RU2321111C1 - Frequency-scanned antenna arrangement - Google Patents

Frequency-scanned antenna arrangement Download PDF

Info

Publication number
RU2321111C1
RU2321111C1 RU2006146853/09A RU2006146853A RU2321111C1 RU 2321111 C1 RU2321111 C1 RU 2321111C1 RU 2006146853/09 A RU2006146853/09 A RU 2006146853/09A RU 2006146853 A RU2006146853 A RU 2006146853A RU 2321111 C1 RU2321111 C1 RU 2321111C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
power divider
odd
slot
slot linear
Prior art date
Application number
RU2006146853/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Данилович Бородин (RU)
Николай Данилович Бородин
Михаил Владимирович Исаков (RU)
Михаил Владимирович Исаков
Сергей Станиславович Коблов (RU)
Сергей Станиславович Коблов
Виктор Тимофеевич Ковалев (RU)
Виктор Тимофеевич Ковалев
Юрий Игоревич Ленци (RU)
Юрий Игоревич Ленци
Виктор Александрович Панин (RU)
Виктор Александрович Панин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный московский завод "Салют"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный московский завод "Салют" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный московский завод "Салют"
Priority to RU2006146853/09A priority Critical patent/RU2321111C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2321111C1 publication Critical patent/RU2321111C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

FIELD: microwave radio engineering, route surveillance radars.
SUBSTANCE: proposed antenna arrangement incorporating power splitters and array of waveguide-slot stripline radiators (strips) has its power splitter disposed in plane parallel to that incorporating strips; it is made in the form of E-plane folded serpentine waveguide that has coupling members with strips. Power splitter longitudinal axes incorporating even- and odd-numbered coupling members with strips are spaced apart through integer odd number of quarter-wavelength in power splitter waveguide. Power splitter waveguide line section between adjacent coupling members is twice bent through 180 deg. and its length is chosen to be a multiple of integer odd number of half-waves in power splitter waveguide. Even- and odd-numbered strips are different in length. Half-wave phasing section affording phase shift required for matching even- and odd-numbered outputs of power splitter is inserted in input section of each strip by changing size of strip waveguide wide wall.
EFFECT: reduced level of side lobes, standing-wave voltage ratio at normal-frequency power splitter input, enhanced amplifier gain, directive gain, and antenna sheet surface utilization factor.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот (далее СВЧ), а именно к конструкции антенных решеток с частотным сканированием, использующихся в радиолокации, например в обзорных трассовых радиолокаторах, и предназначенных для обзора воздушного, надводного и наземного пространства.The invention relates to radio engineering of microwave frequencies (hereinafter referred to as microwave), and in particular, to the design of antenna arrays with frequency scanning used in radars, for example, in survey track radars, and intended for viewing air, surface and ground space.

Широко известные и применяемые в радиолокации антенны с частотным сканированием представляют собой плоскую решетку из волноводно-щелевых линейных излучателей (далее линейки), соединенных с делителем мощности, содержащим замедляющую структуру в виде змейкового волноводной, свернутой в Е-плоскости, и элементы связи с линейками. Описание конструкции и принципа работы таких антенн содержится во многих источниках, в частности в «Сканирующие антенные системы СВЧ», т.3, под ред. Г.Т.Маркова и А.Ф.Чаплина, изд. «Советское радио», М., 1971 г. и «Антенны и устройства СВЧ» под ред. Д.И.Воскресенского, изд. «Советское радио», М., 1972 г. Кроме того, аналогами предлагаемого изобретения являются антенны частотного сканирования РЛС AN/SPS-48 фирмы ITT Gilfillan, США («Зарубежное военное обозрение» №5, 1980 г., «Aviation Wee» №24, 1984 г., ТИЭИР т.73, №2) и антенны, используемые в трехкоординатных РЛС (патенты №RU 35688, RU 2254593, RU 51754, SU 1597986 и GB 2051486). Существенным недостатком известных антенн является то, что коэффициент стоячей волны по напряжению (далее КСВН) на входе делителя мощности на частоте нормали (частота сигнала, соответствующая формированию диаграммы направленности с максимумом в направлении нормали к продольной оси линии змейкового волновода делителя мощности) резко возрастает в результате синфазного сложения большого числа отражений от изгибов змейкового волновода делителя мощности и ответвителей (элементов связи делителя мощности с линейками). Это явление в литературе принято именовать «эффектом нормали» (см. «Антенны и устройства СВЧ», под ред. Д.И.Воскресенского, изд. «Советское радио», М., 1972 г, стр.41, 42). Согласование на входе делителя мощности на частоте нормали ухудшается, и, следовательно, ухудшаются эксплуатационные характеристики не только антенного устройства, но и радиолокатора в целом.Widely known and used in radiolocation, frequency-scanning antennas are a flat array of waveguide-slot linear emitters (hereinafter referred to as the rulers) connected to a power divider containing a slow-wave structure in the form of a serpentine waveguide folded in the E-plane and communication elements with rulers. A description of the design and principle of operation of such antennas is provided in many sources, in particular, in “Scanning Microwave Antenna Systems,” Vol. 3, ed. G.T. Markov and A.F. Chaplin, ed. "Soviet Radio", M., 1971 and "Antennas and Microwave Devices", ed. D.I. Voskresensky, ed. Sovetskoe Radio, M., 1972. In addition, analogues of the present invention are frequency scanning antennas of the AN / SPS-48 radar company ITT Gilfillan, USA (Foreign Military Review No. 5, 1980, Aviation Wee No. 24, 1984, TIER T.73, No. 2) and antennas used in three-coordinate radars (patents RU 35688, RU 2254593, RU 51754, SU 1597986 and GB 2051486). A significant drawback of the known antennas is that the standing wave voltage coefficient (hereinafter referred to as VSWR) at the input of the power divider at the normal frequency (signal frequency corresponding to the formation of a radiation pattern with a maximum in the direction normal to the longitudinal axis of the line of the snake waveguide of the power divider) increases sharply as a result in-phase addition of a large number of reflections from the bends of the serpentine waveguide of the power divider and couplers (elements of communication between the power divider and the rulers). This phenomenon is commonly referred to in the literature as the “normal effect” (see “Antennas and microwave devices,” edited by D. I. Voskresensky, ed. “Soviet Radio”, M., 1972, p. 41, 42). The matching at the input of the power divider at the normal frequency is degraded, and therefore, the operational characteristics of not only the antenna device, but also the radar as a whole, are deteriorating.

В качестве прототипа предлагаемого технического решения может быть принята антенна частотного сканирования по патенту № RU 2284079, выполненная в виде плоской решетки волноводно-щелевых линейных излучателей, соединенных через элементы связи с делителем мощности. Делитель мощности выполнен в виде змейкового волновода, свернутого в Е-плоскости. Длина линии змейкового волновода делителя мощности на промежутке между соседними элементами связи делителя мощности выбирается из условия обеспечения заданного сектора сканирования луча в плоскости, перпендикулярной к горизонтально расположенным линейкам. Элементы связи делителя мощности с линейками разделены на две группы - четные и нечетные. Разделение элементов связи делителя мощности на две группы осуществляется разнесением в пространстве продольных осей делителя мощности, содержащих четные и нечетные элементы связи, относительно друг друга на расстояние, равное целому нечетному числу четвертей длины волны в волноводе делителя мощности на частоте нормали. Данное техническое решение наравне с достоинствами также обладает и значительными недостатками. Конструкция прототипа содержит делитель мощности с одним 180-градусным изгибом на промежутке между соседними элементами связи (см. Фиг.2 к патенту № RU 2284079). Такая конструкция делителя мощности обладает большими габаритами и увеличивает общий вес антенны из-за большой массы металла в промежутках между изгибами волновода. Кроме того, недостатком прототипа с линейками, выполненными на волноводах с прямоугольным сечением, является то, что при неравенстве размеров широких стенок волноводов линеек и волновода делителя мощности достижение согласования фаз четных и нечетных выходов делителя мощности затруднено и, возможно, только за счет искривления линеек, что существенным образом осложняет конструкцию антенны и технологию ее изготовления.As a prototype of the proposed technical solution, the frequency scanning antenna of Patent No. RU 2284079, made in the form of a planar array of waveguide-slot linear emitters connected through communication elements to a power divider, can be adopted. The power divider is made in the form of a serpentine waveguide folded in the E-plane. The length of the line of the serpentine waveguide of the power divider in the gap between adjacent communication elements of the power divider is selected from the condition of providing a given sector of beam scanning in a plane perpendicular to horizontally located rulers. The elements of communication of the power divider with the rulers are divided into two groups - even and odd. The separation of the power divider communication elements into two groups is carried out by spreading in space the longitudinal axes of the power divider, containing even and odd communication elements, relative to each other by a distance equal to an odd integer number of quarters of the wavelength in the waveguide of the power divider at the normal frequency. This technical solution along with advantages also has significant disadvantages. The design of the prototype contains a power divider with one 180-degree bend in the gap between adjacent communication elements (see Figure 2 to patent No. RU 2284079). This design of the power divider is large and increases the total weight of the antenna due to the large mass of metal in the spaces between the bends of the waveguide. In addition, the disadvantage of the prototype with rulers made on waveguides with a rectangular cross section is that when the dimensions of the wide walls of the waveguides of the rulers and the waveguide of the power divider are not equal, achieving phase matching of the even and odd outputs of the power divider is difficult and, possibly, only due to the curvature of the rulers, which significantly complicates the design of the antenna and its manufacturing technology.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание антенного устройства с частотным сканированием (далее антенны), работающего в заданном диапазоне частот и обладающего наименьшим уровнем боковых лепестков при заданной ширине главного лепестка диаграммы направленности.The problem to which the invention is directed, is the creation of an antenna device with frequency scanning (hereinafter referred to as an antenna) operating in a given frequency range and having the lowest level of side lobes at a given width of the main lobe of the radiation pattern.

Техническими результатами, достигаемыми при реализации заявленного изобретения, являются, в частности, низкий уровень боковых лепестков (от минус 40 до минус 30 дБ); уменьшение КСВН на входе делителя мощности на частоте нормали; улучшение согласования; увеличение коэффициента усиления; увеличение коэффициента направленного действия; увеличение коэффициента использования поверхности антенного полотна; простота и технологичность изготовления и обслуживания антенны; уменьшение массогабаритных характеристик антенны.The technical results achieved by the implementation of the claimed invention are, in particular, a low level of side lobes (from minus 40 to minus 30 dB); reduction of VSWR at the input of the power divider at the normal frequency; improved alignment; gain increase; increase in directional coefficient; increase in utilization of the surface of the antenna sheet; simplicity and manufacturability of manufacturing and maintenance of the antenna; reducing the overall dimensions of the antenna.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в нижеперечисленных признаках, влияющих на достижение заявленных технических результатов при реализации данного технического решения. Антенное устройство с частотным сканированием содержит делитель мощности и плоскую решетку волноводно-щелевых линейных излучателей (линеек), каждый из которых представляет собой прямоугольный волновод, в узкой стенке которого выполнены попеременно наклонные щели. Делитель мощности выполнен в виде змейкового волновода, свернутого в Е-плоскости, и расположен в плоскости, параллельной плоскости, содержащей линейки. Каждый выход делителя мощности соединен через элемент связи с входным участком соответствующей линейки. Линия змейкового волновода делителя мощности на промежутке между соседними элементами связи имеет два 180-градусных изгиба, а ее длина выбирается кратной целому нечетному числу полуволн в волноводе делителя мощности. Элементы связи делителя мощности разделены на две группы таким образом, что продольная ось делителя мощности, содержащая все четные элементы связи, смещена относительно продольной оси делителя мощности, содержащей все нечетные элементы связи, на целое нечетное число четвертей длины волны в волноводе делителя мощности. Разница длин четных и нечетных линеек равна величине, на которую смещены продольные оси делителя мощности, содержащие четные и нечетные элементы связи. При этом центры всех щелей с одинаковыми порядковыми номерами (считая от выхода делителя мощности в линейку) каждой линейки расположены на одной вертикальной оси. Направление наклона щелей четных линеек выполнено зеркально по отношению к направлению наклона щелей нечетных линеек. Во входной участок каждой линейки, имеющей большую длину, вводится фазирующая секция, обеспечивающая такое изменение размера широкой стенки линейки, чтобы в пределах длины фазирующей секции осуществлялся фазовый сдвиг, требуемый для согласования фаз четных и нечетных выходов делителя мощности на средней частоте рабочего диапазона частот антенны, при этом длина фазирующей секции выбирается равной половине длины волны в волноводе линейки с размером широкой стенки, измененным с учетом введения в него фазирующей секции.The essence of the invention lies in the following features affecting the achievement of the claimed technical results in the implementation of this technical solution. An antenna device with frequency scanning contains a power divider and a flat array of waveguide-slot linear emitters (rulers), each of which is a rectangular waveguide, in a narrow wall of which alternately inclined slots are made. The power divider is made in the form of a serpentine waveguide, folded in the E-plane, and is located in a plane parallel to the plane containing the rulers. Each output of the power divider is connected through a communication element to the input section of the corresponding line. The line of the snake waveguide of the power divider in the gap between adjacent communication elements has two 180-degree bends, and its length is selected as a multiple of an integer odd number of half-waves in the waveguide of the power divider. The power divider coupling elements are divided into two groups so that the longitudinal axis of the power divider containing all the even coupling elements is offset relative to the longitudinal axis of the power divider containing all the odd coupling elements by an integer odd number of quarters of the wavelength in the waveguide of the power divider. The difference in the lengths of even and odd rulers is equal to the value by which the longitudinal axes of the power divider are offset, containing even and odd coupling elements. In this case, the centers of all slots with the same serial numbers (counting from the output of the power divider in the line) of each line are located on the same vertical axis. The direction of inclination of the slots of even lines is mirrored with respect to the direction of the slots of odd lines. A phasing section is introduced into the input section of each ruler with a long length, providing such a change in the size of the wide ruler wall so that within the length of the phasing section the phase shift is carried out, which is required to match the phases of the even and odd outputs of the power divider at the average frequency of the operating frequency range of the antenna frequencies, the length of the phasing section is chosen equal to half the wavelength in the waveguide of the ruler with the size of the wide wall, modified taking into account the introduction of the phasing section into it.

На Фиг.1 представлена схема построения антенного устройства с частотным сканированием.Figure 1 presents a diagram of the construction of an antenna device with frequency scanning.

На Фиг.2 представлена конструкция антенного устройства с частотным сканированием (вид спереди).Figure 2 presents the design of the antenna device with frequency scanning (front view).

На Фиг.3 А-А представлен фронтальный разрез нечетной линейки, подключенной через элемент связи к делителю мощности, а на Фиг.3 Б-Б - фронтальный разрез четной линейки, содержащей фазирующую секцию и подключенной через элемент связи к делителю мощности.Figure 3 AA shows a frontal section of an odd ruler connected through a communication element to a power divider, and Figure 3 BB shows a front section of an even ruler containing a phasing section and connected through a communication element to a power divider.

Как показано на Фиг.1, 2, антенное устройство с частотным сканированием содержит делитель мощности 1 и плоскую волноводно-щелевую антенную решетку из горизонтально расположенных линеек, разделенных на две группы: четные линейки 2 и нечетные линейки 3. Каждая линейка 2, 3 представляет собой прямоугольный волновод, в узкой стенке которого выполнены попеременно наклонные щели 5.As shown in Fig.1, 2, the antenna device with frequency scanning contains a power divider 1 and a flat waveguide slot antenna array of horizontally arranged lines divided into two groups: even lines 2 and odd lines 3. Each line 2, 3 represents a rectangular waveguide, in a narrow wall of which alternately inclined slots 5 are made.

Делитель мощности 1 обеспечивает сканирование луча в вертикальной плоскости и содержит замедляющую структуру в виде змейкового волновода, свернутого в Е-плоскости, и элементы связи 4. Продольная ось а делителя мощности 1, содержащая элементы связи 4 со всеми четными линейками 2, смещена в пространстве относительно продольной оси b делителя мощности 1, содержащей элементы связи 4 со всеми нечетными линейками 3, на расстояние Δ, равное целому нечетному числу четвертей длины волны в волноводе делителя мощности на частоте нормали. Смещение продольных осей а и b делителя мощности 1 на расстояние Δ обеспечивает согласование, то есть низкий уровень КСВН на входе 6 делителя мощности 1 на частоте нормали и взаимную компенсацию отражений, приходящих на вход 6 делителя мощности через элементы связи 4 от четных линеек 2 и нечетных линеек 3 и оказывающихся в противофазе по отношению друг к другу.The power divider 1 provides scanning of the beam in a vertical plane and contains a slowdown structure in the form of a serpentine waveguide, rolled in the E-plane, and communication elements 4. The longitudinal axis a of the power divider 1, containing communication elements 4 with all even lines 2, is offset in space relative to the longitudinal axis b of the power divider 1, containing coupling elements 4 with all the odd rulers 3, by a distance Δ equal to an integer odd number of quarters of the wavelength in the waveguide of the power divider at the normal frequency. The offset of the longitudinal axes a and b of the power divider 1 by the distance Δ ensures coordination, that is, a low level of VSWR at the input 6 of the power divider 1 at the normal frequency and mutual compensation of the reflections coming to the input 6 of the power divider through communication elements 4 from even lines 2 and odd rulers 3 and appearing in antiphase in relation to each other.

Змейковый волновод делителя мощности 1 содержит 180-градусные изгибы, прямолинейные участки с элементами связи 4 и прямолинейные участки без элементов связи 4 (холостые каналы). При этом прямолинейные участки делителя мощности 1, содержащие элементы связи 4 и холостые каналы в волноводе делителя мощности 1, располагаются через один. На промежутке между соседними элементами связи 4 волновод делителя мощности 1 содержит два 180-градусных изгиба, а длина линии змейкового волновода делителя мощности 1 на этом промежутке выбирается кратной целому нечетному числу полуволн в волноводе делителя мощности 1 на частоте нормали. На конце делителя мощности 1 установлена согласованная нагрузка 7.The serpentine waveguide of the power divider 1 contains 180-degree bends, straight sections with communication elements 4, and straight sections without communication elements 4 (idle channels). In this case, the straight sections of the power divider 1 containing communication elements 4 and idle channels in the waveguide of the power divider 1 are located through one. In the interval between adjacent communication elements 4, the waveguide of the power divider 1 contains two 180-degree bends, and the line length of the snake waveguide of the power divider 1 in this interval is selected as an integer multiple of an odd number of half-waves in the waveguide of the power divider 1 at the normal frequency. At the end of the power divider 1, a matched load 7 is installed.

Волноводно-щелевая антенная решетка антенного устройства с частотным сканированием, содержащая линейки 2 и 3, формирует диаграмму направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Каждая линейка 2, 3 выполнена на основе прямоугольного волновода сечением c×d, в одной из узких стенок d которого прорезаны попеременно наклонные щели 5, количество которых в четных и нечетных линейках является одинаковым (Фиг.1-3). Четные линейки 2 и нечетные линейки 3 имеют разную длину. Указанная разница длин четных и нечетных линеек равна величине Δ, на которую смещены продольные оси а и b делителя мощности 1, содержащие четные и нечетные элементы связи 4. При этом центры всех щелей 5 с одинаковыми порядковыми номерами (считая от выхода делителя мощности в линейку) каждой линейки 2, 3 расположены на одной вертикальной оси. Количество вертикальных осей, на которых расположены центры щелей, равно количеству щелей в каждой линейке 2, 3. Связь наклонной щели 5 с полем внутри волновода линейки 2, 3 характеризуется величиной нормированной проводимости, равной отношению излученной щелью мощности к мощности, прошедшей за эту щель:A waveguide-slot antenna array with a frequency scanning antenna device comprising bars 2 and 3 forms a radiation pattern in horizontal and vertical planes. Each ruler 2, 3 is made on the basis of a rectangular waveguide with a cross section of c × d, in one of the narrow walls d of which alternately inclined slots 5 are cut, the number of which is the same in even and odd rulers (Figs. 1-3). Even rulers 2 and odd rulers 3 have different lengths. The indicated difference in the lengths of even and odd rulers is equal to Δ by which the longitudinal axes a and b of the power divider 1 are offset, containing even and odd coupling elements 4. Moreover, the centers of all slots 5 with the same serial numbers (counting from the output of the power divider to the line) each ruler 2, 3 are located on the same vertical axis. The number of vertical axes on which the centers of the slits are located is equal to the number of slots in each line 2, 3. The connection of the inclined slit 5 with the field inside the waveguide of line 2, 3 is characterized by the value of the normalized conductivity, equal to the ratio of the power radiated by the gap to the power passed beyond this gap:

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеWhere

g - нормированная проводимость щели;g is the normalized conductivity of the gap;

Ризл - мощность, излученная щелью;P rad - power radiated by the gap;

Рпод - мощность, подведенная к сечению со щелью;P under - power brought to the section with a gap;

Рпрош - мощность, прошедшая за щель.R prosh is the power that passed beyond the gap.

Для получения линейного фазового распределения наклон щелей 5 чередуется, при этом направление наклона щелей четных линеек 2 выполнен зеркально по отношению к направлению наклону щелей нечетных линеек 3. Настройка в резонанс на максимуме связи в заданном рабочем диапазоне частот регулируется глубиной врезания щели 5 в широкие стенки с волновода линеек 2, 3. Расстояние между щелями выбирается из условия недопущения появления побочных главных максимумов при качании луча в рабочем диапазоне частот и недопущения проявления эффекта нормали в линейках. Таким образом, шаг щелей примерно равен половине длины волны в волноводе линеек 2, 3. Для герметизации щелей на каждую из линеек устанавливается накладка из фторопласта.To obtain a linear phase distribution, the slope of the slots 5 is alternated, while the direction of the slopes of the slots of the even lines 2 is mirrored with respect to the direction of the slopes of the slots of the odd lines 3. The resonance setting at the coupling maximum in a given operating frequency range is controlled by the depth of incision of the slot 5 into wide walls with waveguide of rulers 2, 3. The distance between the slits is selected from the condition of preventing the appearance of secondary main maxima when the beam sways in the working frequency range and preventing the manifestation of the normal effect in lineups. Thus, the pitch of the slits is approximately equal to half the wavelength in the waveguide of the rulers 2, 3. To seal the slots, a fluoroplastic overlay is installed on each of the rulers.

Вход каждой из линеек 2, 3 выполнен в виде волноводного Н-плоскостного 90-градусного уголка с 45-градусным скосом, предназначенного для подключения к соответствующему выходу делителя мощности через элемент связи 4. На конце каждой линейки 2 и 3 установлена согласованная нагрузка 8.The input of each of the lines 2, 3 is made in the form of a waveguide H-plane 90-degree angle with a 45-degree bevel, designed to connect to the corresponding output of the power divider through the communication element 4. At the end of each line 2 and 3, a matched load 8 is installed.

Для обеспечения необходимого сектора сканирования и положения его относительно нормали к антенному устройству с частотным сканированием размер широкой стенки k волновода делителя мощности 1 выполнен меньше, чем размер широкой стенки с волновода линеек 2, 3 (Фиг.3 А-А, Б-Б). Размер узкой стенки m волновода делителя мощности 1 на прямолинейном участке с элементами связи 4 совпадает с размером узкой стенки d волновода линеек 2 и 3 (Фиг.2). Размер узкой стенки n волновода делителя мощности 1 на прямолинейном участке без элементов связи 4 выполнен меньше размера d и меньше размера m. По причине неравенства размеров широких стенок k и с на входных участках линеек 2 образуется ступенчатая фазовая ошибка, приводящая к увеличению уровня боковых лепестков и, как следствие, к ухудшению диаграммы направленности.To ensure the required scanning sector and its position relative to the normal to the antenna device with frequency scanning, the size of the wide wall k of the waveguide of the power divider 1 is made smaller than the size of the wide wall from the waveguide of the rulers 2, 3 (Figure 3 A-A, B-B). The size of the narrow wall m of the waveguide of the power divider 1 in a straight section with communication elements 4 coincides with the size of the narrow wall d of the waveguide of lines 2 and 3 (Figure 2). The size of the narrow wall n of the waveguide of the power divider 1 in a straight section without communication elements 4 is made smaller than size d and smaller than size m. Due to the inequality of the dimensions of the wide walls k and c, a stepwise phase error is formed at the input sections of the rulers 2, which leads to an increase in the level of the side lobes and, as a result, to a worsening radiation pattern.

Компенсирование указанной фазовой ошибки реализуется за счет введения во входной участок каждой линейки 2 фазирующей секции 9, корректирующей фазу, то есть увеличивающей или уменьшающей электрическую длину входного участка линейки 2 на величину, равную возникшей фазовой ошибки (Фиг.1, Фиг.3 Б-Б). Фазирующая секция представляет собой устройство, благодаря применению которого реализуется конструктивное изменение размера широкой стенки с линейки 2 до размера широкой стенки сФС линейки 2 (Фиг.3 Б-Б). Условиями расчета размеров фазирующей секции 9 является то, что размер широкой стенки сФС волновода линейки 2 должен быть таким, чтобы обеспечивался фазовый сдвиг, требуемый для согласования фаз четных и нечетных выходов делителя мощности на средней частоте рабочего диапазона частот антенны. Длина LФС фазирующей секции 9 выбирается равной половине длины волны в волноводе линейки 2 с размером широкой стенки сФС на средней частоте рабочего диапазона частот антенн.Compensation of the indicated phase error is realized by introducing into the input section of each ruler 2 a phasing section 9 correcting the phase, that is, increasing or decreasing the electric length of the input section of the ruler 2 by an amount equal to the resulting phase error (Fig. 1, Fig. 3 B-B ) The phasing section is a device due to the use of which a constructive change in the size of the wide wall from line 2 to the size of the wide wall from the FS of line 2 is realized (Fig. 3 B-B). The conditions for calculating the dimensions of the phasing section 9 is that the size of the wide wall with the FS of the waveguide of line 2 should be such as to provide the phase shift required to match the phases of the even and odd outputs of the power divider at the average frequency of the operating frequency range of the antenna frequencies. The length L FS of the phasing section 9 is chosen equal to half the wavelength in the waveguide of line 2 with the size of a wide wall with FS at the average frequency of the operating frequency range of the antennas.

Требуемая ширина луча в горизонтальной и вертикальной плоскостях в заданном рабочем диапазоне частот зависит от размера антенного полотна и коэффициента его использования. Исходя из технологических причин и условий транспортировки и хранения, каждая линейка 2, 3 собирается из нескольких отрезков волновода, соединенных волноводными фланцами 10, каждый из которых размещается вместо одной из щелей 5 (Фиг.2, 3). При этом во избежание недопустимого роста уровня боковых лепестков фланцы 10 на антенном полотне размещаются столбцами в области спада амплитудно-фазового распределения поля по раскрыву антенны, то есть по краям антенного полотна, что снижает их влияние на диаграмму направленности.The required beam width in horizontal and vertical planes in a given operating frequency range depends on the size of the antenna sheet and its utilization rate. Based on technological reasons and the conditions of transportation and storage, each ruler 2, 3 is assembled from several segments of the waveguide connected by waveguide flanges 10, each of which is placed instead of one of the slots 5 (Fig.2, 3). At the same time, in order to avoid an unacceptable increase in the level of side lobes, the flanges 10 on the antenna sheet are placed in columns in the field of decay of the amplitude-phase distribution of the field along the antenna opening, i.e. at the edges of the antenna sheet, which reduces their influence on the radiation pattern.

Предлагаемая конструкция антенного устройства с частотным сканированием была проверена экспериментально. Антенное устройство работает в диапазоне частот 2710-2850 МГц. Размер антенного полотна составил 4×7 м. Антенная решетка состоит из 54 волноводно-щелевых линеек, каждая из которых выполнена на основе прямоугольного волновода сечением 72×34 мм, в одной из узких стенок которого прорезано 87 попеременно наклонных щелей с шагом, равным 73 мм. При этом каждая линейка собрана из трех отрезков волновода, длина среднего из которых равна 5 м, и соединенных двумя волноводными фланцами. Волноводные фланцы расположены столбцами вместо 10 и 77 щели каждой линейки, следовательно, каждая линейка содержит 85 излучающих щелей. Продольные оси делителя мощности, содержащие четные и нечетные элементы связи, смещены относительно друг друга на ¼ длины волны в волноводе делителя мощности на частоте нормали. Длина линии змейкового волновода делителя мощности на промежутке между соседними элементами связи выполнена равной 2,5 длины волны на частоте нормали. Размер широкой стенки k волновода делителя мощности составил 62,4 мм, размер узкой стенки m волновода делителя мощности на прямолинейном участке с элементами связи - 34 мм, а размер узкой стенки n холостого канала - 24 мм. Фазирующая секция, представляющая собой металлическую пластину, установленную во входной участок на узкой стенке d волновода каждой четной линейки, имеет длину, равную 93 мм. Уровень боковых лепестков составил минус 34 дБ, КСВН на входе делителя мощности в рабочем диапазоне частот имеет величину не более 1,5.The proposed design of the antenna device with frequency scanning has been tested experimentally. The antenna device operates in the frequency range 2710-2850 MHz. The size of the antenna sheet was 4 × 7 m. The antenna array consists of 54 waveguide-slotted lines, each of which is made on the basis of a rectangular waveguide with a cross section of 72 × 34 mm, 87 alternately inclined slots are cut in one of its narrow walls with a step of 73 mm . Moreover, each line is assembled from three segments of the waveguide, the middle of which is 5 m long, and connected by two waveguide flanges. The waveguide flanges are arranged in columns instead of 10 and 77 slits of each line, therefore, each line contains 85 radiating slots. The longitudinal axes of the power divider containing even and odd coupling elements are offset relative to each other by ¼ wavelength in the waveguide of the power divider at the normal frequency. The length of the line of the snake waveguide of the power divider in the gap between adjacent communication elements is made equal to 2.5 wavelengths at the normal frequency. The size of the wide wall k of the waveguide of the power divider was 62.4 mm, the size of the narrow wall m of the waveguide of the power divider in a straight section with communication elements was 34 mm, and the size of the narrow wall n of the idle channel was 24 mm. The phasing section, which is a metal plate mounted in the input section on the narrow wall d of the waveguide of each even line, has a length of 93 mm. The level of the side lobes was minus 34 dB, the VSWR at the input of the power divider in the operating frequency range has a value of no more than 1.5.

Claims (4)

1. Антенное устройство с частотным сканированием, содержащее делитель мощности и плоскую решетку волноводно-щелевых линейных излучателей, каждый из которых представляет собой прямоугольный волновод, в узкой стенке которого выполнены попеременно наклонные щели, а делитель мощности выполнен в виде змейкового волновода, свернутого в Е-плоскости, и расположен в плоскости, параллельной плоскости, содержащей волноводно-щелевые линейные излучатели, каждый выход делителя мощности соединен через элемент связи с входным участком соответствующего волноводно-щелевого линейного излучателя, при этом элементы связи делителя мощности разделены на две группы таким образом, что продольная ось делителя мощности, содержащая все четные элементы связи, смещена относительно продольной оси делителя мощности, содержащей все нечетные элементы связи, на целое нечетное число четвертей длины волны в волноводе делителя мощности, отличающееся тем, что линия змейкового волновода делителя мощности на промежутке между соседними элементами связи имеет два 180-градусных изгиба, а ее длина выбирается кратной целому нечетному числу полуволн в волноводе делителя мощности; разница длин четных и нечетных волноводно-щелевых линейных излучателей равна величине, на которую смещены продольные оси делителя мощности, содержащие четные и нечетные элементы связи, при этом центры всех щелей с одинаковыми порядковыми номерами (считая от выхода делителя мощности в волноводно-щелевой линейный излучатель) каждого волноводно-щелевого линейного излучателя расположены на одной вертикальной оси, направление наклона щелей четных волноводно-щелевых линейных излучателей выполнено зеркально по отношению к направлению наклона щелей нечетных волноводно-щелевых линейных излучателей; во входной участок каждого волноводно-щелевого линейного излучателя, имеющего большую длину, вводится фазирующая секция, обеспечивающая такое изменение размера широкой стенки волновода волноводно-щелевого линейного излучателя, чтобы в пределах длины фазирующей секции осуществлялся фазовый сдвиг, требуемый для согласования фаз четных и нечетных выходов делителя на средней частоте рабочего диапазона частот антенного устройства с частотным сканированием, при этом длина фазирующей секции выбирается равной половине длины волны в волноводе волноводно-щелевого линейного излучателя с размером широкой стенки, измененным с учетом введения в него фазирующей секции.1. An antenna device with frequency scanning, containing a power divider and a flat array of waveguide-slot linear emitters, each of which is a rectangular waveguide, in the narrow wall of which alternately inclined slots are made, and the power divider is made in the form of a serpentine waveguide folded in E- plane, and is located in a plane parallel to the plane containing the waveguide-slot linear emitters, each output of the power divider is connected through a communication element to the input section of the corresponding its waveguide-slot linear radiator, while the power divider communication elements are divided into two groups so that the longitudinal axis of the power divider containing all the even communication elements is offset from the longitudinal axis of the power divider containing all the odd communication elements by an odd integer number of quarters the wavelength in the waveguide of the power divider, characterized in that the line of the serpentine waveguide of the power divider in the gap between adjacent communication elements has two 180-degree bends, and its length is selected an odd integer multiple of half-waves in the waveguide power divider; the difference in the lengths of even and odd waveguide-slot linear emitters is equal to the value by which the longitudinal axes of the power divider are offset, containing even and odd coupling elements, while the centers of all slots with the same serial numbers (counting from the output of the power divider into the waveguide-slot linear radiator) of each waveguide-slot linear radiator are located on one vertical axis, the direction of inclination of the slots of even waveguide-slot linear radiators is mirrored with respect to the direction of it cracks odd-gap linear waveguide radiators; a phasing section is introduced into the input section of each waveguide-slot linear radiator having a large length, providing such a change in the size of the wide wall of the waveguide-slot linear radiator so that the phase shift is achieved within the length of the phasing section, required to match the phases of the even and odd outputs of the divider at the average frequency of the operating frequency range of the antenna device with frequency scanning, while the length of the phasing section is chosen equal to half the wavelength in the wave ode linear waveguide slot radiator with a wide size wall modified with the introduction into it phasing section. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волноводно-щелевые линейные излучатели состоят из нескольких частей, соединенных волноводными фланцами, которые размещаются вместо щелей с одинаковыми порядковыми номерами (считая от выхода делителя мощности в волноводно-щелевой линейный излучатель) каждого волноводно-щелевого линейного излучателя в области спада амплитудно-фазового распределения поля по раскрыву антенного устройства с частотным сканированием.2. The device according to claim 1, characterized in that the waveguide-slot linear emitters consist of several parts connected by waveguide flanges, which are placed instead of slots with the same serial numbers (counting from the output of the power divider in the waveguide-slot linear radiator) of each waveguide slot linear emitter in the field of decline of the amplitude-phase distribution of the field by the opening of the antenna device with frequency scanning. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на каждый волноводно-щелевой линейный излучатель установлена герметизирующая накладка из материала, обладающего гидрофобными свойствами например фторопласта.3. The device according to claim 1, characterized in that for each waveguide-slot linear radiator a sealing plate is installed made of a material having hydrophobic properties, for example, fluoroplastic. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вход каждого волноводно-щелевого линейного излучателя, предназначенного для подключения к соответствующему выходу делителя мощности, выполнен в виде Н-плоскостного 90-градусного уголка с 45-градусным скосом.4. The device according to claim 1, characterized in that the input of each waveguide-slot linear emitter, designed to connect to the corresponding output of the power divider, is made in the form of an N-plane 90-degree angle with a 45-degree bevel.
RU2006146853/09A 2006-12-28 2006-12-28 Frequency-scanned antenna arrangement RU2321111C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006146853/09A RU2321111C1 (en) 2006-12-28 2006-12-28 Frequency-scanned antenna arrangement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006146853/09A RU2321111C1 (en) 2006-12-28 2006-12-28 Frequency-scanned antenna arrangement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2321111C1 true RU2321111C1 (en) 2008-03-27

Family

ID=39366455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006146853/09A RU2321111C1 (en) 2006-12-28 2006-12-28 Frequency-scanned antenna arrangement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2321111C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2470419C1 (en) * 2011-12-20 2012-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" Frequency-scanning linear antenna
RU2594643C1 (en) * 2015-06-24 2016-08-20 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" Antenna array with a frequency scanning
RU2664794C1 (en) * 2017-07-07 2018-08-22 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Antenna array with wide-scale frequency scanning
CN109326893A (en) * 2018-11-08 2019-02-12 陕西黄河集团有限公司 A kind of micro-strip frequency scanning antenna
CN110311232A (en) * 2019-07-26 2019-10-08 广州辰创科技发展有限公司 A kind of design method and antenna of low section frequency scanning antenna

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2470419C1 (en) * 2011-12-20 2012-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" Frequency-scanning linear antenna
RU2594643C1 (en) * 2015-06-24 2016-08-20 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" Antenna array with a frequency scanning
RU2664794C1 (en) * 2017-07-07 2018-08-22 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Antenna array with wide-scale frequency scanning
CN109326893A (en) * 2018-11-08 2019-02-12 陕西黄河集团有限公司 A kind of micro-strip frequency scanning antenna
CN110311232A (en) * 2019-07-26 2019-10-08 广州辰创科技发展有限公司 A kind of design method and antenna of low section frequency scanning antenna

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7061443B2 (en) MMW electronically scanned antenna
CN107134658B (en) Miniaturized CTS flat panel array antenna
US6424298B1 (en) Microstrip array antenna
CN108123220B (en) Low-sidelobe waveguide slot array antenna
Wang et al. Waveguide slotted antenna array with broadband, dual-polarization and low cross-polarization for X-band SAR applications
RU2321111C1 (en) Frequency-scanned antenna arrangement
US3434139A (en) Frequency-controlled scanning monopulse antenna
RU2321112C1 (en) Waveguide-slot antenna array and its power splitter
US9413073B2 (en) Augmented E-plane taper techniques in variable inclination continuous transverse (VICTS) antennas
US3039097A (en) Frequency-sensitive rapid-scanning antenna
CN101702467B (en) Circular polarization waveguide standing-wave antenna
US8493275B2 (en) Waveguide radiator, especially for synthetic aperture radar systems
US4667205A (en) Wideband microwave antenna with two coupled sectoral horns and power dividers
Haddadi et al. Gap waveguide slot array antenna for automotive applications at E-band
JP2008244520A (en) Planar array antenna
US6781554B2 (en) Compact wide scan periodically loaded edge slot waveguide array
RU2284079C1 (en) Frequency-controlled antenna
Meng et al. Design and fabrication of w-band waveguide slotted array antenna based on milling process
Liu et al. Conformal slotted waveguide array antenna
JP5300626B2 (en) Antenna device
Wei et al. Design of a variable inclination continuous transverse stub array
RU2594643C1 (en) Antenna array with a frequency scanning
RU2735262C1 (en) Two-channel linear radiator
RU2225661C2 (en) Waveguide power system for phased antenna array
Sakakibara et al. Design of narrow-wall slotted hollow waveguide array for arbitrarily linear polarization in the millimeter-wave band

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20100713