RU2258284C1 - Двухдиапазонная совмещенная волноводная антенная решетка с частотно-селективной развязкой между апертурами - Google Patents
Двухдиапазонная совмещенная волноводная антенная решетка с частотно-селективной развязкой между апертурами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258284C1 RU2258284C1 RU2003134114/09A RU2003134114A RU2258284C1 RU 2258284 C1 RU2258284 C1 RU 2258284C1 RU 2003134114/09 A RU2003134114/09 A RU 2003134114/09A RU 2003134114 A RU2003134114 A RU 2003134114A RU 2258284 C1 RU2258284 C1 RU 2258284C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- apertures
- band
- low
- waveguide
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в антеннах средств связи и радиолокации с электрическим сканированием преимущественно сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн. Техническим результатом является упрощение конструкции двухдиапазонной совмещенной волноводной антенной решетки с частотно-селективной развязкой между апертурами и расширение полосы частот, в которой эта развязка обеспечивается. Сущность изобретения заключается в том, что антенная решетка содержит волноводные излучатели с неперекрывающимися апертурами верхнего и нижнего диапазонов частот, расположенные в одной апертуре и обеспечивающей частотно-селективную развязку между апертурами верхнего и нижнего диапазонов частот. Новым в антенной решетке является использование в качестве излучателей нижнего диапазона частот диафрагмированных периодических волноводов, имеющих полосы запирания для волн, распространяющихся в рабочей полосе частот излучателей верхнего диапазона. 6 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в антеннах средств связи и радиолокации с электрическим сканированием преимущественно сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн.
В средствах радиосвязи и радиолокации используются многодиапазонные совмещенные антенные решетки (АР), содержащие волноводные излучатели с неперекрывающимися апертурами верхнего и нижнего диапазонов частот, расположенных в одной апертуре [1-4].
Основной недостаток АР, описанной в [2], состоит в том, что совмещение решеток в одной апертуре приводит к значительному взаимодействию между ними вследствие дифракционных явлений на их поверхности и просачивания электромагнитной энергии одного диапазона на активные элементы подрешетки другого диапазона. Такое взаимодействие приводит к значительным помехам, в результате чего снижается коэффициент усиления, появляются дополнительные боковые лепестки, уменьшается сектор сканирования, изменяются частотные свойства в пределах каждого диапазона АР. При этом наиболее существенной является влияние высокочастотной подрешетки на низкочастотную, поскольку поле высокочастотного излучателя, попадая в тракт низкочастотного излучателя, вызывает возбуждение и распространение основного и высших типов волн, в то время как высокочастотный излучатель является запредельным для низкочастотного диапазона.
Эффекты взаимного влияния подрешеток могут быть уменьшены, например, путем установки в волноводы низкочастотной подрешетки специально подобранного слоистого диэлектрического заполнения [3] или за счет закорачивания их раскрывов с помощью частотно-зависимых фильтров типов волн [4]. Лучшие результаты по устранению взаимного влияния обеспечиваются при использовании фильтров типов волн, которые на некотором узком участке частотного диапазона могут практически полностью предотвратить проникновение поля высокочастотного диапазона в низкочастотные волноводы. Это решение использовано в двухдиапазонной фазированной АР по авторскому свидетельству №1059636 [4] и принято за прототип.
Основным недостатком известной АР [4] является сложность ее технической реализации. При этом количество типов волн, которые могут распространяться в низкочастотных волноводах, зависит от типов используемых волноводов и разноса диапазонов частот антенных подрешеток и становится тем больше, чем дальше друг от друга отстоят частотные диапазоны. Поскольку для каждого типа волны необходим свой фильтр, то при значительном количестве распространяющихся волн такое техническое решение становится труднореализуемым.
Другим недостатком является узкополосность медовых фильтров, что связано со сложностью их согласования с излучателем в достаточно широком диапазоне частот, превышающем единицы процентов. Кроме того, размещение фильтров в излучателе вносит дополнительное ослабление в антенно-фидерный тракт и приводит уменьшению коэффициента усиления АР.
Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции двухдиапазонной совмещенной волноводной АР с частотно-селективной развязкой между апертурами и расширение полосы частот, в которой эта развязка обеспечивается.
Поставленная цель достигается тем, что в двухдиапазонной АР, содержащей волноводные излучатели с неперекрывающимися апертурами верхнего и нижнего диапазонов частот, расположенные в одной апертуре и обеспечивающей частотно-селективную развязку между апертурами верхнего и нижнего диапазонов частот, излучатели нижнего диапазона частот выполнены в виде диафрагмированных периодических волноводов, имеющих полосы запирания для волн, распространяющихся в рабочей полосе частот излучателей верхнего диапазона.
Использование в двухдиапазонной АР волноводных излучателей с неперекрывающимися апертурами верхнего и нижнего диапазонов частот, расположенных в одной апертуре и обеспечивающих частотно-селективную развязку между апертурами верхнего и нижнего диапазонов частот, является общим существенным признаком заявляемой антенны и антенны-прототипа. Использование в качестве излучателей нижнего диапазона частот диафрагмированных периодических волноводов, имеющих полосы запирания для волн, распространяющихся в рабочей полосе частот излучателей верхнего диапазона, является частным существенным признаком заявляемой антенны.
Сопоставительный анализ заявляемой антенны с антенной-прототипом показывает, что заявляемая антенна отличается наличием ранее не использовавшегося технического решения, а именно тем, что в двухдиапазонной совмещенной волноводной АР, обеспечивающей частотно-селективную развязку между апертурами верхнего и нижнего диапазонов частот, в качестве излучателей нижнего диапазона частот использованы диафрагмированные периодические волноводы, имеющие полосы запирания для волн, распространяющихся в рабочей полосе частот излучателей верхнего диапазона. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения«новизна».
Поскольку применение двухдиапазонных совмещенных волноводных АР известно и известны также диафрагмированные волноводы с различными формами диафрагм, то это позволяет сделать вывод о возможности технической реализации заявляемого решения. Возможность технической реализации и удовлетворение заявляемой антенной предъявляемых к ней функциональных требований позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения «промышленная применимость».
Ниже предлагаемое изобретение описано более подробно со ссылками на приложенный чертеж. На фиг.1, 2 схематически представлено построение фрагмента заявляемой антенны. На фиг.3 и фиг.4 изображены продольные сечения диафрагмированных волноводов. На фиг.5 и фиг.6 изображены дисперсионные характеристики макетов круглых диафрагмированных волноводов.
Совмещенная двухдиапазонная АР (фиг.1, 2) состоит из излучающих элементов 1, 3, образующих низкочастотную апертуру, и излучающих элементов 2, 4, образующих высокочастотную апертуру. Излучатели 1, 3 выполнены в виде круглых диафрагмированных периодических волноводов. Высокочастотные излучатели могут быть выполнены в виде регулярных (гладких) либо диафрагмированных волноводов, причем цель изобретения может быть достигнута при использовании волноводов различных сечений: круглых (фиг.1), прямоугольных, крестообразных (фиг.2), четырехгребенчатых и т.д.
На фиг.3 изображено продольное сечение низкочастотного излучателя в виде круглого диафрагмированного волновода. Здесь R - размер полуоси, h - глубина канавки, b - ширина диафрагмы, Т - период структуры. Размеры волновода выбираются из условия распространения в низкочастотном диапазоне требуемых типов волн либо одномодового режима работы и полос запирания для всех распространяющихся типов волн в высокочастотном диапазоне. Форма диафрагм в продольном сечении волновода может быть различной: прямоугольной, прямоугольной со скругленными краями, синусоидальной и т.д. Выбор конкретной формы диафрагм определяется, как правило, технологическими соображениями.
На фиг.4 изображено продольное сечение диафрагмированного волновода с плавной формой диафрагм, которая в продольном сечении описывается выражением
где ширина диафрагмы b определяется на половине глубины канавки h.
На фиг.5 приведены результаты численного и экспериментального исследования дисперсионных характеристик (зависимостей коэффициентов фазы от частоты f) низкочастотного излучателя 1, 3 для заявляемой конструкции АР (см. фиг.1, 2), представляющего собой круглый диафрагмированный волновод с диафрагмами, имеющими в продольном сечении волновода прямоугольную форму. Волновод имеет следующие размеры: R=33 мм, h=13 мм, Т=20 мм, b=4 мм. Результаты экспериментальных исследований показаны на фиг.5 сплошными линиями, крестиками отмечены расчетные значения критических частот типов волн. Заштрихованные области 5 и 6 соответствуют диапазонам частот радиосредств. При такой конструкции волновода первыми типами волн по порядку возникновения являются волны E01, НЕ11, ЕН11, HE21. В волноводе имеется полоса запирания общая для всех распространяющихся типов волн. Следовательно, при возбуждении высокочастотной подрешетки в этом диапазоне в низкочастотных излучателях не будет распространяться ни один тип волн и влияние подрешеток будет практически отсутствовать. При этом нижний диапазон частот (заштрихованная область 5) размещается в области, соответствующей одномодовому режиму распространения волны НЕ11 (между полосой запирания волны E01 и полосой запирания волны НЕ11). При необходимости нижний диапазон частот может быть выбран левее полосы запирания волны E01, и низкочастотный излучатель будет работать на «смеси» волн E01 и НЕ11.
Следует отметить, что предложенный способ развязки апертур наиболее эффективен в важном для практики случае близкого расположения рабочих диапазонов частот. В качестве примера была рассмотрена конструкция антенной решетки, изображенная на фиг.2. Расчеты проведены для широко используемых в средствах связи диапазонов частот 7/8 ГГц. Размеры диафрагмированного излучателя низкочастотной подрешетки с дисперсионными характеристиками, аналогичными фиг.5, для диапазона частот 7,25...7,75 ГГц составили: R=23,8 мм, h=10,9 мм, Т=15,5 мм, b=4,6 мм, а размеры крестообразного излучателя высокочастотной подрешетки для диапазона частот 7,9...8,4 ГГц составили: А=21,6 мм, В=4,9 мм, где А - размер сечения волновода вдоль его стороны, В - размер выступа.
На фиг.6 приведены результаты численного и экспериментального исследования дисперсионных характеристик волновода, изображенного на фиг.4. Волновод имеет следующие размеры: R=36,5 мм, h=16,7 мм, Т=23,8 мм, b=7,1 мм, а обозначения размеров аналогичны принятым на фиг.3. Как видно из фиг.6, приведенные результаты имеют тот же характер, что и на фиг.5.
Проведенные численные исследования показали также, что максимальные ширины диапазонов частот 5 и 6, в которых обеспечивается частотно-селективная развязка между подрешетками, при использовании низкочастотных излучателей, конструкция которых изображена на фиг.4, достигается при следующих относительных размерах: T/R=0,66, h/R=0,565, b/R=0,198. Отношение верхней частоты полосы к нижней в этом случае составляет для полосы частот 3 величину 1,187, а для полосы частот 4 величину 1,09.
Численные исследования круглого диафрагмированного волновода проводились с помощью комплекса программ, реализующего численный алгоритм, построенный на основе проекционного метода [5]. Экспериментальные исследования проводились резонансным методом [6]. Для расчета конструкции низкочастотного излучателя в виде круглого диафрагмированного волновода с диафрагмой прямоугольной формы в продольном сечении волновода могут быть также использованы номограммы, приведенные в [7].
Из полученных результатов видно, что АР предложенной конструкции позволяет обеспечить частотно-селективную развязку в полосах частот до 10%...20%. Известно также [6], что диафрагмированные волноводы могут быть хорошо согласованы с возбудителем в широкой полосе частот и имеют низкий уровень потерь, меньший, чем у гладкостенных волноводов, даже без наличия в их полости дополнительных устройств.
На практике изготовление диафрагмированных волноводов с заданными параметрами структуры может быть осуществлено одним из известных используемых в промышленности способов, например методом гидравлической штамповки [8].
Как видно из представленных материалов, предлагаемая конструкция двухдиапазонной совмещенной волноводной АР позволяет устранить взаимное влияние высокочастотной и низкочастотной апертур без использования дополнительных устройств типа модовых фильтров, что значительно упрощает технологию производства АР и сокращает время ее монтажа и настройки, причем это сокращение составит величину не менее 1,5...2 раз. При этом предлагаемое устройство имеет лучшие электрические характеристики за счет расширения полосы частот, в которой обеспечивается частотно -селективная развязка между апертурами, улучшения согласования низкочастотных излучателей с возбудителем в рабочей полосе частот и уменьшения потерь в излучателях.
Источники информации
1. Воскресенский Д.И., Пономарев Л.И. Многочастотные сканирующие антенные решетки // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 1981. - Т.24. - №2. - С.4-15.
2. Патент США №3761943, НКИ 343/776, 1973.
3. Пономарев Л.И., Степаненко В.И. Результаты анализа и оптимизации двухчастотной волноводной ФАР // В сб.: Антенны. - 1986. - Вып.34. - С.68-84.
4. Пономарев Л.И., Лиходед Ю.В., Степаненко В.И. Двухдиапазонная фазированная антенная решетка // А.с. СССР №1059636, МКИ H 01 Q 21/00, 06.04.82, опубл. БИ №45, 07.12.83.
5. Цибизов И.К. Комплекс программ расчета критических частот и коэффициентов фазы электромагнитных волн в круглом гофрированном волноводе с произвольной формой гофра // В кн.: Библиотека прикладных программ по электродинамике. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. - С.68-74.
6. Гибкие волноводы в технике СВЧ / Под. ред. Э.А.Альховского. - М.: Радио и связь, 1986. - 128 с.
7. Вальднер О.А. и др. Справочник по диафрагмированным волноводам. - М.: Атомиздат, 1977. - 376 с.
8. Крюков А.И., Глинкин И.М., Фионин В.И. Гибкие металлические рукава. - М.: Машиностроение, 1970. - 204 с.
Claims (1)
- Двухдиапазонная совмещенная волноводная антенная решетка с частотно-селективной развязкой между апертурами, содержащая волноводные излучатели с неперекрывающимися апертурами верхнего и нижнего диапазонов частот, расположенные в одной апертуре, и обеспечивающая частотно-селективную развязку между апертурами верхнего и нижнего диапазонов частот, отличающаяся тем, что излучатели нижнего диапазона частот выполнены в виде диафрагмированных периодических волноводов, имеющих полосы запирания для волн, распространяющихся в рабочей полосе частот излучателей верхнего диапазона.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003134114/09A RU2258284C1 (ru) | 2003-11-24 | 2003-11-24 | Двухдиапазонная совмещенная волноводная антенная решетка с частотно-селективной развязкой между апертурами |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003134114/09A RU2258284C1 (ru) | 2003-11-24 | 2003-11-24 | Двухдиапазонная совмещенная волноводная антенная решетка с частотно-селективной развязкой между апертурами |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2258284C1 true RU2258284C1 (ru) | 2005-08-10 |
Family
ID=35845162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003134114/09A RU2258284C1 (ru) | 2003-11-24 | 2003-11-24 | Двухдиапазонная совмещенная волноводная антенная решетка с частотно-селективной развязкой между апертурами |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2258284C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015108436A1 (en) * | 2014-01-16 | 2015-07-23 | Llc "Topcon Positioning Systems" | Global navigation satellite antenna system with a hollow core |
-
2003
- 2003-11-24 RU RU2003134114/09A patent/RU2258284C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
«IEEE Trans. Ant. And Propagation», 1971, АР-19, №7, р.729-735. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015108436A1 (en) * | 2014-01-16 | 2015-07-23 | Llc "Topcon Positioning Systems" | Global navigation satellite antenna system with a hollow core |
AU2014377747B2 (en) * | 2014-01-16 | 2016-10-20 | Llc "Topcon Positioning Systems" | Global navigation satellite system antenna with a hollow core |
US9520651B2 (en) | 2014-01-16 | 2016-12-13 | Topcon Positioning Systems, Inc. | Global navigation satellite system antenna with a hollow core |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hirokawa et al. | Single-layer feed waveguide consisting of posts for plane TEM wave excitation in parallel plates | |
RU2520370C2 (ru) | Отражающая решетка и антенна, содержащая такую отражающую решетку | |
JP4629641B2 (ja) | アレーアンテナ装置 | |
JP2009500916A (ja) | 人工インピーダンス構造 | |
JP5469054B2 (ja) | フィルタ・コーティングを有する共振子を備えるアンテナ及びそのようなアンテナを含むシステム | |
Tierney et al. | Arbitrary beam shaping using 1-D impedance surfaces supporting leaky waves | |
RU2258284C1 (ru) | Двухдиапазонная совмещенная волноводная антенная решетка с частотно-селективной развязкой между апертурами | |
JP3415001B2 (ja) | アレーアンテナ | |
KR101144681B1 (ko) | 포토닉 밴드갭 구조를 이용하는 슬롯형 안테나 | |
JP6704169B2 (ja) | 誘電体基板及びアンテナ装置 | |
Sotoudeh et al. | Single-and dual-band multimode hard horn antennas with partly corrugated walls | |
Moradian et al. | Application of wiggly ridge waveguide for design of linear array antennas of centered longitudinal shunt slot | |
Klaina et al. | Directive dual-band Fabry–Pérot cavity antenna for 5G-IoT near-ground communications | |
KR20230029838A (ko) | 인라인 슬롯형 도파관 안테나 | |
EP1821365A1 (en) | Antenna device | |
Hossain et al. | Parasitic strip dipoles to suppress grating lobes in a waveguide transverse slot array | |
JP5653297B2 (ja) | ホーンアンテナ | |
Nechaev et al. | Planar center-fed leaky-wave antenna arrays for millimeter wave systems | |
RU2744567C1 (ru) | Частотно-независимая активная многолучевая антенная решетка | |
Thors et al. | The RCS of a cylindrical array antenna coated with a dielectric layer | |
Thumvongskul et al. | Reflection characteristics of a metallic waveguide grating with rectangular grooves as a frequency‐selective reflector | |
Raniszewski | A non-resonant slotted corrugated waveguide array antenna with extended frequency scanning | |
RU2357338C1 (ru) | Способ синтеза квазиоптимальной антенны | |
Costa et al. | Efficient design of multiple-fed leaky wave/Fabry-Perot antennas | |
Ando et al. | Demonstration of the discontinuity-radiation concept for a dielectric rod antenna |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051125 |