RU2250542C1 - Horn antenna - Google Patents
Horn antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2250542C1 RU2250542C1 RU2003119175/09A RU2003119175A RU2250542C1 RU 2250542 C1 RU2250542 C1 RU 2250542C1 RU 2003119175/09 A RU2003119175/09 A RU 2003119175/09A RU 2003119175 A RU2003119175 A RU 2003119175A RU 2250542 C1 RU2250542 C1 RU 2250542C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- coordinate
- horn antenna
- ridges
- horn
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к области радиотехники, в частности к сверхширокополосным рупорным антеннам СВЧ диапазона, и может найти применение в метрологии, в системах связи, в радиодефектоскопии и радиомониторинге, в задачах электромагнитной совместимости (ЭМС).This invention relates to the field of radio engineering, in particular to ultra-wideband horn antennas of the microwave range, and can find application in metrology, in communication systems, in radio defectoscopy and radio monitoring, in problems of electromagnetic compatibility (EMC).
Известна планарная рупорная антенна (патент Англии №1601441, кл. МКИ Н 01 Q 13/20, НКИ H1Q, 1981 г.), излучающая часть которой выполнена в виде печатной симметричной щелевой линии, экспоненциально расширяющейся от входной линии передачи к раскрыву. Переход с симметричной щелевой линии на коаксиальный соединитель осуществляется через микрополосковую линию, установленную ортогонально по отношению к симметричной щелевой линии и расположенную на другой стороне диэлектрической подложки. Для расширения полосы пропускания в боковых кромках экспоненциально расширяющейся поверхности симметричной щелевой линии выполняются прямоугольные вырезы. Недостатком такой планарной рупорной антенны являются ограниченная широкополосность, ограниченная широкополосностью перехода, значительная неравномерность характеристики согласования (КСВ) в рабочей полосе частот рупорной антенны, значительный уровень кроссполяризационной составляющей поля, низкий уровень предельной мощности.Known planar horn antenna (England patent No. 1601441, class MKI H 01
Наиболее близким техническим решением - прототипом является двухгребневая рупорная антенна (Double - Ridged Waveguide Horn, Model 3115, Antenna Catalog, pp. 27-29, ETS LINDGREN, An ESCO Technolodies Company, Copyright 2002 by EMO Test Systems, L.P. Printed in the United States of America, www.ets-lindgren.com), содержащая прямоугольный рупор, внутри которого установлены два металлических гребня, торец прямоугольного рупора закрыт металлической заглушкой, на которой установлен коаксиальный соединитель, первые две противоположные грани прямоугольного рупора выполнены металлическими в форме равнобочной трапеции, а вторые две противоположные грани выполнены из диэлектрического листового материала с рядом печатных контактных элементов, которые гальванически соединены с соответствующими первыми двумя металлическими гранями, при этом на первых двух металлических гранях с внутренней стороны прямоугольного рупора по центру равнобочной трапеции установлены два металлических гребня соответственно, а поверхности первого и второго металлических гребней в направлении от раскрыва рупора к металлической заглушке выполнены расширяющимися по нелинейному закону. Центральный проводник коаксиального соединителя подключен к одному из металлических гребней, а земляной проводник - к другому металлическому гребню.The closest technical solution - the prototype - is a double-headed horn antenna (Double - Ridged Waveguide Horn, Model 3115, Antenna Catalog, pp. 27-29, ETS LINDGREN, An ESCO Technolodies Company, Copyright 2002 by EMO Test Systems, LP Printed in the United States of America, www.ets-lindgren.com), containing a rectangular horn inside which two metal ridges are installed, the end of the rectangular horn is closed with a metal plug on which a coaxial connector is mounted, the first two opposite sides of the rectangular horn are made of metal in the form of an isosceles trapezoid, and second two against the positive faces are made of dielectric sheet material with a series of printed contact elements that are galvanically connected to the corresponding first two metal faces, while on the first two metal faces from the inside of the rectangular horn, two metal ridges are installed in the center of the equal-shaped trapezoid, respectively, and the surfaces of the first and second metal ridges in the direction from the mouth of the mouth to the metal plug are made expanding according to a nonlinear law. The central conductor of the coaxial connector is connected to one of the metal ridges, and the earth conductor to another metal ridge.
Недостатками известного технического решения являются высокий уровень неравномерности характеристики согласования (КСВН) в рабочей полосе частот и особенно на краях диапазона, значительный уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, невозможность формирования линейной фазочастотной характеристики для работы со сверхширокополосными сигналами (СШПС), сложная конструкция перехода на коаксиальный соединитель.The disadvantages of the known technical solutions are the high level of non-uniformity of the matching characteristic (VSWR) in the operating frequency band and especially at the edges of the range, a significant level of cross-polarization component of the electric field, the inability to form a linear phase-frequency characteristic for working with ultra-wideband signals (UWB), and a complex design for switching to a coaxial connector .
Технической задачей данного изобретения является создание рупорной антенны с высоким уровнем согласования в рабочем диапазоне частот, с незначительной величиной неравномерности характеристики согласования в рабочем диапазоне частот, с низким уровнем кроссполяризационной составляющей поля, с линейной фазочастотной характеристикой, с простой конструкцией перехода на коаксиальный соединитель.The technical task of this invention is to provide a horn antenna with a high level of matching in the operating frequency range, with a slight unevenness of the matching characteristics in the working frequency range, with a low level of cross-polarization field component, with a linear phase-frequency characteristic, with a simple transition design to the coaxial connector.
Поставленная задача решается тем, что в рупорной антенне, содержащей прямоугольный рупор, размещенный в прямоугольной системе координат, и первый и второй металлические гребни, при этом раскрыв прямоугольного рупора расположен на первой координатной плоскости, а торец прямоугольного рупора закрыт металлической заглушкой, на которой установлен коаксиальный соединитель, причем первые две, противоположные друг другу, грани прямоугольного рупора выполнены металлическими в форме равнобочной трапеции, которые установлены перпендикулярно второй координатной плоскости, а вторые две другие, противоположные друг другу, грани прямоугольного рупора выполнены в виде ряда контактных элементов, которые гальванически соединены с соответствующими первыми двумя металлическими гранями, при этом на первые две металлические грани с внутренней стороны прямоугольного рупора установлены первый и второй металлические гребни соответственно, поверхности первого и второго металлических гребней параллельны второй координатной плоскости и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости соответственно, при этом координатная линия, соответствующая пересечению второй и третьей координатных плоскостей, является продольной осью рупорной антенны, причем точки начала боковых кромок первого и второго металлических гребней расположены на первой координатной плоскости, а поверхности первого и второго металлических гребней со стороны третьей координатной плоскости в направлении продольной оси антенны от первой координатной плоскости к металлической заглушке, ограниченные первой боковой кромкой, выполнены расширяющимися по одинаковому закону, введен третий металлический гребень, идентичный второму металлическому гребню и установленный с ним на одной металлической грани прямоугольного рупора, при этом плоскость симметрии первого металлического гребня совмещена со второй координатной плоскостью, а второй и третий металлические гребни установлены симметрично относительно первого металлического гребня по обе стороны от него соответственно и на одинаковом расстоянии от него, при этом поверхности первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченные первой боковой кромкой соответственно, пересекаются на одной прямой, образуемой пересечением второй координатной плоскости с первой координатной поверхностью, а от точек пересечения второй координатной поверхности с первым, вторым и третьим металлическими гребнями на поверхности первых двух металлических гранях прямоугольного рупора соответственно, в направлении продольной оси рупорной антенны до третьей координатной поверхности первый, второй и третий металлические гребни, ограниченные второй боковой кромкой соответственно, выполнены суживающимися по одинаковому закону, причем поверхности первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченные с одной стороны первой боковой кромкой и с другой стороны второй боковой кромкой в плоскости третьей координатной поверхности, имеют одинаковую ширину, при этом поверхность первого металлического гребня, ограниченная с боков первой и второй боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки выполнена в форме ленты, которая в плоскости металлической заглушки рупорной антенны подсоединена к центральному проводнику коаксиального соединителя, причем поверхности второго и третьего металлических гребней, ограниченные с одной и другой стороны первой и второй боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки рупорной антенны выполнены расширяющимися по одинаковому закону и гальванически соединены с металлической заглушкой, к которой подсоединен земляной проводник коаксиального соединителя.The problem is solved in that in a horn antenna containing a rectangular horn, placed in a rectangular coordinate system, and the first and second metal ridges, while the opening of the rectangular horn is located on the first coordinate plane, and the end face of the rectangular horn is closed with a metal plug on which the coaxial a connector, the first two, opposite to each other, faces of a rectangular horn made of metal in the form of an isosceles trapezoid, which are installed perpendicular the second coordinate plane, and the second two other, opposite each other, faces of a rectangular horn are made in the form of a series of contact elements that are galvanically connected to the corresponding first two metal faces, while the first and second metal are installed on the first two metal faces on the inside of the rectangular horn ridges, respectively, the surfaces of the first and second metal ridges are parallel to the second coordinate plane and are located in the upper and lower half-planes from relative to the third coordinate plane, respectively, while the coordinate line corresponding to the intersection of the second and third coordinate planes is the longitudinal axis of the horn antenna, and the points of origin of the lateral edges of the first and second metal ridges are located on the first coordinate plane, and the surface of the first and second metal ridges is on the side the third coordinate plane in the direction of the longitudinal axis of the antenna from the first coordinate plane to the metal plug, bounded by the first With the help of a straight edge, made expanding according to the same law, a third metal ridge is introduced, identical to the second metal ridge and installed with it on one metal face of a rectangular horn, while the plane of symmetry of the first metal ridge is aligned with the second coordinate plane, and the second and third metal ridges are installed symmetrically relative to the first metal ridge on both sides of it, respectively, and at the same distance from it, while the surface of the first, second and the third metal ridges, bounded by the first lateral edge, respectively, intersect on one straight line formed by the intersection of the second coordinate plane with the first coordinate surface, and from the intersection points of the second coordinate surface with the first, second and third metal ridges on the surface of the first two metal faces of the rectangular horn, respectively , in the direction of the longitudinal axis of the horn antenna to the third coordinate surface, the first, second and third metal ridges, limited the second lateral edge, respectively, are made tapering according to the same law, and the surfaces of the first, second and third metal ridges, bounded on one side by the first lateral edge and on the other side by the second lateral edge in the plane of the third coordinate surface, have the same width, while the surface of the first a metal ridge, bounded laterally by the first and second lateral edges, respectively, on a segment from the third coordinate surface to the metal plug is made in a tape that in the plane of the metal plug of the horn antenna is connected to the central conductor of the coaxial connector, the surfaces of the second and third metal ridges bounded on one and the other side by the first and second side edges, respectively, on a segment from the third coordinate surface to the metal plug of the horn antenna expanding by the same law and galvanically connected to a metal plug to which an earth conductor of coaxial soy is connected diner.
Рупорная антенна структурно представляет собой прямоугольный рупор, первые две, противоположные друг другу, боковые грани которого выполнены металлическими, а две другие - в виде набора нескольких контактных элементов, гальванически соединяющих между собой первые две грани, соответственно. Внутри рупора размещена трехгребневая плоскопараллельная металлическая структура, в которой первый гребень установлен на одной металлической боковой грани, а второй и третий металлические гребни установлены на другой металлической грани и размещены по обе стороны симметрично относительно первого металлического гребня.The horn antenna is structurally a rectangular horn, the first two opposite to each other, the side faces of which are made of metal, and the other two in the form of a set of several contact elements galvanically connecting the first two faces, respectively. Inside the horn there is a three-ridged plane-parallel metal structure in which the first ridge is mounted on one metal side face and the second and third metal ridges are mounted on the other metal face and placed symmetrically on both sides with respect to the first metal ridge.
Излучающая часть рупорной антенны представляет собой трехгребневую плоскопараллельную структуру, адекватно моделируемую трехуровневой, неоднородной, секторного типа несимметричной щелевой линией (ТНЩЛ) без перекрытия, ширина которой сужается от раскрыва рупора (первая координатная плоскость) до нулевого перекрытия ТНЩЛ (первая координатная поверхность), когда первые боковые кромки первого, второго и третьего металлических гребней, образующих ТНЩЛ, лежат на одной прямой, соответствующей пересечению второй координатной плоскости с первой координатной поверхностью. В такой трехуровневой структуре вектор напряженности электрического поля Е электромагнитной волны типа Н10 ТНЩЛ максимально и симметрично сосредоточен в области между первым-вторым и вторым-третьим металлическими гребнями. Такая излучающая структура рупорной антенны позволяет улучшить согласование и уменьшить неравномерность характеристики согласования в диапазоне рабочих частот, а также обеспечить низкий уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля.The radiating part of the horn antenna is a three-ridged plane-parallel structure adequately modeled by a three-level, inhomogeneous, sector-type asymmetric slit line (TSCH) without overlap, the width of which tapers from the mouth of the horn (first coordinate plane) to zero overlap of the TSChL (first coordinate surface), when the lateral edges of the first, second, and third metal ridges forming a TNL lie on a straight line corresponding to the intersection of the second coordinate plane with ne ditch coordinate surface. In such a three-level structure, the electric field vector E of the electromagnetic wave type H 10 TNSCH is maximally and symmetrically concentrated in the region between the first-second and second-third metal ridges. Such a radiating structure of the horn antenna allows to improve matching and reduce the unevenness of the matching characteristics in the range of operating frequencies, as well as to provide a low level of cross-polarization component of the electric field.
Форма выполнения металлических гребней такова, что на первом отрезке от первой координатной плоскости до второй координатной поверхности по контуру первой боковой кромки поверхности первого, второго и третьего металлических гребней расширяются, на втором отрезке от второй координатной поверхности до первой координатной поверхности, соответствующей точке нулевого перекрытия ТНЩЛ, по первой и второй боковым кромкам поверхности первого, второго и третьего металлических гребней сужаются и на третьем отрезке от первой координатной поверхности до третьей координатной поверхности происходит дальнейшее сужение поверхностей и на третьей координатной поверхности ширина поверхностей первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой и второй боковым кромкам, имеет одинаковую ширину. Таким образом на отрезке от второй координатной поверхности до первой координатной поверхности происходит импедансное, а на отрезке от первой координатной поверхности до третьей координатной поверхности происходит модо-импедансное преобразование ТНЩЛ с волной типа Н10 в симметричную полосковую линию (СПЛ) с волной типа ТЕМ. На отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки поверхность первого металлического гребня, ограниченная первой и второй боковыми кромками, выполнена в виде металлической полоски и является токонесущим проводником с волной типа ТЕМ, к которому со стороны металлической заглушки подключен центральный проводник коаксиального соединителя. Поверхности второго и третьего металлического гребня, ограниченные первой и второй боковыми кромками, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки выполнены расширяющимися, формируя тем самым экспоненциальное согласующее устройство для металлической полоски. На металлической заглушке первый и второй металлические гребни гальванически соединены с ней и к ним подсоединен земляной проводник коаксиального соединителя. Такая конструкция обеспечивает рупорной антенне высокий уровень согласования (КСВ≤1,5) во всем рабочем диапазоне частот.The shape of the metal ridges is such that in the first segment from the first coordinate plane to the second coordinate surface along the contour of the first lateral edge, the surfaces of the first, second and third metal ridges expand, in the second segment from the second coordinate surface to the first coordinate surface corresponding to the zero overlap point , along the first and second lateral edges, the surfaces of the first, second and third metal ridges taper and in the third segment from the first coordinate axis ited to a third coordinate surface is further narrowing surfaces and on the third coordinate surface width surfaces of the first, second and third metal ridges bounded the first and second side edges, has the same width. Thus, in the interval from the second coordinate surface to the first coordinate surface, an impedance occurs, and in the segment from the first coordinate surface to the third coordinate surface, the mode-impedance conversion of the TNL with a wave of type H 10 to a symmetrical strip line (SPL) with a wave of type TEM occurs. In the interval from the third coordinate surface to the metal plug, the surface of the first metal ridge, limited by the first and second side edges, is made in the form of a metal strip and is a current-carrying conductor with a wave of the TEM type, to which the central conductor of the coaxial connector is connected from the side of the metal plug. The surfaces of the second and third metal ridge, bounded by the first and second lateral edges, are made expanding on the segment from the third coordinate surface to the metal plug, thereby forming an exponential matching device for the metal strip. On the metal plug, the first and second metal ridges are galvanically connected to it and an earth conductor of the coaxial connector is connected to them. This design provides the horn antenna with a high level of matching (SWR ≤1.5) in the entire operating frequency range.
Рупорная антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности первого, второго и третьего металлического гребня, ограниченной первой боковой кромкой соответственно, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности, описываемым линейной функцией. Рупорная антенна с линейный законом расширения апертуры имеет линейную фазочастотную характеристику.The horn antenna can be made with the law of expansion of the surface of the first, second and third metal ridge bounded by the first lateral edge, respectively, in a segment from the first coordinate plane to the first coordinate surface described by a linear function. A horn antenna with a linear law of expansion of the aperture has a linear phase-frequency characteristic.
Рупорная антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности первого, второго и третьего металлического гребня, ограниченной первой боковой кромкой соответственно, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности, описываемым: функцией вида y=а+b(с+dx)±m/n, где а, b, с и d - коэффициенты, задаются действительными числами; m, n - целые положительные простые числа; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны; или функцией вида y=aebx+сеdx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны.The horn antenna can be made with the law of expansion of the surface of the first, second and third metal ridge bounded by the first lateral edge, respectively, in a segment from the first coordinate plane to the first coordinate surface, described by a function of the form y = a + b (c + dx) ± m / n , where a, b, c and d are coefficients, are given by real numbers; m, n are positive integer primes; x is the coordinate corresponding to the longitudinal axis of the horn antenna; or a function of the form y = ae bx + ce dx , where a, b, c, d are coefficients, are given by real numbers; x is the coordinate corresponding to the longitudinal axis of the horn antenna.
Рупорная антенна может быть выполнена с законом сужения поверхности первого, второго и третьего металлического гребня, ограниченной второй боковой кромкой соответственно, на отрезке от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности, описываемым: функцией вида у=а+b(с+dx)±m/n, где а, b, с и d - коэффициенты, задаются действительными числами; m, n - целые положительные простые числа; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны; или функцией вида y=aebx+сеdx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны.The horn antenna can be made with the law of narrowing the surface of the first, second and third metal ridge, bounded by the second lateral edge, respectively, on a segment from the second coordinate surface to the third coordinate surface, described by a function of the form y = a + b (c + dx) ± m / n , where a, b, c and d are coefficients, are given by real numbers; m, n are positive integer primes; x is the coordinate corresponding to the longitudinal axis of the horn antenna; or a function of the form y = ae bx + ce dx , where a, b, c, d are coefficients, are given by real numbers; x is the coordinate corresponding to the longitudinal axis of the horn antenna.
Рупорная антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности второго и третьего металлического гребня, ограниченной первой и второй боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки, описываемым: функцией вида у=а+b(с+dx)±m/n, где а, b, с и d - коэффициенты, задаются действительными числами; m, n - целые положительные простые числа; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны; или функцией вида y=aebx+сеdx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны.The horn antenna can be performed with the law of expansion of the surface of the second and third metal ridge bounded by the first and second side edges, respectively, on a segment from the third coordinate surface to the metal plug described by a function of the form y = a + b (c + dx) ± m / n , where a, b, c and d are coefficients, are given by real numbers; m, n are positive integer primes; x is the coordinate corresponding to the longitudinal axis of the horn antenna; or a function of the form y = ae bx + ce dx , where a, b, c, d are coefficients, are given by real numbers; x is the coordinate corresponding to the longitudinal axis of the horn antenna.
Выбор законов выполнения поверхностей первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой и второй боковыми кромками, описываемых линейной или степенной, или экспоненциальной функцией, определяeтся как многопараметрическая задача, функционально зависящая от следующих параметров: величины зазора между гребнями, толщины металлических гребней, диапазонов рабочих частот, заданных уровнем согласования и уровнем неравномерности характеристики согласования в рабочем диапазоне частот рупорной антенны, геометрических размеров раскрыва апертуры рупора, продольного размера рупора. Оптимизация законов поверхности первого, второго и третьего металлических гребней обеспечивает рупорной антенне высокий уровень согласования, низкий уровень неравномерности характеристики согласования во всем диапазоне рабочих частот антенны, низкий уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, уровень боковых лепестков (БЛ).The choice of laws for the execution of the surfaces of the first, second and third metal ridges bounded by the first and second lateral edges, described by a linear or power-law or exponential function, is defined as a multi-parameter problem, functionally dependent on the following parameters: the size of the gap between the ridges, the thickness of the metal ridges, and the ranges of working frequencies specified by the level of matching and the level of unevenness of the matching characteristics in the operating frequency range of the horn antenna, geometric p zmerov aperture of the aperture of the horn, the longitudinal dimension of the horn. Optimization of the laws of the surface of the first, second and third metal ridges provides a horn antenna with a high level of matching, a low level of uneven matching characteristics in the entire range of antenna operating frequencies, a low level of cross-polarization component of the electric field, and the level of side lobes (BL).
Рупорная антенна может быть выполнена с контактными элементами в различном конструктивном исполнении, например: - в виде металлических штырей; - в печатном исполнении в виде металлических полосок на диэлектрическом материале. Контактные элементы выполняют функции согласующих устройств и определяются законами, описывающими поверхности металлических гребней по контуру первой и второй боковых кромок, и их наличие позволяет оптимизировать характеристики согласования и уровень БЛ.The horn antenna can be made with contact elements in various designs, for example: - in the form of metal pins; - in printed form in the form of metal strips on a dielectric material. Contact elements perform the functions of matching devices and are determined by laws describing the surfaces of metal ridges along the contour of the first and second lateral edges, and their presence allows us to optimize the matching characteristics and the BL level.
Рупорная антенна может быть выполнена с различным видом заполнения листовым диэлектрическим материалом полости рупора: пространства между первым и вторым, вторым и третьим металлическими гребнями; размещение на внешней, по отношению ко второй координатной плоскости, поверхности второго и третьего металлических гребней соответственно; пространства между первым и вторым, вторым и третьим металлическими гребнями и на внешней поверхности второго и третьего металлических гребней. Относительная диэлектрическая проницаемость листового материала может послойно комбинироваться, создавая многослойную с послойно-неоднородным диэлектрическим заполнением структуру. Кроме того, рупорная антенна может быть выполнена с полным заполнением внутренней полости рупора диэлектрическим материалом.The horn antenna can be made with a different type of filling with a sheet of dielectric material of the horn cavity: the space between the first and second, second and third metal ridges; placement on the external, with respect to the second coordinate plane, surface of the second and third metal ridges, respectively; the space between the first and second, second and third metal ridges and on the outer surface of the second and third metal ridges. The relative permittivity of the sheet material can be combined layer by layer, creating a multilayer structure with a layer-by-layer inhomogeneous dielectric filling. In addition, the horn antenna can be made with a complete filling of the inner cavity of the horn with dielectric material.
Размещение диэлектрического материала внутри полости рупора позволяет оптимизировать: уровень согласования и уровень неравномерности характеристики согласования, уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, диаграмму направленности (ДН) и уровень БЛ, а также обеспечить жесткость конструкции и механическую прочность, а также выполнять функции защитного покрытия (обтекателя) от внешних климатических воздействий при использовании на открытом пространстве или при наличии агрессивных сред.The placement of the dielectric material inside the cavity of the horn allows you to optimize: the level of matching and the level of unevenness of the matching characteristics, the level of the cross-polarization component of the electric field, the radiation pattern (LH) and the BL level, as well as providing structural rigidity and mechanical strength, as well as performing the functions of a protective coating (fairing) from external climatic influences when used in open space or in the presence of aggressive environments.
Рупорная антенна может быть выполнена с покрытием внешней, по отношению к третьей координатной плоскости, поверхности первых двух металлических граней прямоугольного рупора радиопоглощающим материалом, что позволяет уменьшить затекание поверхностного электрического тока на внешнюю поверхность металлических граней и тем самым уменьшить уровень БЛ.The horn antenna can be coated with the external, with respect to the third coordinate plane, surface of the first two metal faces of the rectangular horn with radar absorbing material, which allows to reduce the leakage of surface electric current to the external surface of the metal faces and thereby reduce the BL level.
Металлические гребни рупорной антенны могут быть выполнены конечной толщины, а кромки ребра у второго и третьего металлических гребней могут быть выполнены закругленными. Выполнение металлических гребней конечной толщины и с закругленными кромками позволяет значительно увеличить предельную мощность рупорной антенны.The metal ridges of the horn antenna can be made of finite thickness, and the edges of the ribs at the second and third metal ridges can be rounded. The implementation of metal ridges of finite thickness and with rounded edges can significantly increase the ultimate power of the horn antenna.
Металлические гребни рупорной антенны могут быть выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале, например первый металлический гребень выполнен конечной толщины, а второй и третий металлические гребни выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале, или все металлические гребни выполнены в печатном исполнении. Такое выполнение рупорной антенны позволяет расширить рабочий диапазон частот рупорной антенны в область низких частот, оптимизировать характеристики согласования, ДН и уровень БЛ.The metal ridges of the horn antenna can be made in printed form on dielectric material, for example, the first metal ridge is made of finite thickness, and the second and third metal ridges are made in printed form on dielectric material, or all metal ridges are made in printed form. This embodiment of the horn antenna allows you to expand the operating frequency range of the horn antenna in the low frequency region, to optimize the matching characteristics, DN and BL level.
На фиг.1 изображен общий вид рупорной антенны; на фиг.2 - конструкция рупорной антенны; на фиг.3 - проекция второго и третьего металлических гребней на первый металлический гребень, например, с линейным законом поверхности первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой боковой кромкой, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности, и с экспоненциальным законом первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных второй боковой кромкой, на отрезке от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности, и экспоненциальным законом второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой и второй боковыми кромками, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки; на фиг.4 - проекция второго и третьего металлических гребней на первый металлический гребень, например, с экспоненциальным законом поверхности первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой боковой кромкой, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности, с экспоненциальным законом первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных второй боковой кромкой, на отрезке от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности и экспоненциальным законом второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой и второй боковыми кромками, на отрезке от первой координатной поверхности до металлической заглушки; на фиг.5 - общий вид на рупорную антенну со стороны апертуры; на фиг.6 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при выполнении контактных элементов в печатном исполнении на диэлектрическом материале; на фиг.7 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при установке между первым-вторым и вторым-третьим металлическими гребнями диэлектрических пластин; на фиг.8 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при установке с внешней стороны второго и третьего металлических гребней диэлектрических пластин; на фиг.9 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при установке диэлектрических пластин с внешней стороны второго и третьего и между первым-вторым и вторым-третьим металлическими гребнями; на фиг.10 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при полном заполнении внутреннего объема рупора диэлектрическим материалом; на фиг.11 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при выполнении ребра по внешней кромке второго и третьего металлических гребней закругленными; на фиг.12 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при выполнении первого металлического гребня конечной толщины, а второго и третьего металлических гребней - в печатном исполнении на диэлектрическом материале; на фиг.13 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при выполнении первого, второго и третьего металлических гребней в печатном исполнении на диэлектрическом материале; на фиг.14 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при выполнении контактных элементов и первого, второго и третьего металлических гребней в печатном исполнении на диэлектрическом материале.Figure 1 shows a General view of a horn antenna; figure 2 - design of a horn antenna; figure 3 - the projection of the second and third metal ridges on the first metal ridge, for example, with a linear law of the surface of the first, second and third metal ridges bounded by the first lateral edge, on a segment from the first coordinate plane to the first coordinate surface, and with an exponential law the first, second and third metal ridges bounded by the second lateral edge, on the segment from the second coordinate surface to the third coordinate surface, and the exponential law of the second and the third metal ridges, bounded by the first and second lateral edges, on a segment from the third coordinate surface to the metal plug; figure 4 - the projection of the second and third metal ridges on the first metal ridge, for example, with an exponential law of the surface of the first, second and third metal ridges bounded by the first lateral edge, in a segment from the first coordinate plane to the first coordinate surface, with the exponential law of the first , the second and third metal ridges, bounded by the second lateral edge, on the segment from the second coordinate surface to the third coordinate surface and the exponential law of the second horn and third metal ridges, bounded by the first and second lateral edges, on a segment from the first coordinate surface to the metal plug; figure 5 is a General view of the horn antenna from the side of the aperture; Fig.6 is a view of the horn antenna from the side of the aperture when performing contact elements in a printed version on a dielectric material; Fig.7 is a view of the horn antenna from the side of the aperture when installed between the first-second and second-third metal ridges of dielectric plates; on Fig - view of the horn antenna from the side of the aperture when installed on the outside of the second and third metal ridges of the dielectric plates; figure 9 is a view of the horn antenna from the side of the aperture when installing dielectric plates on the outside of the second and third and between the first-second and second-third metal ridges; figure 10 is a view of the horn antenna from the side of the aperture when the internal volume of the horn is completely filled with dielectric material; figure 11 is a view of the horn antenna from the side of the aperture when making a rib along the outer edge of the second and third metal ridges rounded; on Fig - view of the horn antenna from the side of the aperture when performing the first metal ridge of finite thickness, and the second and third metal ridges - in printed form on a dielectric material; on Fig is a view of the horn antenna from the side of the aperture when performing the first, second and third metal ridges in a printed version on a dielectric material; on Fig - view of the horn antenna from the aperture when performing contact elements and the first, second and third metal ridges in a printed version on a dielectric material.
Рупорная антенна 1 (фиг.1 и 2) содержит прямоугольный рупор 2, размещенный в прямоугольной системе координат, и первый 3 и второй 4 металлические гребни, при этом раскрыв прямоугольного рупора 2 расположен на первой координатной плоскости 5, а торец прямоугольного рупора 2 закрыт металлической заглушкой 6, на которой установлен коаксиальный соединитель 7, причем первые две, противоположные друг другу, грани 8 и 9 соответственно прямоугольного рупора 2 выполнены металлическими в форме равнобочной трапеции, которые установлены перпендикулярно второй координатной плоскости 10, а вторые две другие, противоположные друг другу, грани 11 и 12 соответственно прямоугольного рупора 2 выполнены в виде ряда контактных элементов 13, концы которых гальванически соединены с соответствующими первыми двумя металлическими гранями 8 и 9, при этом на первую 8 и вторую 9 металлические грани с внутренней стороны прямоугольного рупора 2 установлены первый и второй металлические гребни 3 и 4 соответственно, поверхности которых параллельны второй координатной плоскости 10 и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости 14 соответственно, при этом координатная линия, соответствующая пересечению второй 10 и третьей 14 координатных плоскостей, является продольной осью 15 рупорной антенны 1, причем точки начала первых боковых кромок 16 первого 3 и второго 4 металлических гребней расположены на первой координатной плоскости 5, а поверхности первого 3 и второго 4 металлических гребней со стороны третьей координатной плоскости 14 в направлении продольной оси 15 рупорной антенны 1 от первой координатной плоскости 5 к металлической заглушке 6, ограниченные первой боковой кромкой 16, выполнены расширяющимися по одинаковому закону, при этом введен третий металлический гребень 17, идентичный второму металлическому гребню 4 и установленный с ним на одной металлической грани 9 прямоугольного рупора 2, при этом плоскость симметрии первого металлического гребня 3 совмещена со второй координатной плоскостью 10, а второй 4 и третий 17 металлические гребни установлены симметрично относительно первого 3 металлического гребня по обе стороны от него и на одинаковом расстоянии от него, при этом поверхности первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней, ограниченные первой боковой кромкой 16 соответственно, пересекаются на одной прямой, образуемой пересечением второй координатной плоскости 10 с первой координатной поверхностью 18, а от точек пересечения второй координатной поверхности 19 с первым 3, вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями на поверхности первых двух 8 и 9 металлических гранях прямоугольного рупора 2 соответственно, в направлении продольной оси 15 рупорной антенны 1 до третьей координатной поверхности 21 первый 3, второй 4 и третий 17 металлические гребни, ограниченные второй боковой кромкой 20 соответственно, выполнены суживающимися по одинаковому закону, причем поверхности первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней, ограниченные с одной стороны первой боковой кромкой 16 и с другой стороны второй боковой кромкой 20 в плоскости третьей координатной поверхности 21, имеют одинаковую ширину, при этом поверхность первого металлического гребня 3, ограниченная первой 16 и второй 20 боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности 21 до металлической заглушки 6 выполнена в форме металлической ленты 22, а в плоскости металлической заглушки 6 рупорной антенны 1 к ней подсоединен центральный проводник коаксиального соединителя 7, причем поверхности второго 4 и третьего 17 металлических гребней, ограниченные с одной и другой стороны первой 16 и второй 20 боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности 21 до металлической заглушки 6 рупорной антенны 1 выполнены расширяющимися по одинаковому закону и гальванически соединены с металлической заглушкой 6, к которой подсоединен земляной проводник коаксиального соединителя 7.The horn antenna 1 (FIGS. 1 and 2) contains a rectangular horn 2 located in a rectangular coordinate system, and the first 3 and second 4 metal ridges, while opening the rectangular horn 2 is located on the
Рупорная антенна 1 может быть выполнена с законом поверхности первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней, ограниченной первой боковой кромкой 16 на отрезке от первой координатной плоскости 5 до первой координатной поверхности 18, описываемым не линейной функцией (фиг.3), а описываемым экспоненциальной функцией (фиг.4). При этом в обоих случаях (фиг.3 и 4) металлические гребни 3, 4 и 17, ограниченные второй боковой кромкой 20 на отрезке от второй координатной поверхности 18 до третьей координатной поверхности 21, выполнены с законом поверхности, описываемым экспоненциальной функцией, а ограниченные первой боковой кромкой 16 и второй боковой кромкой 20 на отрезке от третьей координатной поверхности 21 до металлической заглушки 6, выполнены с законом поверхности, описываемым экспоненциальной функцией.The horn antenna 1 can be made with the law of the surface of the first 3, second 4 and third 17 metal ridges bounded by the first
Общий вид на рупорную антенну 1 со стороны апертуры представлен на фиг.5. Возможны следующие конструктивные модификации выполнения рупорной антенны 1: выполнение контактных элементов 13 в печатном исполнении на диэлектрической пластине 23 (фиг.6); установка между первым 3 и вторым 4 и вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями диэлектрических пластин 23 (фиг.7); установка с внешней стороны второго 4 и третьего 17 металлических гребней диэлектрических пластин 23 (фиг.8); установка с внешней стороны второго 4 и третьего 17 и между первым 3 и вторым 4 и вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями диэлектрических пластин 23 (фиг.9); полное заполнение внутреннего объема рупора 2 диэлектрическим материалом 23 (фиг.10); выполнение внешней кромки ребра 24 второго 4 и третьего 17 металлических гребней закругленными (фиг.11); выполнение первого 3 металлического гребня конечной толщины, а второго 4 и третьего 17 металлических гребней в печатном исполнении на диэлектрических пластинах 23 (фиг.12); выполнение первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней в печатном исполнении на диэлектрических пластинах 23 (фиг.13); выполнение контактных элементов 13 и первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней в печатном исполнении на диэлектрических пластинах 23 (фиг.14).A General view of the horn antenna 1 from the aperture is shown in Fig.5. The following structural modifications of the horn antenna 1 are possible: the implementation of the
Рупорная антенна работает следующим образом.The horn antenna operates as follows.
Рупорная антенна 1 (фиг.1 и 2) состоит из трех основных частей: первая часть - апертура, представляющая собой неоднородную секторного типа НЩЛ без перекрытия, образованную первым 3, вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями на отрезке от первой координатной плоскости 5 до первой координатной поверхности 18; вторая часть - модо-импедансный трансформатор, образованный первым 3, вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями на отрезке от второй координатной поверхности 19 до третьей координатной поверхности 21; третья часть - согласующий трансформатор, образованный первым 3, вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями на отрезке от третьей координатной поверхности 21 до металлической заглушки 6.The horn antenna 1 (Figs. 1 and 2) consists of three main parts: the first part is the aperture, which is an inhomogeneous sector type NSCH without overlap, formed by the first 3, second 4, and third 17 metal ridges in the segment from the
В режиме излучения рупорной антенны 1 входной СВЧ сигнал волны типа ТЕМ через коаксиальный соединитель 7, например 50-омный, размещенный на металлической заглушке 6, поступает в СПЛ согласующего трансформатора (третья часть), в котором металлическая лента 22 является полосковым токонесущим проводником, а второй 4 и третий 17 металлические гребни являются земляными проводниками. В согласующем трансформаторе происходит плавная трансформация волны ТЕМ СПЛ с широкими земляными проводниками к волне типа квази-ТЕМ СПЛ с одинаковой шириной центрального и земляных проводников (третья координатная плоскость 21). На второй части, на отрезке от третьей координатной поверхности 21 до первой координатной поверхности 18 происходит плавная модо-импедансная трансформация волны типа квази-ТЕМ СПЛ в волну типа Н10 ТНЩЛ. Сформировавшаяся в ТНЩЛ волна типа Н10 поступает на плавно расширяющуюся ТНЩЛ рупорной антенны 1 - апертуру (первая часть), где и происходит излучение в направлении продольной оси 15, как описано, например, Janaswamy R., Snaubert D.H., Radio Science, vol. 21, №5, Sept.-Oct. 1986, pp. 797-804. Раскрыв сектора ТНЩЛ на первой координатной плоскости 5 является раскрывом рупорной антенны 1.In the radiation mode of the horn antenna 1, the input microwave signal of the TEM type wave through a coaxial connector 7, for example, a 50-ohm connector located on a
Геометрический размер раскрыва апертуры (сечение ТНЩЛ) рупорной антенны 1 на первой координатной плоскости 5 определяет максимальную длину волны λmax рабочего диапазона длин волн рупорной антенны 1, а минимальная длина волны λmin рабочего диапазона длин волн определяется сечением ТНЩЛ в области, близкой к точке с нулевым перекрытием ТНЩЛ, т.е. с точки, с которой начинается возбуждение волн высших типов. Минимальная длина волны λmin рупорной антенны 1 меньше λmin рупорной антенны прототипа и с лучшим уровнем характеристики согласования за счет конструкции перехода от излучающей части антенны к коаксиальному соединителю.The geometrical size of the aperture opening (TNL section) of the horn antenna 1 on the
Длина первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней рупорной антенны 1 вдоль продольной оси 15 на отрезке от первой координатной плоскости 5 до первой координатной поверхности 18 и закон расширения по первой боковой кромке определяют диапазонные свойства, характеристику согласования, ширину ДН, КУ и уровень БЛ.The length of the first 3, second 4, and third 17 metal ridges of the horn antenna 1 along the
Рупорная антенна 1 излучает или принимает электромагнитные волны линейной поляризации с ориентацией вектора напряженности электрического поля параллельно металлическим гребням.The horn antenna 1 emits or receives electromagnetic waves of linear polarization with the orientation of the electric field vector parallel to the metal ridges.
Полная геометрическая и электрическая симметрия для первого 3 металлического гребня относительно второго 4 и третьего 17 металлических гребней рупорной антенны 1 обеспечивает значительно низкий уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля.Full geometric and electrical symmetry for the first 3 metal ridges relative to the second 4 and third 17 metal ridges of the horn antenna 1 provides a significantly low level of cross-polarization component of the electric field.
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003119175/09A RU2250542C1 (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Horn antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003119175/09A RU2250542C1 (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Horn antenna |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003119175A RU2003119175A (en) | 2004-12-27 |
| RU2250542C1 true RU2250542C1 (en) | 2005-04-20 |
Family
ID=35634943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003119175/09A RU2250542C1 (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Horn antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2250542C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488925C1 (en) * | 2011-11-23 | 2013-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Ultra-wideband antenna |
| RU2552232C2 (en) * | 2013-02-11 | 2015-06-10 | Борис Иосифович Суховецкий | Manufacturing method of ultra-wideband antenna system with controlled directivity pattern |
| CN107799901A (en) * | 2017-10-25 | 2018-03-13 | 四川莱源科技有限公司 | A kind of improved all channel antenna |
| CN110323572A (en) * | 2019-06-28 | 2019-10-11 | 南京邮电大学 | Four ridge pyramidal horn antennas |
| CN110600877A (en) * | 2019-09-12 | 2019-12-20 | 哈尔滨工业大学 | Ultra-wideband double-ridge horn antenna for 1-40GHz frequency band |
| RU2761101C1 (en) * | 2020-08-18 | 2021-12-03 | Акционерное общество "Калужский научно-исследовательский радиотехнический институт" | Ultra-broadband horn antenna |
-
2003
- 2003-06-30 RU RU2003119175/09A patent/RU2250542C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DOUBLE-RIDGED WAVEGUIDE HORN, MODEL 3115, ANTENNA CATALOG, p.p. 27-29, ETS LINDGREN, An.ESCO TECHNOLODIES COMPANY, COPYRIGHT 2002 by EMO TEST SYSTEMS, L.P.PRINTED in the United States of America, www.ets-lindgren.com. В.И.Гвоздев и др. "Объемные интегральные схемы СВЧ", Москва, Наука, 1985, с.64. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488925C1 (en) * | 2011-11-23 | 2013-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Ultra-wideband antenna |
| RU2552232C2 (en) * | 2013-02-11 | 2015-06-10 | Борис Иосифович Суховецкий | Manufacturing method of ultra-wideband antenna system with controlled directivity pattern |
| CN107799901A (en) * | 2017-10-25 | 2018-03-13 | 四川莱源科技有限公司 | A kind of improved all channel antenna |
| CN110323572A (en) * | 2019-06-28 | 2019-10-11 | 南京邮电大学 | Four ridge pyramidal horn antennas |
| CN110600877A (en) * | 2019-09-12 | 2019-12-20 | 哈尔滨工业大学 | Ultra-wideband double-ridge horn antenna for 1-40GHz frequency band |
| RU2761101C1 (en) * | 2020-08-18 | 2021-12-03 | Акционерное общество "Калужский научно-исследовательский радиотехнический институт" | Ultra-broadband horn antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Farahbakhsh et al. | 60-GHz Groove Gap Waveguide Based Wideband $ H $-Plane Power Dividers and Transitions: For Use in High-Gain Slot Array Antenna | |
| Djerafi et al. | Substrate integrated waveguide antennas | |
| US6972727B1 (en) | One-dimensional and two-dimensional electronically scanned slotted waveguide antennas using tunable band gap surfaces | |
| RU2400876C1 (en) | Printed antenna | |
| KR101378477B1 (en) | Substrate integrated waveguide antenna | |
| CA3096346C (en) | Array antenna apparatus and communication device | |
| Piltyay | Square waveguide polarizer with diagonally located irises for Ka-band antenna systems | |
| RU2250542C1 (en) | Horn antenna | |
| Kollipara et al. | Planar EBG loaded UWB monopole antenna with triple notch characteristics | |
| Nikkhah et al. | Rotman lens design with wideband DRA array | |
| Djerafi et al. | 60 GHz substrate integrated waveguide crossover structure | |
| US20210167522A1 (en) | Switchable lens antenna with integrated frequency selective structure | |
| Rajo-Iglesias et al. | Gap waveguide technology | |
| WO2020151551A1 (en) | Circularly polarized substrate-integrated waveguide antenna, array antenna and antenna system | |
| Agharasuli et al. | UWB stripline coupler with low loss and ripple | |
| Hussein et al. | Low Loss Wideband 4× 4 Butler Matrix Networks Based on Substrate Integrated Waveguide for 5G Applications | |
| RU2409880C1 (en) | Antenna | |
| CN113471680A (en) | Broadband line source based on multilayer parallel plate waveguide | |
| Esfandiarpour et al. | Wideband planar horn antenna using substrate integrated waveguide technique | |
| RU2207670C1 (en) | Antenna | |
| RU2182392C1 (en) | Antenna | |
| Kiani et al. | ASK modulator based on switchable FSS for THz applications | |
| Losito et al. | Travelling planar wave antenna for wireless communications | |
| RU2450395C2 (en) | Broadband antenna | |
| Su et al. | AMC-based high-isolation SIW slot array antennas for Ka-band SAR systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070701 |