RU2310257C1 - Waveguide distribution system - Google Patents
Waveguide distribution system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310257C1 RU2310257C1 RU2006107758/09A RU2006107758A RU2310257C1 RU 2310257 C1 RU2310257 C1 RU 2310257C1 RU 2006107758/09 A RU2006107758/09 A RU 2006107758/09A RU 2006107758 A RU2006107758 A RU 2006107758A RU 2310257 C1 RU2310257 C1 RU 2310257C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- microwave
- column
- channels
- directional couplers
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности средств связи и может использоваться в волноводной СВЧ-измерительной и антенной технике как самостоятельно, так и в составе антенных решеток.The proposed technical solution relates to the radio engineering industry of communications and can be used in waveguide microwave measuring and antenna technology both independently and as part of antenna arrays.
Известен малогабаритный многоплечий волноводный делитель мощности [см. Патент США №5196812, НКИ 33/113, 1994 г.], состоящий из волноводных секций, связанных друг с другом по общей широкой стенке через два удлиненных отверстия. Входная секция разветвляет СВЧ-энергию в несколько параллельных волноводных секций аналогичной конструкции.The small-sized multi-arm waveguide power divider is known [see US patent No. 5196812, NKI 33/113, 1994], consisting of waveguide sections connected to each other along a common wide wall through two elongated holes. The input section branches the microwave energy into several parallel waveguide sections of a similar design.
Известен многоканальный делитель, использующий в своем составе направленные ответвители на скрещенных волноводах [см. Патент США №3518576, НКИ 333-10, 1970 г.], состоящий из N направленных ответвителей, объединенных прямоугольным магистральным волноводом, и имеющий N ответвленных каналов квадратного сечения, расположенных со стороны одной из широких стенок магистрального волновода. В качестве элементов связи в каждом ответвителе используются по две узкие щели, расположенные на расстоянии где λв - длина волны в волноводе, а ответвленные каналы ориентированы под углом 90° к оси магистрального волновода.A multi-channel divider is known that uses directional couplers on crossed waveguides in its composition [see US patent No. 3518576, NKI 333-10, 1970], consisting of N directional couplers connected by a rectangular main waveguide, and having N branched square channels located on the side of one of the wide walls of the main waveguide. Two narrow slots located at a distance are used as communication elements in each coupler. where λ in is the wavelength in the waveguide, and the branch channels are oriented at an angle of 90 ° to the axis of the main waveguide.
Известен многоканальный волноводный делитель, состоящий из N многощелевых направленных ответвителей, объединенных единым магистральным волноводом, и имеющий N ответвленных каналов, ориентированных под углом β к оси магистрального волновода и расположенных на обеих его широких стенках. Щели прорезаны в общей широкой стенке ответвленного и магистрального каналов [см. Патент №2158049 РФ, Н01Р 5/18, H01Q 13/26, 03.1999 г.].Known multi-channel waveguide divider, consisting of N multi-slit directional couplers, united by a single main waveguide, and having N branched channels oriented at an angle β to the axis of the main waveguide and located on both of its wide walls. Slots are cut in a common wide wall of the branch and trunk channels [see Patent No. 2158049 of the Russian Federation,
Наиболее близким по своей технической сущности и конструкции к предлагаемому техническому решению является распределительная система [Волноводная распределительная система бортовой антенны с электронным управлением лучом, авт. А.И.Синани, Р.Д.Позднякова, Митин В.А., сб. "Антенны", вып.6(61) 2002 г.], состоящая из четырех строчно-столбцовых делителей, запитываемых с помощью СВЧ-сумматора, каждый из которых включает по одному распределителю-столбцу и n линеек-строк.The closest in its technical essence and design to the proposed technical solution is the distribution system [Waveguide distribution system of an onboard antenna with electronic beam control, ed. A.I.Sinani, R.D. Pozdnyakova, Mitin V.A., Sat. "Antennas", issue 6 (61) 2002], consisting of four row-column dividers powered by a microwave adder, each of which includes one column distributor and n line rulers.
Как распределители-столбцы, так и линейки-строки, состоят из последовательно соединенных в каждом распределителе общим магистральным волноводом многощелевых направленных ответвителей (НО).Both column distributors and row rulers consist of multi-gap directional couplers (BUTs) connected in series in each distributor by a common trunk waveguide.
Основными недостатками известных технических решений являются:The main disadvantages of the known technical solutions are:
- ограниченная ширина рабочего диапазона частот (Δf~5-7% f0), где f0 - частота проектирования;- limited width of the working frequency range (Δf ~ 5-7% f 0 ), where f 0 is the design frequency;
- сильное изменение амплитудного распределения линеек и связанное с этим нарушение амплитудного распределения в апертуре фазированной антенной решетки (ФАР) в диапазоне более 5-7% f0, где Pi - мощность на выходе i канала линеек, Рвх - мощность на входе линейки;- a strong change in the amplitude distribution of the rulers and the associated violation of the amplitude distribution in the aperture of the phased array antenna (PAR) in the range of more than 5-7% f 0 , where P i is the power at the output of the i channel of the rulers, P in is the power at the input of the ruler;
- нарушение функций СВЧ-сумматора и, как следствие, разрушение суммарно-разностных характеристик волноводной распределительной системы (ВРС) и соответствующих им диаграмм направленности (ДН) (по суммарному каналу - Σ, по разностным каналам - ΔАЗ и ΔУМ, по разность-разностному каналу - ΔΔ) в составе ФАР в диапазоне более 5-7% f0.- violation of the functions of the microwave adder and, as a consequence, the destruction of the total-differential characteristics of the waveguide distribution system (HRS) and their corresponding radiation patterns (DN) (for the total channel - Σ, for the difference channels - Δ АЗ and Δ УМ , according to the difference - differential channel - ΔΔ) in the PAR in the range of more than 5-7% f 0 .
Технический результат предлагаемого решения заключается в расширении рабочего диапазона частот при одновременной стабилизации в этом диапазоне амплитудно-фазового распределения в раскрыве ФАР.The technical result of the proposed solution is to expand the operating frequency range while simultaneously stabilizing in this range the amplitude-phase distribution in the headlight opening.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в улучшении функциональных возможностей ВРС при работе в широком диапазоне частот (>5-7% f0), которое обеспечивается тем, что в волноводной распределительной системе, состоящей из четырех строчно-столбцовых делителей, в каждый из которых входят выполненные из многощелевых направленных ответвителей, последовательно объединенных общим магистральным волноводом, по одному распределителю-столбцу и n линеек-строк, и СВЧ-сумматора, волноводные каналы направленных ответвителей выполнены шириной а=(0.7±0.1)λ, где λ - длина волны в свободном пространстве, и высотой b≤0.2λ, в многощелевых направленных ответвителях длина щелей 1 не превышает ≤0.3λ, а СВЧ-сумматор выполнен из четырех двойных тройников с волноводными каналами высотой не более b≤0.2λ [см. "Справочник по элементам радиоэлектронных устройств", ред. д.т.н. А.А.Куликовский, к.т.н. В.И.Дулина, М.С.Жук, г.Москва, "Энергия", 1977 г., стр.455, 555-556].The essence of the invention consists in improving the functionality of HRV when operating in a wide frequency range (> 5-7% f 0 ), which is ensured by the fact that in a waveguide distribution system consisting of four horizontal column dividers, each of which includes multi-slot directional couplers connected in series by a common trunk waveguide, one column distributor and n line rulers, and a microwave adder, the waveguide channels of directional couplers are made of width a = (0.7 ± 0.1) λ, where λ is the wavelength in free space and height b≤0.2λ, in multi-slot directional couplers, the length of
Возможность реализации предложенного технического решения определяется тем, чтоThe feasibility of the proposed technical solution is determined by the fact that
1) указанные пределы изменения ширины волноводных каналов ВРС: а=(0.7±0.1)λ - позволяют обеспечить полосу пропускания волны H10 через ВРС вплоть до 40% f0 и снять принципиальное ограничение рабочего диапазона частот, возникающее всякий раз в СВЧ-устройствах, когда в нем используются волноводные каналы с сильно отличающимися размерами "а", один из которых близок к , а другой - к а=λ и исключить синфазное сложение отраженных от НО сигналов;1) the indicated limits of the width of the waveguide channels of the HRV: a = (0.7 ± 0.1) λ - allow us to ensure the transmission band of the H 10 wave through the HRV up to 40% f 0 and remove the fundamental limitation of the working frequency range that occurs every time in microwave devices, when it uses waveguide channels with very different dimensions "a", one of which is close to and the other to a = λ and exclude in-phase addition of signals reflected from the BUT;
2) снижение высоты всех волноводов строчно-столбцовых делителей до размера b≤0.2λ также позволяет расширить рабочий диапазон ВРС и стабилизировать в этом диапазоне амплитудное распределение, обеспечив КПД≥0.5-0.6;2) reducing the height of all waveguides of row-column dividers to size b≤0.2λ also allows you to expand the working range of the HRV and stabilize the amplitude distribution in this range, providing efficiency ≥0.5-0.6;
3) ограничение, наложенное на размеры щели: 1≤0.3λ - позволяет стабилизировать переходные затухания НО распределителей-столбцов и линеек-строк в широком диапазоне частот и тем самым обеспечить стабилизацию амплитудного распределения и КПД ВРС в этой полосе частот по сравнению с прототипом;3) the restriction imposed on the dimensions of the slit: 1≤0.3λ - allows you to stabilize the transient attenuation of BUT distributors-columns and rulers-rows in a wide frequency range and thereby provide stabilization of the amplitude distribution and efficiency of the HRV in this frequency band compared to the prototype;
4) использование в составе СВЧ-сумматора двойных тройников с высотой каналов b≤0.2λ позволяет расширить рабочую полосу частот СВЧ-сумматора до 35-40% f0, в которой сохраняется его способность формировать амплитудно-фазовое распределение, соответствующее Σ-Δ диаграммам направленности ФАР.4) the use of double tees with a channel height b≤0.2λ as part of the microwave adder allows expanding the working frequency band of the microwave adder to 35–40% f 0 , in which its ability to form an amplitude-phase distribution corresponding to Σ-Δ radiation patterns HEADLIGHT.
В результате предложенного технического решения обеспечиваются стабильные амплитудно-фазовые характеристики ВРС в диапазоне не менее (35-40%)f0.As a result of the proposed technical solution, stable amplitude-phase characteristics of the HRV are ensured in the range of at least (35-40%) f 0 .
Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующим описанием и приложенными чнртежами:The essence of the proposed technical solution is illustrated by the following description and the attached drawings:
На фиг.1 показана схема волноводной распределительной системы.Figure 1 shows a diagram of a waveguide distribution system.
На фиг.2 изображено амплитудное распределение прототипа (для вертикальной плоскости) в диапазоне частот 40% f0.Figure 2 shows the amplitude distribution of the prototype (for the vertical plane) in the frequency range 40% f 0 .
На фиг.3 изображено амплитудное распределение (АР) (для вертикальной плоскости) конкретной реализации предлагаемого технического решения в диапазоне до 40% f0.Figure 3 shows the amplitude distribution (AR) (for the vertical plane) of a particular implementation of the proposed technical solution in the range up to 40% f 0 .
Волноводная распределительная система содержитThe waveguide distribution system contains
- четыре строчно-столбцовых делителя (1, 2, 3, 4), в каждый из которых входят по одному распределителю-столбцу (51-4) и по n-линеек-строк (61-n);- four row-column dividers (1, 2, 3, 4), each of which includes one column distributor (5 1-4 ) and n-line rows (6 1-n );
- каждый из четырех распределителей-столбцов и линеек-строк выполнены из многощелевых направленных ответвителей (7), последовательно соединенных в каждом распределителе-столбце и в каждой линейке-строке единым магистральным волноводом (8), и- each of the four column distributors and row rulers is made of multi-slot directional couplers (7), connected in series in each column distributor and in each row ruler with a single main waveguide (8), and
- СВЧ-сумматор (9), состоящий из четырех двойных тройников (10), имеющий четыре входа: суммарный (Σ), разностный ΔАЗ, ΔУМ и разностно-разностный (ΔΔ).- A microwave adder (9), consisting of four double tees (10), having four inputs: total (Σ), difference Δ АЗ , Δ УМ and difference-difference (ΔΔ).
Пример конкретной реализации предлагаемого технического решения:An example of a specific implementation of the proposed technical solution:
- ВРС включает четыре строчно-столбцовых делителя, каждый из которых содержит распределитель-столбец и четырнадцать линеек-строк, состоящих из НО, объединенных в каждом распределителе-столбце и линейке-строке своим магистральным волноводом, и формирующих соответствующее числу НО ответвленных каналов. Количество НО в распределителе-столбце (например, j=14), в линейках-строках (например, I=14-44).- HRV includes four row-column dividers, each of which contains a column distributor and fourteen line rulers, consisting of NO, combined in each distributor-column and ruler-row with its main waveguide, and forming the corresponding branch channels to the number of NO. The number of BUTs in the column distributor (for example, j = 14), in the line rulers (for example, I = 14-44).
- Строчно-столбцовые делители имеют следующие сечения волноводных каналов:- Row-column dividers have the following sections of the waveguide channels:
1) магистральные и ответвленные волноводы распределителя-столбца: а=0.7λ, b=0.15λ;1) trunk and branch waveguides of the distributor-column: a = 0.7λ, b = 0.15λ;
2) магистральные волноводы линеек-строк: а=0.7λ, b=0.2λ;2) the main waveguides of line rulers: a = 0.7λ, b = 0.2λ;
3) ответвленные каналы линеек-строк: а=0.65λ, b=0.12λ;3) branch channels of line rulers: a = 0.65λ, b = 0.12λ;
- размеры щелей в области связи НО:- the size of the slots in the field of communication BUT:
- длина щелей l=(0,3-0.24)λ;- the length of the slits l = (0.3-0.24) λ;
- СВЧ-сумматор выполнен из четырех двойных тройников с высотой волноводных каналов 0.15λ.- The microwave adder is made of four double tees with a waveguide channel height of 0.15λ.
Реализованные электрические характеристики предлагаемого варианта распределительной системы:Implemented electrical characteristics of the proposed distribution system:
- рабочий диапазон частот до 40% f0, в котором обеспечивается работоспособность ВРС;- the operating frequency range up to 40% f 0 , which ensures the efficiency of the HRV;
- максимальное изменение КПД и амплитудного распределения на примере распределителя-столбца в диапазоне частот до 40% f0 приведено на фиг.3.- the maximum change in efficiency and amplitude distribution on the example of the distributor-column in the frequency range up to 40% f 0 is shown in figure 3.
Принцип работы предлагаемого устройства (анализ проводится для режима работы ВРС на передачу) состоит в следующем:The principle of operation of the proposed device (analysis is carried out for the operating mode of the HRV for transmission) is as follows:
СВЧ-энергия со стороны любого из входов ВРС (суммарного Σ, разностных ΔУМ и ΔАЗ или разность-разностного ΔΔ) разделяется в СВЧ-сумматоре на четыре равные части (неравномерность деления мощности и КПД являются основными характеристиками сумматора) и поступает в магистральные каналы (8) распределителей-столбцов (5) соответственно. Фазы сигналов в каналах (8) определяются тем, что со стороны какого из входов запитывается ВРС, в результате четыре строчно-столбцовых делителя (1-4) формируют одинаковые амплитудные распределения при следующих взаимных фазах:Microwave energy from any of the inputs of the HRV (total Σ, differential Δ UM and Δ AZ or difference-difference ΔΔ) is divided into four equal parts in the microwave adder (uneven distribution of power and efficiency are the main characteristics of the adder) and enters the main channels (8) column distributors (5), respectively. The phases of the signals in the channels (8) are determined by the fact that the side of which inputs are fed by the HRV, as a result of which four row-column dividers (1-4) form the same amplitude distributions with the following mutual phases:
- по суммарному (Σ) каналу - все делители синфазны;- on the total (Σ) channel - all dividers are in-phase;
- по разностным каналам (ΔАЗ и ΔУМ) - попарно-противофазны в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно и- on the difference channels (Δ AZ and Δ UM ) - pairwise antiphase in the azimuthal and elevation planes, respectively, and
- по разность-разностному каналу (ΔΔ) - все соседние делители взаимнопротивофазны.- on the difference-difference channel (ΔΔ) - all adjacent dividers are mutually antiphase.
Стабильность основных амплитудных характеристик СВЧ-сумматора в диапазоне частот и сохранение фазовых соотношений между делителями (1-4) обеспечивают формирование суммарно-разностных характеристик ВРС и соответственно суммарно-разностных ДН в составе ФАР при перестройке частоты в широкой полосе частот. Эта задача решается за счет использования двойных тройников, выполненных из волноводов высотой b<0.2λ.The stability of the main amplitude characteristics of the microwave adder in the frequency range and the preservation of phase relations between the dividers (1-4) provide the formation of the total-difference characteristics of the HRV and, accordingly, the total-difference MDs in the headlamp during frequency tuning in a wide frequency band. This problem is solved by using double tees made of waveguides with a height b <0.2λ.
Форма амплитудного распределения и КПД ВРС определяются выбором длины щелей связи 1 и сечений волноводных каналов (а, b) в распределителях-столбцах и линейках-строках. Изменение формы АР в диапазоне частот обусловлено изменением переходных затуханий (Ln) НО. В широкой полосе частот (>20% f0) переходные затухания направленных ответвителей в общем случае сильно меняются при перестройке рабочей частоты, что приводит к сильному искажению формы амплитудного распределения (фиг.2). Изменение АР при изменении частоты в предлагаемом техническом решении минимизировано за счет ограничения размеров щелей связи направленных ответвителей (1≤0.3λ) и волноводных каналов (а=(0.7±0.1)λ; b≤0.2λ), что позволяет реализовать дополнительный положительный эффект - улучшить как компоновку, так и весовые характеристики ВРС, обеспечить важное для широкоугольного сканирования уменьшение шагов излучающих элементов в апертуре антенной решетки.The shape of the amplitude distribution and the efficiency of the HRV is determined by the choice of the length of the
Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом заключаются в увеличении рабочего диапазона частот ВРС до 35-40% f0 при одновременной стабилизации в этом диапазоне амплитудно-фазового распределения и в дополнении к этому уменьшении массы, улучшении компактности конструкции, а при применении в составе ФАР в расширении ее сектора сканирования за счет уменьшения волноводных каналов ВРС и соответствующего сокращения шагов излучателей в апертуре решетки.Thus, the technical and economic advantages of the proposed technical solution compared to the prototype are to increase the working range of the HRV frequencies up to 35-40% f 0 while stabilizing the amplitude-phase distribution in this range and in addition to this weight reduction, improving the compactness of the structure, and when used as part of a phased array in expanding its scanning sector by reducing the waveguide channels of the HRV and correspondingly reducing the steps of the emitters in the aperture of the lattice.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006107758/09A RU2310257C1 (en) | 2006-03-13 | 2006-03-13 | Waveguide distribution system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006107758/09A RU2310257C1 (en) | 2006-03-13 | 2006-03-13 | Waveguide distribution system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2310257C1 true RU2310257C1 (en) | 2007-11-10 |
Family
ID=38958386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006107758/09A RU2310257C1 (en) | 2006-03-13 | 2006-03-13 | Waveguide distribution system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2310257C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554521C2 (en) * | 2012-11-27 | 2015-06-27 | Открытое акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Distribution system for phase antenna array |
-
2006
- 2006-03-13 RU RU2006107758/09A patent/RU2310257C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
СИНАНИ А.И. и др. Волноводная распределительная система бортовой антенны с электронным управлением луча, сб. «Антенны». - М., 2002, вып.6(61). * |
ФЕЛЬДШТЕЙН А.Л. и др. Справочник по элементам волноводной техники. - М.: Сов. радио, 1967, с.103. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554521C2 (en) * | 2012-11-27 | 2015-06-27 | Открытое акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Distribution system for phase antenna array |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rumsey | Horn antennas with uniform power patterns around their axes | |
CN110190408B (en) | Circularly polarized electromagnetic dipole array antenna | |
US20080272976A1 (en) | Antenna Device, Array Antenna, Multi-Sector Antenna, High-Frequency Wave Transceiver | |
JP2013032979A (en) | Antenna device | |
CN111641458A (en) | Universal multichannel optical dispersion delayer | |
Qu et al. | Novel parasitic micro strip arrays for low-cost active phased array applications | |
RU2365000C1 (en) | Phased aerial with circular spatial polarisation | |
US9136607B2 (en) | Antenna beam steering through waveguide mode mixing | |
Zhu et al. | A compact pattern reconfiguration antenna based on multimode plane spiral OA | |
CN111029793A (en) | High-frequency sensitivity frequency scanning antenna | |
RU2297699C2 (en) | Phased array | |
RU2310257C1 (en) | Waveguide distribution system | |
CA3012540A1 (en) | Antenna integrating delay lenses in the interior of a distributor based on parallel-plate waveguide dividers | |
US9876284B2 (en) | Multibeam source | |
CN116130979A (en) | Low-sidelobe back cavity slot array antenna | |
Nahar et al. | Wideband antenna array beam steering with free-space optical true-time delay engine | |
CN114914683A (en) | Millimeter wave dual-polarized array element with high isolation and array antenna | |
Rana et al. | Experimental characterization of 2× 2 electronically reconfigurable polarization converter unit cells at X-Band | |
KR100987367B1 (en) | Triple band directional antenna | |
WO2017203597A1 (en) | Three power divider and multibeam forming circuit | |
RU2284079C1 (en) | Frequency-controlled antenna | |
Steeg et al. | 2D mm-wave beam steering via optical true-time delay and leaky-wave antennas | |
Allen et al. | 2-D frequency-controlled beam-steering by a leaky/guided-wave transmission line array | |
Rahimian | Microwave beamforming networks employing Rotman lenses and cascaded Butler matrices for automotive communications beam scanning electronically steered arrays | |
RU2594643C1 (en) | Antenna array with a frequency scanning |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170314 |