RU2407118C1 - Wideband antenna array - Google Patents
Wideband antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407118C1 RU2407118C1 RU2009144084/07A RU2009144084A RU2407118C1 RU 2407118 C1 RU2407118 C1 RU 2407118C1 RU 2009144084/07 A RU2009144084/07 A RU 2009144084/07A RU 2009144084 A RU2009144084 A RU 2009144084A RU 2407118 C1 RU2407118 C1 RU 2407118C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- excitation
- horn
- aperture
- level
- levels
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к электротехнике и может быть использовано в широкополосных антеннах, где применяются поперечные и продольные излучатели.The proposed technical solution relates to electrical engineering and can be used in broadband antennas where transverse and longitudinal emitters are used.
Такие излучатели реализуют рупорные, линзовые, зеркальные, дискретные антенны, антенны поверхностных волн и антенны в виде открытых продольных излучателей (Кюн Р. Микроволновые антенны, М., Судостроение, 1967, с.95, 198, 258, 304, 373, 420).Such emitters realize horn, lens, mirror, discrete antennas, surface wave antennas and antennas in the form of open longitudinal emitters (Kuhn R. Microwave antennas, M., Shipbuilding, 1967, p.95, 198, 258, 304, 373, 420) .
Указанные антенные системы являются эффективными устройствами, позволяющими получать требуемые технические параметры в ограниченной полосе частот. При попытке создания антенных систем с полосой пропускания в несколько октав - до декады - возникают значительные технические трудности с обеспечением высоких электрических параметров (ширины диаграммы направленности, низкого уровня боковых лепестков, коэффициента усиления, коэффициента отражения) в указанной полосе частот.These antenna systems are effective devices that allow you to obtain the required technical parameters in a limited frequency band. When trying to create antenna systems with a bandwidth of several octaves - up to a decade - significant technical difficulties arise in ensuring high electrical parameters (radiation pattern width, low level of side lobes, gain, reflection coefficient) in the specified frequency band.
Известно техническое решение, описанное в патенте РФ №2052878, где предложена широкополосная антенна, изготовленная на диэлектрической подложке с металлизированными поверхностями. На одной стороне платы (экранная сторона) основная поверхность занята металлизированным (медным) проводником. На металлизации удалена часть поверхности, ограниченная излучающим плоским рупором, образованным двумя пересекающимися плоскими рупорами, сужающаяся часть которых переходит в щелевую линию, а точка пересечения смежных стенок лежит на оси симметрии излучающего рупора. Если высокочастотная энергия поступает через щелевые линии, то края излучающего рупора связаны со свободным пространством. Местоположение точек, в которых выполнено соединение микрополосковой линии относительно щелевой линии, реализуют узлы возбуждения, которые определяют импеданс антенны. На оборотной стороне платы (токонесущая сторона) расположены микрополосковые проводники, работающие в качестве высокочастотной линии передачи (система возбуждения). Микрополосок пересекает щелевую линию и обеспечивает емкостную связь с последней.A technical solution is known, described in RF patent No. 2052878, which proposes a broadband antenna made on a dielectric substrate with metallized surfaces. On one side of the board (screen side), the main surface is occupied by a metallized (copper) conductor. On metallization, a part of the surface bounded by a radiating flat horn formed by two intersecting flat horns is removed, the tapering part of which passes into a slit line, and the intersection point of adjacent walls lies on the axis of symmetry of the radiating horn. If high-frequency energy enters through the slit lines, then the edges of the radiating horn are associated with free space. The location of the points at which the microstrip line is connected relative to the slotted line is realized by the excitation nodes, which determine the antenna impedance. On the reverse side of the board (current-carrying side) there are microstrip conductors operating as a high-frequency transmission line (excitation system). The microstrip crosses the slot line and provides capacitive coupling with the latter.
Недостатками указанного устройства являются:The disadvantages of this device are:
- сложность согласования волновых сопротивлений щелевой и микрополосковой линий передачи;- the difficulty of matching the wave impedances of the slotted and microstrip transmission lines;
- ограниченная (небольшая) мощность, передаваемая щелевой линией.- limited (small) power transmitted by the slit line.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является разработка широкополосной антенной решетки с большой передаваемой мощностью и частотно-независимым узлом возбуждения, получение управляемого динамического амплитудно-фазового распределения на раскрыве антенны.The technical result of the proposed technical solution is the development of a broadband antenna array with large transmitted power and a frequency-independent excitation unit, obtaining a controlled dynamic amplitude-phase distribution at the antenna aperture.
Это достигается тем, что широкополосная антенная решетка, содержащая плоскую диэлектрическую основу с металлизированными слоями, в которых выполнен излучающий раскрыв, образованный из плоских рупорных излучателей, размещенных в нескольких уровнях, отличается тем, что левая (правая) образующие рупоров всех уровней выполнены на токонесущей стороне платы и являются продолжением микрополосковых проводников системы возбуждения, под которыми удалена металлизация, а правая (левая) образующие выполнены на экранной стороне платы в виде среза экрана (удаления металлизации), при этом образующие пересекаются под углом α, образуя узел возбуждения рупора низшего (нулевого) уровня, который возбуждается волной электромагнитного поля структуры ТЕМ, импеданс которого зависит только от угла раскрыва рупора.This is achieved by the fact that a broadband antenna array containing a flat dielectric base with metallized layers in which a radiating opening is made up of flat horn emitters placed at several levels is characterized in that the left (right) generators of the horns of all levels are made on the current-carrying side boards and are a continuation of the microstrip conductors of the excitation system, under which metallization is removed, and the right (left) generators are made on the screen side of the board in the form of a slice screen (removal of metallization), while the generators intersect at an angle α, forming a horn excitation node of the lowest (zero) level, which is excited by the wave of the electromagnetic field of the TEM structure, the impedance of which depends only on the opening angle of the horn.
Поскольку структура многоуровневого излучающего раскрыва (широкополосной антенны) построена по принципу иерархических систем с вложенными процессами, то его амплитудно-фазовое распределение является динамическим, поэтому включением в один из уровней системы возбуждения (правый или левый) управляемого элемента (регулируемые фазовращатель, линия задержки, аттенюатор) легко и просто осуществляется изменение отношения амплитуд распространяющихся мод, что позволяет эффективно управлять положением максимума диаграммы направленности.Since the structure of the multi-level radiating aperture (broadband antenna) is built on the principle of hierarchical systems with embedded processes, its amplitude-phase distribution is dynamic, therefore, by including a controlled element (adjustable phase shifter, delay line, attenuator) in one of the levels of the excitation system (right or left) ) the change in the ratio of amplitudes of propagating modes is easily and simply carried out, which allows one to effectively control the position of the maximum of the radiation pattern.
Представленные чертежи поясняют суть предлагаемого устройства.The presented drawings explain the essence of the proposed device.
На фиг.1 изображена двухуровневая широкополосная антенна;Figure 1 shows a two-level broadband antenna;
на фиг.2, 3 поясняется принцип суперпозиции распространяющихся мод для случаев синфазного, противофазного равноамплитудного и синфазного неравноамплитудного возбуждения апертуры антенны;figure 2, 3 explains the principle of superposition of propagating modes for cases of in-phase, out-of-phase, uniform-amplitude and in-phase, unequal-amplitude excitation of the antenna aperture;
на фиг.3а - принцип суперпозиции распространяющихся мод для случая противофазного равноамплитудного возбуждения апертуры антенны;on figa - the principle of superposition of propagating modes for the case of out-of-phase equipotential excitation of the antenna aperture;
на фиг.3б - принцип суперпозиции распространяющихся мод для случая синфазного неравноамплитудного возбуждения апертуры антенны;on figb - the principle of superposition of propagating modes for the case of in-phase non-uniform amplitude excitation of the antenna aperture;
на фиг.4 изображены нормированные диаграммы направленности;figure 4 shows the normalized radiation patterns;
на фиг.5 изображена многоуровневая широкополосная антенна;figure 5 shows a multi-level broadband antenna;
фиг.6 поясняет иерархию построения многоуровневого излучающего раскрыва, образованного из рупорных излучателей, размещенных на нескольких уровнях.6 illustrates the hierarchy of the construction of a multi-level radiating aperture formed from horn emitters placed at several levels.
На фигурах 1, 2, 3, 4, 5 обозначены:In the figures 1, 2, 3, 4, 5 are indicated:
1 - образующие плоских рупоров, выполненные на токонесущей стороне платы в виде микрополосковых проводников;1 - generators of flat horns made on the current-carrying side of the board in the form of microstrip conductors;
2 - образующие плоских рупоров, выполненные на экранной стороне платы в виде «среза» экрана (удаления металлизации);2 - generators of flat horns made on the screen side of the board in the form of a "cut" of the screen (removal of metallization);
3 - управляемый элемент;3 - controlled element;
4 - поверхности экранной стороны платы, на которых удалена металлизация, обозначены в окружности;4 - surfaces of the screen side of the board on which metallization is removed are indicated in a circle;
5 - плоский рупор нулевого (низшего) уровня;5 - flat mouthpiece of the zero (lower) level;
6 - плоский рупор первого уровня;6 - a flat mouthpiece of the first level;
7 - плоский рупор второго уровня;7 - flat mouthpiece of the second level;
8 - плоский рупор третьего уровня;8 - flat horn of the third level;
9 - система возбуждения апертуры широкополосной антенны, выполненная в виде набора параллельно-последовательно включенных микрополосковых проводников, имеющих многоуровневую иерархию построения и симметричных относительно входа (точки O2');9 is a system for exciting the aperture of a broadband antenna, made in the form of a set of parallel-sequentially connected microstrip conductors having a multi-level hierarchy of construction and symmetrical with respect to the input (points O2 ');
М - точка пространственного наложения (пересечения) образующих 1, 2 рупоров нулевого уровня, в которой реализован узел возбуждения;M is the point of spatial overlapping (intersection) of the
α - угол между образующими 1 и 2, который характеризует угол раскрыва рупора нулевого уровня;α is the angle between
O, O1, O2 - точки, через которые проходят оси симметрии, перпендикулярные раскрыву, они же точки соединения (электрического контакта) образующих 1, 2 рупоров нулевого, первого, второго и т.д. уровней соответственно.O, O1, O2 - points through which the symmetry axes pass, perpendicular to the opening, they are the connection points (electrical contact) forming 1, 2 horns of zero, first, second, etc. levels respectively.
Система 9 возбуждения апертуры широкополосной антенны - сплошные линии - микрополосковые проводники, выполненные на токонесущей стороне платы, которые реализуют систему возбуждения; затушеванная часть экранной стороны платы соответствует наличию металлизации, пунктиром обозначены контуры поверхности экранной стороны платы, на которой удалена металлизация.The
В микрополосковой линии передачи основной волной электромагнитного поля является волна структуры ТЕМ, которая характеризуется наличием только поперечных составляющих электрического и магнитного поля. Скорость распространения и волновое сопротивление волны ТЕМ практически не зависят от частоты. Для щелевой линии основной волной электромагнитного поля является волна структуры ТЕ, которая кроме поперечных составляющих имеет в своем составе и продольную составляющую. Поэтому скорость распространения и волновое сопротивление волны ТЕ сильно зависят от частоты, кроме того, она имеет критическую частоту, ниже которой высокочастотная энергия по щелевой линии вообще не передается. В общем случае входное сопротивление антенны является комплексным, которое имеет активную и реактивную составляющие. Для большинства антенн активная составляющая входного сопротивления характеризуется величиной порядка 70-100 Ом. Щелевая линия, выполненная на широко распространенных диэлектрических подложках с волновым сопротивлением 70-100 Ом, имеет ширину щели порядка 0.08-0.1 мм, сотые доли миллиметра, что вызывает большие технологические сложности при ее исполнении (изготовлении). Кроме того, малая ширина щели резко ограничивает передаваемую мощность.In the microstrip transmission line, the main wave of the electromagnetic field is the wave of the TEM structure, which is characterized by the presence of only the transverse components of the electric and magnetic fields. The propagation velocity and wave impedance of the TEM wave are practically independent of frequency. For the slit line, the main wave of the electromagnetic field is the wave of the TE structure, which, in addition to the transverse components, also has a longitudinal component. Therefore, the propagation velocity and wave impedance of the TE wave strongly depend on the frequency, in addition, it has a critical frequency below which high-frequency energy is not transmitted along the slit line at all. In general, the input impedance of an antenna is complex, which has an active and reactive component. For most antennas, the active component of the input resistance is characterized by a value of about 70-100 Ohms. The slit line, made on widespread dielectric substrates with a wave impedance of 70-100 Ohms, has a slit width of the order of 0.08-0.1 mm, hundredths of a millimeter, which causes great technological difficulties in its execution (manufacturing). In addition, the small slit width sharply limits the transmitted power.
Указанную проблему можно решить, если узел возбуждения и плоский рупор исполнить не в одной плоскости (как это сделано в патентах РФ №№2052877, 2052878), а в двух параллельных плоскостях, которые пространственно разнесены на некоторое расстояние. В таком случае плоский рупор будет возбуждаться волной структуры ТЕМ, что полностью решает проблему согласования, а выбор расстояния между плоскостями решает проблему передаваемой мощности. Такой «узел возбуждения» с теоретической точки зрения является идеальным, поскольку его электрические параметры определяются только геометрией системы (углом раскрыва рупора), он совершенно не зависит от частоты и не имеет никаких ограничений на передаваемую мощность. При этом точка М не обладает никакими особенностями в отличие от рупора, образующие которого лежат в одной плоскости и возбуждаются щелью, которая в свою очередь возбуждается посредством микрополосковой линии передачи, включенной в режим короткого замыкания либо холостого хода.This problem can be solved if the excitation unit and the flat horn are executed not in the same plane (as was done in RF patents Nos. 2052877, 2052878), but in two parallel planes that are spatially spaced a certain distance. In this case, the flat horn will be excited by the wave of the TEM structure, which completely solves the coordination problem, and the choice of the distance between the planes solves the problem of transmitted power. From a theoretical point of view, such an “excitation unit” is ideal, since its electrical parameters are determined only by the geometry of the system (the aperture angle of the horn), it is completely independent of the frequency and has no restrictions on the transmitted power. In this case, point M does not have any features, unlike a horn, the generators of which lie in the same plane and are excited by a slit, which in turn is excited by a microstrip transmission line included in the short circuit or idle mode.
В предлагаемом техническом решении поставленная цель достигается посредством реализации (исполнения) образующих рупоров на разных сторонах диэлектрической подложки, имеющей некоторую толщину. Образующая 1, выполненная на токонесущей стороне платы, является продолжением микрополоскового проводника системы 9 возбуждения, под которым удалена металлизация; образующая 2 выполнена на экранной стороне платы в виде среза экрана (удаления металлизации). В точке М образующие 1 и 2 накладываются друг на друга в пространстве (пересекаются) под углом α. Поскольку под образующей 1 удалена металлизация, то электрические силовые линии поля волны структуры ТЕМ замыкаются на образующую 2, возбуждая рупор 5 волной ТЕМ. Если угол α выбран небольшим, то в рупоре сохраняется структура поля волны ТЕМ, только изменяется ориентация ее электрических силовых линий. В системе 9 возбуждения электрические силовые линии были направлены сверху вниз (микрополосковый проводник - экран), а в рупоре 5 они направлены слева направо (микрополосковый проводник - экран), см. фиг.1. При этом точка М не обладает никакими особенностями, она просто характеризует местоположение узла возбуждения, который определяет импеданс рупора Z. В данном случае импеданс рупора является функцией только угла раскрыва α и определяется выражением:In the proposed technical solution, the goal is achieved through the implementation (execution) of the generating horns on different sides of the dielectric substrate having a certain thickness.
. .
Широкополосная антенная решетка, построенная по принципу иерархических систем с вложенными процессами, представляет из себя набор плоских рупоров нулевого уровня 5 (N0) с линейными размерами раскрыва больше половины наименьшей длины волны требуемого частотного диапазона, расположенных попарно один возле другого. Пары соседних рупорных излучателей должны быть симметричны относительно осевой линии, проведенной через точку O пересечения соседних (смежных внутренних) образующих 1, 2 и перпендикулярной раскрыву. У каждой пары соседних излучателей нулевого уровня продолжены внешние (наружные) образующие 1, 2 (до их взаимного пересечения точки O1) на определенную длину, что позволяет создать N1 рупорных излучателей первого уровня 6, в которых реализованы условия для возбуждения распространяющихся мод, как высших, так и низших, более низкого частотного диапазона. Затем у каждой соседней пары рупорных излучателей первого уровня продолжены внешние образующие 1, 2 (до их взаимного пересечения точки O2) на некоторую длину, что позволяет создать N2 излучателей второго уровня 7, в которых реализованы условия для возбуждения распространяющихся мод, как высших, так низших, еще более низкого частотного диапазона. Описанный процесс с соседними парами рупоров разных уровней продолжается до тех пор, пока не будет сформирован нужный раскрыв, обеспечивающий требуемую полосу пропускания. Продолжение образующих 1, 2 для рупоров всех уровней необязательно должно выполняться на диэлектрической подложке, они могут быть исполнены в виде проводящих стержней или проволок, для которых диэлектрической основой является окружающая среда (свободное пространство), см. фиг.5. Также они не обязательно должны быть прямыми, а могут быть ломанными или экспонентами - это определяется уже особенностями конкретного исполнения. С теоретической точки зрения нет никаких ограничений на создание широкополосной антенны с любой требуемой полосой пропускания (на предложенных принципах). В таком случае широкополосная антенна в своем составе имеет:A broadband antenna array, built on the principle of hierarchical systems with embedded processes, is a set of flat zero-level horns 5 (N 0 ) with linear aperture sizes greater than half the smallest wavelength of the required frequency range, arranged in pairs one next to the other. Pairs of adjacent horn emitters should be symmetrical about the center line drawn through the point O of intersection of adjacent (adjacent internal)
- количество элементов нулевого уровня N0=2m;- the number of elements of the zero level N 0 = 2 m ;
- количество элементов первого уровня N1=2m-1;- the number of elements of the first level N 1 = 2 m-1 ;
- количество элементов второго уровня N2=2m-2;- the number of elements of the second level N 2 = 2 m-2 ;
- количество элементов уровня m Nm=2m-p;- the number of elements of the level m N m = 2 mp ;
- количество элементов высшего уровня, когда p=m, N=1;- the number of elements of the highest level when p = m, N = 1;
- общее количество элементов, формирующих протяженную структуру широкополосной антенны с динамическим амплитудно-фазовым распределением, определяется выражением N=Σ2m-p, где m - количество уровневых переходов; p - номер уровня.- the total number of elements forming the extended structure of a broadband antenna with dynamic amplitude-phase distribution is determined by the expression N = Σ2 mp , where m is the number of level transitions; p is the level number.
Для фиг.1 и 5 p=1 и 3, а N=3 и 15 соответственно.For figures 1 and 5, p = 1 and 3, and N = 3 and 15, respectively.
Особенностью построения структуры широкополосной антенной решетки является то, что элементы любого уровня (кроме нулевого) построены по одинаковой схеме, механизм формирования структуры поля в апертуре элементов всех уровней совершенно одинаков, а отличаются они только граничными условиями. Значит, структура построения широкополосной антенны строго подчиняется теории иерархических систем с вложенными процессами, это особенно хорошо видно на фиг.6. Из фиг.1, 5, 6 следует, что широкополосную антенну в первом приближении можно рассматривать как свернутый рупор, который характеризуется коэффициентом пространственного укорочения (сжатия):A feature of constructing the structure of a broadband antenna array is that the elements of any level (except the zero) are constructed according to the same scheme, the mechanism for forming the field structure in the aperture of elements of all levels is exactly the same, and they differ only in boundary conditions. Therefore, the structure for constructing a broadband antenna is strictly subordinate to the theory of hierarchical systems with embedded processes, this is especially clearly seen in Fig.6. From figure 1, 5, 6 it follows that the broadband antenna in a first approximation can be considered as a rolled-up horn, which is characterized by the coefficient of spatial shortening (compression):
, ,
где Lh - протяженность исходного рупора, a Lfh - протяженность свернутого рупора, представляющего широкополосную антенну. Если исходный рупор имеет только одну точку входа (управления) O2', то свернутый рупор характеризуется количеством точек управления n=2 для фиг.1 и n=8 для фиг.5.where L h is the length of the original speaker, and L fh is the length of the folded speaker representing a broadband antenna. If the original speaker has only one entry point (control) O2 ', then the folded speaker is characterized by the number of control points n = 2 for figure 1 and n = 8 for figure 5.
Амплитудно-фазовое распределение на апертуре широкополосной антенны является динамическим, легко управляемым по любой из точек входа. На фиг.2, 3 представлена суперпозиция для простейшего случая двухуровневой антенны при синфазном равноамплитудном (фиг.2), неравноамплитудном (фиг.3б) и противофазном равноамплитудном возбуждении апертуры (фиг.3а). Как следует из фиг.2, 3а, при равноамплитудном возбуждении результирующее распределение на раскрыве является симметричным относительно центра, а при неравноамплитудном - несимметричным (смещенным), причем величина этого смещения зависит от соотношения амплитуд распространяющихся мод. Пространственные моды характеризуются различной углочастотной зависимостью, поэтому соотношение их амплитуд определяет направление положения максимума диаграммы направленности антенны. Для простейшего случая возбуждения апертуры четной и нечетной распространяющимися модами распределение электрического поля на раскрыве можно представить в видеThe amplitude-phase distribution at the aperture of a broadband antenna is dynamic, easily controlled at any of the entry points. Figure 2, 3 shows the superposition for the simplest case of a two-level antenna with in-phase uniform-amplitude (Fig. 2), unequal-amplitude (Fig. 3b) and antiphase uniform-amplitude excitation of the aperture (Fig. 3a). As follows from FIGS. 2, 3a, with equal-amplitude excitation, the resulting distribution in the aperture is symmetric with respect to the center, and with unequal-amplitude excitation, it is asymmetric (biased), and the magnitude of this shift depends on the ratio of the amplitudes of the propagating modes. Spatial modes are characterized by different angular-frequency dependences; therefore, the ratio of their amplitudes determines the direction of the maximum position of the antenna pattern. For the simplest case of excitation of an even and odd aperture by propagating modes, the distribution of the electric field in the aperture can be represented as
; ; ; ;
где A1, ψ1 - амплитуда и фаза низшей моды H10;where A 1 , ψ 1 is the amplitude and phase of the lowest mode H 10 ;
A2, ψ2 - амплитуда и фаза высшей моды H20;A 2 , ψ 2 — amplitude and phase of the higher mode H20;
β, ψ12 - отношение амплитуд и разность фаз высшей и низшей мод.β, ψ 12 — amplitude ratio and phase difference of the higher and lower modes.
Нормированные значения функции усиления раскрыва с распределением (1) описываются выражениемThe normalized values of the gain function of the aperture with distribution (1) are described by the expression
где - обобщенная угловая координата,Where - generalized angular coordinate,
sinΘcosφ - направляющие косинусы,sinΘcosφ - direction cosines,
λ - длина волны в свободном пространстве;λ is the wavelength in free space;
Θ, φ - пространственные углы сферической системы координат,Θ, φ are the spatial angles of the spherical coordinate system,
а - линейный размер раскрыва (апертуры), a is the linear size of the aperture (aperture),
- размер раскрыва, нормированный к длине волны. - the size of the aperture, normalized to the wavelength.
На фиг.4 построены нормированные диаграммы направленности согласно выражению (2), где ψ12=0.5π; , из которых следует, что посредством перераспределения мощности между распространяющимися модами (изменения отношения амплитуд) можно очень эффективно управлять положением максимума диаграммы направленности в пространстве, при этом форма ДН практически не изменяется, а уровень боковых лепестков не превышает стандартных значений; β=0 соответствует случаю синфазного равноамплитудного возбуждения раскрыва - фиг.2; β=0.5…2 соответствуют случаю неравноамплитудного синфазного возбуждения раскрыва - фиг.3б. При размере раскрыва а=1.8λ ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности 2Θ0.5p=38°. При отношении амплитуд распространяющихся мод β=0.5…2 и пространственном фазовом набеге между ними максимум диаграммы направленности смещается на угол Θ=17.5° и 25° соответственно (фиг.4), то есть более чем на половину ширины диаграммы; при этом форма диаграммы направленности практически не изменяется, а уровень боковых лепестков не превышает стандартных значений. В обычных антеннах, и даже фазированных антенных решетках, с указанным размером апертуры и одним управляемым элементом такой результат недостижим.In Fig. 4, normalized radiation patterns are constructed according to expression (2), where ψ 12 = 0.5π; , from which it follows that by redistributing the power between the propagating modes (changing the amplitude ratio), it is possible to very effectively control the position of the maximum radiation pattern in space, while the shape of the pattern remains practically unchanged, and the level of the side lobes does not exceed standard values; β = 0 corresponds to the case of in-phase equal-amplitude excitation of the aperture - figure 2; β = 0.5 ... 2 correspond to the case of unequal in-phase excitation of the aperture - Fig.3b. With the aperture size a = 1.8λ, the width of the radiation pattern at the half power level is 2Θ 0.5p = 38 °. With the ratio of the amplitudes of the propagating modes β = 0.5 ... 2 and the spatial phase incursion between them the maximum of the radiation pattern is shifted by an angle Θ = 17.5 ° and 25 °, respectively (figure 4), that is, more than half the width of the diagram; the shape of the radiation pattern remains virtually unchanged, and the level of the side lobes does not exceed standard values. In ordinary antennas, and even phased antenna arrays, with the indicated aperture size and one controlled element, such a result is unattainable.
Из изложенного становится очевидным, что задачи, поставленные при разработке данного технического решения, полностью решены предлагаемой конструкцией широкополосной антенной решетки, которая имеет частотно-независимый узел возбуждения с большой передаваемой мощностью, управляемое динамическое амплитудно-фазовое распределение на раскрыве, что позволяет довольно просто решить вопросы расширения полосы пропускания, согласования, передаваемой мощности и управления диаграммой направленности. Предлагаемое техническое решение - это совершенная микрополосковая антенна, выполняемая с применением современной технологии печатных плат, отличающаяся компактностью, малой массой и высокой технологичностью. Особенно эффективной широкополосная антенна будет в областях применения, где для излучения используются сверхкороткие импульсы, длительностью порядка пико- и наносекунды - это цифровые системы связи и передачи данных, подповерхностная локация, радиолокационное сверхразрешение, системы имитации электромагнитного импульса ядерного взрыва, а также в линиях беспроводной передачи электрической энергии.From the foregoing, it becomes obvious that the tasks posed in the development of this technical solution are completely solved by the proposed design of the broadband antenna array, which has a frequency-independent excitation unit with a large transmitted power, a controlled dynamic amplitude-phase distribution at the aperture, which makes it possible to solve the problems quite simply bandwidth expansion, matching, transmit power and radiation pattern control. The proposed technical solution is a perfect microstrip antenna, performed using modern technology of printed circuit boards, characterized by compactness, low weight and high adaptability. A broadband antenna will be especially effective in applications where ultrashort pulses are used for radiation, of the order of picosecond and nanosecond durations - these are digital communication and data transmission systems, subsurface location, radar superresolution, systems for simulating a nuclear pulse of a nuclear explosion, and also in wireless transmission lines electrical energy.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009144084/07A RU2407118C1 (en) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | Wideband antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009144084/07A RU2407118C1 (en) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | Wideband antenna array |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2407118C1 true RU2407118C1 (en) | 2010-12-20 |
Family
ID=44056777
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009144084/07A RU2407118C1 (en) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | Wideband antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2407118C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2480871C1 (en) * | 2011-08-22 | 2013-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | Method for electrical beam swinging |
RU2484563C2 (en) * | 2011-07-12 | 2013-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | Ultra-wideband antenna array |
RU2540792C2 (en) * | 2013-04-10 | 2015-02-10 | Светлана Борисовна Суховецкая | Ultra-broadband phased antenna |
RU2552232C2 (en) * | 2013-02-11 | 2015-06-10 | Борис Иосифович Суховецкий | Manufacturing method of ultra-wideband antenna system with controlled directivity pattern |
-
2009
- 2009-11-27 RU RU2009144084/07A patent/RU2407118C1/en active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2484563C2 (en) * | 2011-07-12 | 2013-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | Ultra-wideband antenna array |
RU2480871C1 (en) * | 2011-08-22 | 2013-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | Method for electrical beam swinging |
RU2552232C2 (en) * | 2013-02-11 | 2015-06-10 | Борис Иосифович Суховецкий | Manufacturing method of ultra-wideband antenna system with controlled directivity pattern |
RU2540792C2 (en) * | 2013-04-10 | 2015-02-10 | Светлана Борисовна Суховецкая | Ultra-broadband phased antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | A 60 GHz horizontally polarized magnetoelectric dipole antenna array with 2-D multibeam endfire radiation | |
Lyu et al. | Periodic leaky-wave antenna based on complementary pair of radiation elements | |
Zarifi et al. | Design and fabrication of a high-gain 60-GHz corrugated slot antenna array with ridge gap waveguide distribution layer | |
Tekkouk et al. | Multibeam SIW slotted waveguide antenna system fed by a compact dual-layer Rotman lens | |
Guan et al. | An SIW-based large-scale corporate-feed array antenna | |
JP6470930B2 (en) | Distributor and planar antenna | |
Xiao et al. | A low-profile wideband tightly coupled dipole array with reduced scattering using polarization conversion metamaterial | |
Chang et al. | Low-sidelobe air-filled slot array fabricated using silicon micromachining technology for millimeter-wave application | |
Cao et al. | Novel wideband polarization rotating metasurface element and its application for wideband folded reflectarray | |
Xie et al. | Microstrip leaky-wave antennas with nonuniform periodical loading of shorting pins for enhanced frequency sensitivity | |
US9318811B1 (en) | Methods and designs for ultra-wide band(UWB) array antennas with superior performance and attributes | |
Yang et al. | A single-layer SIW slots array monopulse antenna excited by a dual-mode resonator | |
Li et al. | Circularly polarized high gain leaky-wave antenna for CubeSat communication | |
Li et al. | Millimeter-wave end-fire magneto-electric dipole antenna and arrays with asymmetrical substrate integrated coaxial line feed | |
KR101927708B1 (en) | Microstrip Balun-fed four-arm Sinuous Antenna | |
Amjadi et al. | A low-profile, high-gain, and full-band subarray of cavity-backed slot antenna | |
RU2407118C1 (en) | Wideband antenna array | |
Nikkhah et al. | Rotman lens design with wideband DRA array | |
Beltayib et al. | $4\times4 $-Element Cavity Slot Antenna Differentially-Fed by Odd Mode Ridge Gap Waveguide | |
Jin et al. | Low-cost mmWave metallic waveguide based on multilayer integrated vertical-EBG structure and its application to slot array antenna design | |
Navarro-Tapia et al. | On the actual possibilities of applying the composite right/left-handed waveguide technology to slot array antennas | |
CN115458892B (en) | Four-way in-phase unequal power divider based on circular SIW resonant cavity | |
Ahmed et al. | A novel differential fed high gain patch antenna using resonant slot loading | |
US11515653B2 (en) | Switchable lens antenna with integrated frequency selective structure | |
Aghdam et al. | The sinuous antenna-A dual polarized feed for reflector-based searching systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120807 |