on Вх2 - vertical;
when Δφ = 270 o Bx1 - polarization circular right rotation; Вх2 - circular left rotation.
Известно, что излучающие щели (21) (фиг.2) в плоскости Е имеют уровень излучения во всех направлениях, практически одинаковый, что при большом расстоянии между элементарными излучателями (20) (dщ>λ) приводит к большим интерференционным лепесткам (фиг.3) и, соответственно, низкому коэффициенту усиления в направлении максимума основной диаграммы направленности (ДН). Установка электрических вибраторов (22), перпендикулярных широким стенкам П-образных волноводов (12...19) (параллельно вектору Е излучаемого щелью в этом направлении сигнала), позволяет при определенных размерах электрического вибратора (22) (h=(0,5±0,05)λ) и расстоянии его от центра щели (21) (d= (0,25±0,05)λ) подавить это излучение и направить его в основную ДН, увеличив тем самым КУ АР.It is known that the radiating slots (21) (Fig. 2) in the E plane have a radiation level in all directions that is almost the same, which with a large distance between elementary radiators (20) (d u > λ) leads to large interference lobes (Fig. 3) and, accordingly, a low gain in the direction of the maximum of the main radiation pattern. The installation of electric vibrators (22), perpendicular to the wide walls of the U-shaped waveguides (12 ... 19) (parallel to the vector E of the signal emitted by the slot in this direction), allows for a certain size of the electric vibrator (22) (h = (0.5 ± 0.05) λ) and its distance from the center of the slit (21) (d = (0.25 ± 0.05) λ) suppress this radiation and direct it to the main beam, thereby increasing the QA of the AR.
Технико-экономические преимущества предложенного решения по сравнению с прототипом заключаются в улучшении характеристик излучения (увеличения КУ, снижения УБЛ и кросс поляризации) за счет улучшения фазового распределения в апертуре антенной решетки и увеличения кпд отдельных линеек (отрезков П-образных волноводов со щелями на широкой стенке), а также в обеспечении возможности одновременной работы АР на двух взаимно ортогональных поляризациях при изменении этих поляризаций во времени. The technical and economic advantages of the proposed solution compared to the prototype are to improve the radiation characteristics (increase in gain, decrease in SLL and cross polarization) by improving the phase distribution in the aperture of the antenna array and increasing the efficiency of individual arrays (segments of U-shaped waveguides with slots on a wide wall ), as well as providing the possibility of simultaneous operation of the AR on two mutually orthogonal polarizations when these polarizations change in time.
Результаты практической реализации предложенного технического решения не вызывают сомнения. Изготовлен и прошел испытания макет волноводно-щелевой антенной решетки со следующими характеристиками:
n= 4; количество щелей в каждом отрезке П-образного волновода i=8; a= 0,48λ; d=0,3λ; h=0,48λ; dш г=0,6λ или 1,2λ; dш в≈λ.The results of the practical implementation of the proposed technical solution are not in doubt. A model of a waveguide-slot antenna array with the following characteristics was manufactured and tested:
n is 4; the number of slots in each segment of the U-shaped waveguide i = 8; a = 0.48λ; d = 0.3λ; h = 0.48λ; d w r = 0.6λ or 1.2λ; d w in ≈λ.
Испытания подтвердили достижение заявленного технического эффекта (см. фиг.3, 4). По Вх1 и Вх2 в АР формируются диаграммы направленности со взаимно ортогональными поляризациями, при этом в плоскости φ=0o предложенное шахматное расположение элементарных излучателей (dш г=0,6λ) в совокупности с использованием электрических вибраторов позволяет минимизировать как кросс поляризационные, так и интерференционные лепестки вплоть до θ=90o, а в плоскости φ= 90o введение электрических вибраторов обеспечивает существенное снижение кросс поляризационных, интерференционных лепестков даже при dш в≈λ.Tests confirmed the achievement of the claimed technical effect (see figure 3, 4). By Bx1 and Bx2 radiation patterns are formed in the AR with mutually orthogonal polarizations, while in the plane φ = 0 o the proposed checkerboard arrangement of elementary emitters (d w r = 0.6λ) in combination with the use of electric vibrators allows you to minimize both cross polarization and interference petals up to θ = 90 o , and in the plane φ = 90 o the introduction of electric vibrators provides a significant reduction in cross-polarized, interference petals even when d w in ≈λ.
Проведена экспериментальная проверка изменения поляризации излученного АР сигнала при введении в одну из подрешеток постоянного фазового сдвига одновременно во все фазовращатели: Δφ=90o, 180o и 270o. Установлено, что по Вх1 вертикальная поляризация при этом превращается в круговую левого вращения, затем - в горизонтальную, а затем в круговую правого вращения, а по Вх2 формируется соответственно круговая правого вращения, вертикальная и круговая левого вращения.An experimental verification of the change in the polarization of the emitted AR signal was introduced when a constant phase shift was introduced into one of the sublattices simultaneously into all phase shifters: Δφ = 90 o , 180 o, and 270 o . It was found that in Bx1, the vertical polarization in this case turns into a circular left rotation, then into horizontal, and then into a circular right rotation, and according to Bx2, a circular right rotation, vertical and circular left rotation are formed, respectively.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001118297A RU2206157C2 (en) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | Waveguide-slot antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001118297A RU2206157C2 (en) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | Waveguide-slot antenna array |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2206157C2 true RU2206157C2 (en) | 2003-06-10 |
| RU2001118297A RU2001118297A (en) | 2003-08-27 |
Family
ID=29209919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001118297A RU2206157C2 (en) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | Waveguide-slot antenna array |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2206157C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474933C1 (en) * | 2011-09-13 | 2013-02-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Slot antenna |
| RU2522909C2 (en) * | 2012-11-14 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) | Wave antenna array |
| RU2566644C1 (en) * | 2014-07-29 | 2015-10-27 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения (АО ЦКБА) | Slotted waveguide antenna |
| RU2610824C1 (en) * | 2015-11-27 | 2017-02-15 | Акционерное общество "Московский научно-исследовательский институт "АГАТ" | Resonant slotted-waveguide antenna array with parallel distribution system on unleashed power dividers |
| RU2755338C1 (en) * | 2020-10-12 | 2021-09-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Waveguide-slot radiator |
-
2001
- 2001-07-02 RU RU2001118297A patent/RU2206157C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474933C1 (en) * | 2011-09-13 | 2013-02-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Slot antenna |
| RU2522909C2 (en) * | 2012-11-14 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) | Wave antenna array |
| RU2566644C1 (en) * | 2014-07-29 | 2015-10-27 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения (АО ЦКБА) | Slotted waveguide antenna |
| RU2610824C1 (en) * | 2015-11-27 | 2017-02-15 | Акционерное общество "Московский научно-исследовательский институт "АГАТ" | Resonant slotted-waveguide antenna array with parallel distribution system on unleashed power dividers |
| RU2755338C1 (en) * | 2020-10-12 | 2021-09-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Waveguide-slot radiator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3720953A (en) | Dual polarized slot elements in septated waveguide cavity | |
| US4129872A (en) | Microwave radiating element and antenna array including linear phase shift progression angular tilt | |
| US3623114A (en) | Conical reflector antenna | |
| US3665480A (en) | Annular slot antenna with stripline feed | |
| US5173714A (en) | Slot array antenna | |
| US3599216A (en) | Virtual-wall slot circularly polarized planar array antenna | |
| US3701162A (en) | Planar antenna array | |
| KR100270212B1 (en) | Planar antenna array and associated microstrip radiating element | |
| RU2258285C1 (en) | Planar antenna | |
| JPH0246004A (en) | Square waveguide slot array antenna | |
| US3604010A (en) | Antenna array system for generating shaped beams for guidance during aircraft landing | |
| US4825219A (en) | Slot antenna in circular waveguide | |
| RU2206157C2 (en) | Waveguide-slot antenna array | |
| US3503073A (en) | Two-mode waveguide slot array | |
| US3680142A (en) | Circularly polarized antenna | |
| US4872020A (en) | Slot antenna in circular waveguide | |
| US3995274A (en) | Cylindrically shaped leaky wave antenna | |
| US5087921A (en) | Array beam position control using compound slots | |
| EP0288497B1 (en) | Array beam position control using compound slots | |
| PL94571B1 (en) | ANTENNA SYSTEM WITH THE APPLICATION OF THE PHASE CHANGE SYNTHESIS | |
| US3276026A (en) | Doppler array with plural slotted waveguides and feed switching | |
| CA1147851A (en) | Slot array antenna with amplitude taper across a small circular aperture | |
| JPH0522025A (en) | Parallel plane slot antenna | |
| US4266228A (en) | Circularly polarized crossed slot waveguide antenna array | |
| RU2156524C2 (en) | Microstrip antenna array |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200703 |