RU2439759C1 - Element of phased antenna array - Google Patents
Element of phased antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2439759C1 RU2439759C1 RU2010146170/07A RU2010146170A RU2439759C1 RU 2439759 C1 RU2439759 C1 RU 2439759C1 RU 2010146170/07 A RU2010146170/07 A RU 2010146170/07A RU 2010146170 A RU2010146170 A RU 2010146170A RU 2439759 C1 RU2439759 C1 RU 2439759C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- ferrite
- staples
- reflector
- par
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и КВЧ диапазонов, а именно к конструкциям элементов фазированных антенных решеток (ФАР) и может быть использовано в радиолокационных системах с широкоугольным электрическим сканированием луча антенны.The invention relates to the field of radio engineering of microwave and EHF ranges, and in particular to structures of elements of phased array antennas (PAR) and can be used in radar systems with wide-angle electric scanning of the antenna beam.
В настоящее время существует реальная потребность в волноводных ферритовых фазовращателях (ВФФВ) и элементах ФАР на их основе с малыми поперечными размерами для антенных систем с широкоугольным электрическим сканированием луча, работающих на электромагнитных волнах, поляризованных по кругу. Особенно актуально создание таких элементов ФАР для миллиметрового диапазона волн, где разработка элементов с малыми поперечными размерами, высоким быстродействием и низким энергопотреблением встречает определенные технические трудности.Currently, there is a real need for waveguide ferrite phase shifters (WFFF) and PAR elements based on them with small transverse dimensions for antenna systems with wide-angle electric beam scanning, working on electromagnetic waves that are polarized in a circle. The creation of such PAR elements for the millimeter wave range is especially relevant, where the development of elements with small transverse dimensions, high speed and low power consumption encounters certain technical difficulties.
Известны элементы фазированных антенных решеток, осуществляющих электрическое сканирование луча. Каждый из них может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенных волноводно-диэлектрического излучателя и отражательного волноводного ферритового фазовращателя фарадеевского типа с продольным подмагничиванием, с магнитной памятью, работающего на волнах, поляризованных по кругу.Known elements of phased array antennas that perform electrical scanning of the beam. Each of them can be made, for example, in the form of series-connected waveguide-dielectric emitter and a reflective waveguide ferrite phase shifter Faraday type with longitudinal magnetization, with magnetic memory operating on waves polarized in a circle.
В частности, известна многоэлементная ФАР Ка-диапазона волн (Денисенко В.В. Дубров Ю.Б., Корчемкин Ю.Б., Макота В.А., Николаев А.И., Толкачев А.А., Шитиков А.М., Шишлов А.В., Шубов А.Т. Многоэлементная ФАР Ка-диапазона волн. Антенны, 2005, №1 (92), с.7-14). Для фазирования излучающих элементов в ФАР используют волноводные ферритовые фазовращатели отражательного типа для волн, поляризованных по кругу. Каждый ВФФВ выполнен на основе круглого ферритового стержня (ФС) с металлизированными боковой поверхностью и одним торцом, имеет несколько обмоток продольного намагничивания ФС и два магнитопровода.In particular, the multi-element PAR of the Ka-wave range is known (Denisenko V.V. Dubrov Yu.B., Korchemkin Yu.B., Makota V.A., Nikolaev A.I., Tolkachev A.A., Shitikov A.M. ., Shishlov A.V., Shubov A.T. Multi-element phased array of the Ka-wave range.Antennas, 2005, No. 1 (92), pp. 7-14). For phasing of radiating elements in the PAR, waveguide ferrite phase shifters of the reflective type are used for circularly polarized waves. Each WFWF is made on the basis of a round ferrite rod (FS) with a metallized side surface and one end face, it has several longitudinal magnetization windings of the FS and two magnetic cores.
Известным элементам ФАР присущ ряд недостатков. Во-первых, в этой ФАР нет интегрированных элементов. Излучающие элементы расположены в общей для ФАР несущей плите, а ВФФВ объединены в подрешетки разных размеров. Отсутствие надежного контакта излучателей и фазовращателей может приводить к рассогласованию ФАР и росту СВЧ-потерь. Во-вторых, ВФФВ имеют большие поперечные размеры, при этом шаг антенной решетки равен 1,1λ (λ - длина волны в свободном пространстве), что ограничивает сектор сканирования луча углами ±25° от нормали к раскрыву ФАР. В-третьих, следствиями металлизации поверхностей ФС являются низкое быстродействие ВФФВ и высокая энергия его управления.The known elements of the PAR are inherent in a number of disadvantages. Firstly, there are no integrated elements in this headlamp. The radiating elements are located in the carrier plate common for the PAR, and the WFWF are combined into sublattices of different sizes. The lack of reliable contact between the emitters and phase shifters can lead to a mismatch in the headlamps and an increase in microwave losses. Secondly, the CWFWs have large transverse dimensions, and the antenna array pitch is 1.1λ (λ is the wavelength in free space), which limits the beam scanning sector by angles ± 25 ° from the normal to the PAR opening. Thirdly, the consequences of metallization of FS surfaces are the low speed of the WFWF and the high energy of its control.
Известен СВЧ ферритовый фазовращатель для ФАР отражательного типа (см. патент RU №37877, МПК Н01Q 21/00, H01P 1/18, опубликован 27.05.2008). СВЧ ферритовый фазовращатель содержит ферритовый вкладыш из СВЧ-ферритового материала, расположенный внутри катушки управления, обеспечивающей продольное намагничивание ферритового вкладыша, и ступенчатый излучатель-согласователь электромагнитной волны со свободным пространством, соединенный с ферритовым вкладышем. Он дополнительно содержит металлический фланец цилиндрической формы и два продолговатых П-образных магнитопровода из ферритового материала, введенные ножками с двух противоположных сторон в контакт с ферритовым вкладышем в виде металлизированного ферритового стержня круглого сечения через окна прямоугольной формы катушки управления, которая имеет внутреннее продольное отверстие для размещения ферритового стержня (ФС). ФС металлизирован со всех сторон, за исключением входного торца, закрепленного в отверстии металлического фланца в его задней торцевой части. Излучатель-согласователь с внешним пространством выполнен из диэлектрического материала, например из кварца, и введен в переднюю часть металлического фланца, внутри которого расположена втулка, например, из фторопласта в виде кольца, надетого на керамический диск, контактирующий с излучателем-согласователем и входным торцом ФС.Known microwave ferrite phase shifter for phased array reflective type (see patent RU No. 37877, IPC H01Q 21/00, H01P 1/18, published 05/27/2008). The microwave ferrite phase shifter comprises a ferrite insert made of a microwave ferrite material located inside a control coil providing longitudinal magnetization of the ferrite insert, and a step emitter of the electromagnetic wave with free space connected to the ferrite insert. It additionally contains a cylindrical metal flange and two elongated U-shaped magnetic cores made of ferrite material, introduced by legs from two opposite sides into contact with a ferrite insert in the form of a metallized ferrite rod of circular cross section through rectangular windows of the control coil, which has an internal longitudinal opening for placement ferrite rod (FS). FS is metallized on all sides, with the exception of the inlet end fixed in the hole of the metal flange in its rear end part. The emitter-coordinator with the outer space is made of a dielectric material, for example, of quartz, and inserted into the front of the metal flange, inside of which there is a sleeve, for example, of fluoroplastic in the form of a ring worn on a ceramic disk in contact with the emitter-coordinator and the input end face of the FS .
Известный элемент ФАР представляет собой функционально завершенный элемент отражательной ФАР. В нем втулка из фторопласта с керамическим диском непосредственно контактирует с торцом ферритового стержня и торцом излучателя-согласователя и соединена с ними клеевым соединением. Известный элемент характеризуется более высоким быстродействием и меньшим энергопотреблением. Однако известный элемент ФАР не свободен от недостатков. Это, в первую очередь, относительно большие поперечные размеры элемента. В качестве несущего элемента использован пластмассовый каркас катушки управления, к которой приклеены все другие детали, а ФС металлизирован со всех сторон, за исключением входного торца, закрепленного в отверстии металлического фланца. Такое конструктивное выполнение фазовращателя приводит к снижению быстродействия и увеличению энергии управления.The known element of the PAR is a functionally complete element of the reflective PAR. In it, a sleeve made of fluoroplastic with a ceramic disk is in direct contact with the end face of the ferrite rod and the end of the emitter-coordinator and is connected to them by an adhesive joint. Known element is characterized by higher performance and lower power consumption. However, the known PAR element is not free from disadvantages. These are, first of all, the relatively large transverse dimensions of the element. A plastic frame of the control coil is used as a supporting element, to which all other parts are glued, and the FS is metallized on all sides, except for the input end fixed in the hole of the metal flange. Such a constructive implementation of the phase shifter leads to a decrease in speed and increase control energy.
Известен элемент ФАР, совпадающий с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип (см. патент RU №2325741, МПК H01Q 21/00, H01P 1/19, опубликован 27.05.2008). Известный элемент-прототип содержит входной и выходной диэлектрические излучатели и волноводный ферритовый фазовращатель фарадеевского типа. Фазовращатель состоит из обмотки намагничивания, расположенной внутри магнитопровода, и установленного внутри нее ФС в виде правильной N-гранной призмы с числом граней N≥4. Магнитопровод выполнен в виде П-образных скоб, расположенных по одной на каждой грани ферритового стержня. Волновод элемента ФАР образован токопроводящим покрытием боковой поверхности ФС. Имеются также два волновода излучателей, два согласующих волновода, диаметр которых больше или равен диаметру окружности, описанной вокруг поперечного сечения ФС, и два короткозамыкателя с отверстиями вдоль оси. Каждая согласующая диэлектрическая вставка выполнена в виде последовательного соосного соединения шайбы и стержня, установленных вдоль оси внутри отверстия в цилиндрическом хвостовике диэлектрического излучателя, который выполнен из материала с диэлектрической проницаемостью εи=3,8-4,2. Элемент ФАР помещен внутрь корпуса, выполненного в виде металлической гильзы, соединенной с волноводом излучателя клеевым соединением.A known element of the PAR, which coincides with the claimed solution for the largest number of essential features and adopted for the prototype (see patent RU No. 2225741, IPC H01Q 21/00, H01P 1/19, published 05/27/2008). A well-known prototype element contains input and output dielectric emitters and a Faraday-type waveguide ferrite phase shifter. The phase shifter consists of a magnetization winding located inside the magnetic circuit and a FS installed inside it in the form of a regular N-faced prism with the number of faces N≥4. The magnetic core is made in the form of U-shaped staples, one on each face of the ferrite rod. The waveguide of the PAR element is formed by a conductive coating of the FS side surface. There are also two waveguides of emitters, two matching waveguides, the diameter of which is greater than or equal to the diameter of the circle described around the FS cross section, and two short circuits with holes along the axis. Each matching dielectric insert is made in the form of a serial coaxial connection of the washer and the rod mounted along the axis inside the hole in the cylindrical shank of the dielectric emitter, which is made of a material with a dielectric constant ε and = 3.8-4.2. The PAR element is placed inside the housing, made in the form of a metal sleeve connected to the emitter waveguide by an adhesive joint.
Это малогабаритный элемент ФАР проходного типа, прочный и устойчивый к внешним воздействиям. На его основе может быть построен и элемент отражательной ФАР (ОФАР).This is a small-sized element of the HEADLAND type through passage, strong and resistant to external influences. Based on it, an element of reflective headlamp (OFAR) can also be built.
К недостаткам прототипа относятся низкое быстродействие и высокое энергопотребление, обусловленные наличием токопроводящего покрытия на боковой поверхности ФС. Энергия, затрачиваемая на управление ВФФВ, расходуется в основном на изменение состояния остаточной намагниченности ферритовой среды и преодоление эффекта "короткозамкнутого витка". Этим витком в ВФФВ является волновод, образованный токопроводящим покрытием боковой поверхности ФС. При импульсном перемагничивании ВФФВ в этом витке возникают токи проводимости, замедляющие процесс перемагничивания и увеличивающие энергопотребление от системы управления ВФФВ. Необходимость впаивать ФС в волноводную арматуру также усложняет технологический процесс изготовления элемента ФАР.The disadvantages of the prototype include low speed and high power consumption due to the presence of a conductive coating on the side surface of the FS. The energy spent on controlling the WFWF is mainly spent on changing the state of the remanent magnetization of the ferrite medium and overcoming the effect of the "closed loop". This coil in VFVF is a waveguide formed by a conductive coating of the side surface of the FS. With a pulsed magnetization reversal of VFFV, conduction currents appear in this coil, which slow down the process of magnetization reversal and increase the energy consumption from the control system of VFFV. The need to solder FS into waveguide reinforcement also complicates the manufacturing process of the PAR element.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение работы элемента ФАР в отражательном режиме, упрощение элемента ФАР конструкции и технологии изготовления, снижение трудоемкости производства, повышение быстродействия и уменьшение энергии управления.The objective of the invention is to ensure the operation of the PAR element in reflective mode, simplification of the PAR element of the design and manufacturing technology, reducing the complexity of production, increasing speed and decreasing control energy.
Решение поставленной задачи достигается тем, что элемент ФАР, работающий на волнах, поляризованных по кругу, содержит диэлектрический излучатель (ДИ), волновод излучателя, согласующий волновод, корпус и ВФФВ фарадеевского типа с магнитной памятью. ВФФВ состоит из волновода, обмотки намагничивания, расположенной внутри магнитопровода, установленного внутри обмотки намагничивания ФС с квадратной формой поперечного сечения. Между первым торцом ФС и торцом ДИ в согласующем волноводе установлена диэлектрическая вставка. Магнитопровод выполнен в виде ферритовых скоб, расположенных на гранях ФС. Каждая ферритовая скоба содержит пластину и два башмака, обращенных подошвами к грани ФС. Новизна элемента ФАР заключается в том, что он содержит диэлектрический каркас, размещенный между обмоткой намагничивания и боковой поверхностью ФС, и отражатель, выполненный в виде закороченного на одном конце отрезка запредельного волновода, примыкающего другим концом ко второму торцу ФС. ФС первым торцом примыкает непосредственно к фланцу согласующего волновода. В качестве волновода ВФФВ служит упомянутый корпус. На каждой грани ФС расположены три ферритовых скобы вплотную друг к другу, башмаки которых находятся в непосредственном контакте с ферритом ФС. Каждая ферритовая скоба выполнена шириной аск≤0,33 аc, где аc - размер поперечного сечения ФС, мм. Средние скобы на двух соседних гранях ФС смещены относительно своих крайних скоб вдоль продольной оси пластины в разные стороны на толщину башмака, причем длина ℓст ФС, длина ℓск ферритовой скобы и толщина tб башмака удовлетворяют соотношению:The solution to this problem is achieved by the fact that the PAR element operating on circularly polarized waves contains a dielectric emitter (DI), an emitter waveguide, a matching waveguide, a casing, and a Faraday wave type VFW with magnetic memory. VFFV consists of a waveguide, a magnetizing winding located inside the magnetic circuit installed inside the FS magnetizing winding with a square cross-sectional shape. A dielectric insert is installed between the first end face of the FS and the end face of the MD in the matching waveguide. The magnetic circuit is made in the form of ferrite staples located on the faces of the FS. Each ferrite bracket contains a plate and two shoes facing soles to the FS edge. The novelty of the PAR element is that it contains a dielectric frame located between the magnetization winding and the side surface of the FS, and a reflector made in the form of a shorted waveguide shorted at one end and adjacent the other end to the second end of the FS. The FS first edge is adjacent directly to the flange of the matching waveguide. As the waveguide WFWF serves the above-mentioned housing. On each face of the FS there are three ferrite staples close to each other, the shoes of which are in direct contact with the ferrite of the FS. Each ferrite bracket is made of a width a cc ≤0.33 a c , where a c is the size of the FS cross section, mm. The average staples on two adjacent faces of the FS are offset relative to their extreme brackets along the longitudinal axis of the plate in different directions by the thickness of the shoe, and the length ℓ St FS, the length ℓ SK ferrite staples and the thickness t b of the shoe satisfy the relation:
ℓст=ℓск+tб, мм.ℓ st = ℓ ck + t b , mm.
Волновод излучателя, согласующий волновод и корпус элемента ФАР могут быть выполнены в виде единого волновода.The radiator waveguide, the matching waveguide and the body of the PAR element can be made in the form of a single waveguide.
Корпус элемента ФАР и отражатель ВФФВ могут быть выполнены в виде единого волновода.The body of the headlamp element and the reflector VFFF can be made in the form of a single waveguide.
Материал ферритовых скоб и материал ФС в частном случае имеет одинаковые магнитные параметры, а толщина tб башмаков ферритовых скоб может удовлетворять соотношениюThe material of ferrite staples and the material FS in the particular case has the same magnetic parameters, and the thickness t b of the shoes of ferrite staples can satisfy the ratio
0,25ас<tб<0,3ас.0.25a s <t b <0.3a s .
Диэлектрический каркас может быть выполнен из материала с относительной диэлектрической проницаемостью не более 2,5, а толщина стенок каркаса может составлять не менее 0,1λ, где λ - длина волны в свободном пространстве, мм.The dielectric frame can be made of a material with a relative dielectric constant of not more than 2.5, and the thickness of the walls of the frame can be at least 0.1λ, where λ is the wavelength in free space, mm
Отражатель может быть выполнен в виде круглого волновода длиной не менее 0,2λ и диаметром Dотр, удовлетворяющим соотношениюThe reflector can be formed as a circular waveguide length at least 0,2λ Neg diameter D satisfying the relation
0,4λ<Dотр≤0,5λ.0,4λ <D Neg ≤0,5λ.
Для повышения быстродействия и уменьшения энергии управления в ВФФВ используется ФС без токопроводящего покрытия его боковой поверхности и одного из торцов.To increase the speed and reduce the control energy in VFVF FS is used without a conductive coating of its side surface and one of the ends.
Упрощение конструкции, повышение технологичности и снижение трудоемкости производства элемента ФАР достигается благодаря устранению таких технологических операций, необходимых для изготовления прототипа, как многослойная металлизация поверхности ФС путем вакуумного напыления или химического осаждения и прецизионное впаивание или вклеивание ФС в волноводную арматуру. Достижению этих же целей служит и применение ФС с квадратной формой поперечного сечения и башмаков ферритовых скоб, исключающих алмазное шлифование сложных посадочных поверхностей.Simplification of the design, improving manufacturability and reducing the complexity of the production of the PAR element is achieved by eliminating the technological operations necessary for the manufacture of the prototype, such as multilayer metallization of the surface of the FS by vacuum deposition or chemical deposition and the precision soldering or gluing of the FS into the waveguide armature. Achieving the same goals is also the use of FS with a square cross-sectional shape and shoes of ferrite staples, excluding diamond grinding of complex landing surfaces.
Для обеспечения работы элемента ФАР в отражательном режиме в него на выходе ВФФВ установлен отражатель электромагнитной волны.To ensure the operation of the PAR element in the reflective mode, an electromagnetic wave reflector is installed at the output of the VFFV.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The presence of distinctive features allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of novelty.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
на фиг.1 изображен в продольном разрезе заявляемый элемент ФАР;figure 1 shows a longitudinal section of the inventive element HEADLIGHTS;
на фиг.2 показан поперечный разрез в месте расположения башмаков ферритовых скоб по А-А элемента ФАР, изображенного на фиг.1;figure 2 shows a cross section at the location of the shoes of the ferrite staples along AA of the PAR element shown in figure 1;
на фиг.3 приведен поперечный разрез в месте расположения каркаса и обмотки намагничивания и полочек ферритовых скоб по Б-Б элемента ФАР, изображенного на фиг.1;figure 3 shows a cross section at the location of the frame and the magnetization winding and the shelves of ferrite staples along BB of the element HEADLIGHT, shown in figure 1;
на фиг.4 показан поперечный разрез в месте расположения отражателя по В-В элемента ФАР, изображенного на фиг.1;figure 4 shows a cross section at the location of the reflector in BB of the headlamp element shown in figure 1;
на фиг.5 показан в аксонометрии ферритовый блок ВФФВ элемента ФАР.figure 5 shows a perspective view of a ferrite block VFFV element PAR.
На фиг.1-5 обозначено: 1 - ДИ, 2 - волновод излучателя, 3 - согласующий волновод, 4 - диэлектрическая вставка, 5 - ФС, 6 - каркас обмотки намагничивания, 7 - обмотка намагничивания, 8 - ферритовая скоба, 9 - полочка ферритовой скобы, 10 - башмак ферритовой скобы, 11 - отражатель, 12 - выводы обмотки намагничивания, 13 - корпус элемента ФАР, 14 - щечки каркаса обмотки намагничивания.Figure 1-5 indicates: 1 - DI, 2 - emitter waveguide, 3 - matching waveguide, 4 - dielectric insert, 5 - FS, 6 - magnetization coil frame, 7 - magnetization winding, 8 - ferrite bracket, 9 - shelf ferrite staples, 10 - shoe ferrite staples, 11 - reflector, 12 - conclusions of the magnetization winding, 13 - housing of the PAR element, 14 - cheeks of the magnetization winding frame.
Элемент ФАР работает следующим образом.The PAR element works as follows.
При падении на ФАР (на чертеже не показана), составленной из заявляемых элементов ФАР, электромагнитной волны, поляризованной по кругу, от облучателя ФАР (на чертеже не показан) или из свободного пространства, на вход волновода 2 ДИ 1, например круглого, поступает электромагнитная волна, принятая ДИ 1. В волноводе 2 излучателя 1 возбуждается волна типа Н11, с его выхода она поступает на вход согласующего волновода 3 с диэлектрической вставкой 4 и возбуждает в нем также волну типа Н11. С выхода согласующего волновода 3 электромагнитная волна поступает в ВФФВ элемента ФАР, который включает корпус 13 элемента ФАР, выполняющий роль волновода ВФФВ, ФС 5, каркас 6 с обмоткой 7 намагничивания с выводами 12 и магнитопровод в виде 12 ферритовых скоб 8. Возбужденная в ФС 5 поверхностная волна распространяется вдоль него, достигает торца ФС 5, отражается от входа отражателя 11, распространяется в обратном направлении, последовательно проходит ФС 5, согласующий волновод 3, волновод 2 излучателя 1 и излучается ДИ 1 в свободное пространство. Фаза переизлученной элементом ФАР электромагнитной волны, поляризованной по кругу, зависит от длины волны λ, формы поперечного сечения и размеров ДИ 1, волноводов 2 и 3, ФС 5, каркаса 6, обмотки 7 намагничивания, ферритовых скоб 8 и отражателя 11, а также от параметров материалов ДИ 1, диэлектрической вставки 4 и ФС 5.When it falls onto a headlamp (not shown in the drawing), composed of the claimed elements of the headlamp, an electromagnetic wave polarized in a circle from the illuminator of the headlamp (not shown) or from free space, an electromagnetic wave arrives at the input of the waveguide 2 DI 1, for example round the wave received by CI 1. In the waveguide 2 of the emitter 1, a wave of type H 11 is excited, from its output it goes to the input of the matching waveguide 3 with a dielectric insert 4 and also excites a wave of type H 11 in it . From the output of the matching waveguide 3, the electromagnetic wave enters the VFFV element of the PAR, which includes the
Дополнительное изменение фазы переизлученной электромагнитной волны, например, в пределах Δφ=0°-360°, дискретно или непрерывно осуществляется посредством ВФФВ путем изменения параметров ферритовых сред ФС 5 и ферритовых скоб 8 (например, остаточной магнитной индукции Br). Продольное поле намагничивания создается в ФС 5 обмоткой 7 намагничивания, запитываемой через выводы 12 обмотки 7 намагничивания от системы управления лучом ФАР или от источника питания (на чертежах не показаны).An additional phase change of the re-radiated electromagnetic wave, for example, within the range of Δφ = 0 ° -360 °, is discretely or continuously carried out by means of the WFFW by changing the parameters of the
Расположение ферритового блока (фиг.5) внутри волновода, функцию которого в заявляемом элементе ФАР выполняет корпус 13 элемента ФАР, делает этот волновод многоволновым. В этом случае наличие ферритовых скоб 8, примыкающих башмаками 10 к боковой поверхности ФС 5, не имеющей токопроводящего покрытия, каркаса 6 и обмотки 7 намагничивания может приводить к возбуждению волн высших типов многоволнового волновода ВФФВ, и увеличению отражения поверхностной волны ФС 5 от его стыка с согласующим волноводом 3. Следствием этого может быть увеличение СВЧ-потерь, вносимых ВФФВ. Для предотвращения увеличения СВЧ-потер относительная диэлектрическая проницаемость ФС 5 и размеры его поперечного сечения ас×ас выбираются такими, чтобы поле низшей поверхностной электромагнитной волны ФС 5 было преимущественно сосредоточено в пределах площади Sст=ac 2 поперечного сечения ФС 5. В этом случае на стыке ФС 5 и согласующего волновода 3 возбуждается поверхностная волна ФС 5 с минимальными потерями на возбуждение волн высших типов. При этом на каждой грани ФС 5 расположены три ферритовых скобы 8 вплотную друг к другу, башмаки 10 которых находятся в непосредственном контакте с ферритом ФС. Каждая ферритовая скоба 8 выполнена шириной aск≤0,33 ас. Средние скобы (8б на фиг.5) на двух соседних гранях ФС 5 смещены относительно своих крайних скоб (8а, 8в) вдоль продольной оси полочки в разные стороны на толщину tб башмака 10.The location of the ferrite block (Fig. 5) inside the waveguide, the function of which in the inventive element of the PAR is the
С этой же целью отражатель 11 ВФФВ выполнен в виде отрезка запредельного волновода, например круглого. Его диаметр Dотр и длина ℓотр выбираются из условия минимизации потерь ВФФВ на возбуждение волн высших типов.For the same purpose, the
Размеры ДИ 1 Dи и ℓи выбирают из условия согласования элемента ФАР со свободным пространством или с волноводом измерительного тракта.The dimensions of DI are 1 D and and ℓ and are selected from the condition of matching the PAR element with free space or with the waveguide of the measuring path.
С целью ослабления влияния обмотки намагничивания на распространение вдоль ФС поверхностной волны обмотка 7 намагничивания отделена от поверхности ФС 5 каркасом 6.In order to weaken the influence of the magnetization winding on the propagation of a surface wave along the FS, the magnetization winding 7 is separated from the surface of the
Предлагаемый элемент ФАР отличается простотой изготовления отдельных деталей и блоков и сборки устройства в целом. При его изготовлении могут быть использованы нормализованные, серийно выпускаемые материалы, клеи и технологические процессы. Волновод 2 излучателя 1, согласующий волновод 3, корпус 13 элемента ФАР и отражатель 11 - тела вращения, которые могут быть легко изготовлены на высокопроизводительном оборудовании. Причем для снижения трудоемкости изготовления элемента ФАР волновод 2 излучателя, согласующий волновод 3 и корпус 13 могут быть выполнены в виде одного волновода. Либо в виде одного волновода могут быть изготовлены корпус 13 и отражатель 11.The proposed PAR element is characterized by the simplicity of manufacturing individual parts and blocks and the assembly of the device as a whole. In its manufacture can be used normalized, commercially available materials, adhesives and processes. The waveguide 2 of the emitter 1, the matching waveguide 3, the
ДИ 1 может быть выполнен, например, из композитного материала (СВЧ-ферриты и диэлектрики / Проспект. - СПб.: ОАО «Завод Магнетон, 2001. - 20 с.) с относительной диэлектрической проницаемостью εи=3,8-4,2 и изготовлен литьем, прессованием или механической обработкой. Аналогичным образом из литьем, прессованием или механической обработкой. Аналогичным образом из композитных материалов (СВЧ-ферриты и диэлектрики / Проспект. - СПб.: ОАО «Завод Магнетон, 2001. - 20 с.) могут быть изготовлены диэлектрическая вставка 4 и каркас 6 обмотки 7 намагничивания.DI 1 can be made, for example, of a composite material (microwave ferrites and dielectrics / Prospect. - St. Petersburg: OJSC Magneton Plant, 2001. - 20 p.) With a relative dielectric constant ε and = 3.8-4.2 and made by casting, pressing or machining. Similarly from casting, pressing or machining. Similarly, composite materials (microwave ferrites and dielectrics / Prospect. - St. Petersburg: OJSC Magneton Plant, 2001. - 20 p.) Can be made of a dielectric insert 4 and a
Для изготовления ФС 5 и ферритовых скоб 8 могут быть использованы нормализованные ферритовые материалы (СВЧ-ферриты и диэлектрики / Проспект. - СПб.: ОАО «Завод Магнетон, 2001. - 20 с.), например феррит марки 1СЧ12. Простота формы и посадочных поверхностей этих деталей позволяет использовать при их изготовлении широко применяемый процесс плоского алмазного шлифования.For the manufacture of
Сборку заявляемого элемента ФАР целесообразно осуществлять клеевым соединением отдельных деталей с использованием нормализованных клеев. В частности, для клеевого соединения волновода 2 излучателя 1 и согласующего волновода 3, согласующего волновода 3 и корпуса 13, а также корпуса 13 и отражателя 11, в случае их изготовления в виде отдельных деталей может быть использован электропроводящий клей марки ЭК-С, применяемый при монтажных операциях при производстве изделий электронной техники и выдерживающий термоциклирование в интервале температур от -60 до +85°С.The assembly of the inventive PAR element is advisable to carry out by gluing the individual parts using normalized adhesives. In particular, for the adhesive bonding of the waveguide 2 of the emitter 1 and the matching waveguide 3, the matching waveguide 3 and the
Для сборки заявляемого элемента ФАР нет необходимости разрабатывать специальные кондукторы и приспособления. Все детали, за исключением ферритового блока - тела вращения и их осевое центрирование обеспечивается выбором допусков на размеры деталей при их изготовлении. Ферритовый блок, показанный на фиг.5, при установке в корпус 13 элемента ФАР центрируется с помощью щечек 14 каркаса 6 обмотки 7 намагничивания. Для повышения стойкости элемента ФАР к атмосферным воздействиям в дополнение к клеевым соединениям отдельных деталей ДИ 1, диэлектрическая вставка 4 и ферритовый блок (фиг.5) могут быть покрыты влагостойким лаком. Для герметизации устройства отверстия для выводов 12 обмотки 7 намагничивания могут быть заполнены герметиком.To assemble the inventive element PAR, there is no need to develop special conductors and devices. All parts, with the exception of the ferrite block — bodies of revolution and their axial centering — are ensured by the selection of tolerances on the dimensions of the parts during their manufacture. The ferrite block shown in Fig. 5, when installed in the
При заявляемом конструктивном выполнении элемент ФАР представляет собой прочную и жесткую конструкцию, устойчивую к внешним ударным и вибрационным механическим воздействиям. Предлагаемый элемент ФАР конструктивно прост, технологичен, его изготовление характеризуется низкой трудоемкостью и невысокой стоимостью. Для его создания в условиях серийного производства нет необходимости разрабатывать сложные технологические приспособления и использовать дорогостоящие технологические процессы, характерные для изготовления элемента ФАР, принятого за прототип.With the claimed structural embodiment, the PAR element is a solid and rigid structure, resistant to external shock and vibration mechanical stresses. The proposed PAR element is structurally simple, technologically advanced, its manufacture is characterized by low labor intensity and low cost. To create it in the conditions of mass production, there is no need to develop complex technological devices and use expensive technological processes characteristic for the manufacture of the headlamp element adopted as a prototype.
Таким образом практическая реализация предложенного элемента ФАР не вызывает сомнений.Thus, the practical implementation of the proposed PAR element is not in doubt.
Предлагаемый элемент ФАР может быть использован в составе многоэлементной фазированной антенной решетки, выводы его обмотки намагничивания соединяются с системой управления лучом ФАР (на чертеже не показана).The proposed PAR element can be used as part of a multi-element phased antenna array, the conclusions of its magnetization winding are connected to the beam control system of the PAR (not shown).
Технический результат заключается в создании высокотехнологичного малогабаритного элемента ФАР, с малыми потерями, высоким быстродействием и низкой энергией управления, простого в изготовлении и сборке, прочного и устойчивого к внешним климатическим и механическим воздействиям.The technical result consists in creating a high-tech small-sized element of the PAR, with low losses, high speed and low control energy, easy to manufacture and assemble, durable and resistant to external climatic and mechanical influences.
Эффективность предложенного технического решения проверена экспериментально при создании элементов ФАР миллиметрового диапазона волн в полосе частот прямоугольного волновода сечением 7,2×3,4 мм2. Экспериментальный образец элемента ФАР имеет диаметр Dэ не более 0,68λ, что позволяет использовать его при создании плоских отражательных ФАР с широкоугольным электрическим сканированием луча при отклонении его от нормали к раскрытию ФАР до 45°-50°.The effectiveness of the proposed technical solution was tested experimentally when creating elements of the phased array of the millimeter wave range in the frequency band of a rectangular waveguide with a cross section of 7.2 × 3.4 mm 2 . The experimental sample of the PAR element has a diameter D e of not more than 0.68λ, which allows it to be used to create flat reflective PARs with wide-angle electric scanning of the beam when it deviates from the normal to the opening of the PAR until 45 ° -50 °.
Фазовращатель элемента ФАР создает регулируемый фазовый сдвиг Δφ=0°-400°, максимальные вносимые им потери не превышают 1,5 дБ, при этом максимальное время перефазирования не более 20 мкс, а средняя энергия управления не превышает 15 мкДж.The phase shifter of the PAR element creates an adjustable phase shift Δφ = 0 ° -400 °, the maximum losses introduced by it do not exceed 1.5 dB, while the maximum rephasing time is not more than 20 μs, and the average control energy does not exceed 15 μJ.
Claims (6)
ℓст=ℓск+tб, мм.1. The element of the phased antenna array (PAR) operating on circularly polarized waves, comprising a dielectric emitter (DI), an emitter waveguide, a matching waveguide, a housing and a Faraday-type waveguide ferrite phase shifter (VFFV) with magnetic memory, consisting of a waveguide, a winding of magnetization located inside the magnetic circuit installed inside the magnetization winding of a ferrite rod (FS) with a square cross-sectional shape, between the first end of which and the end of the MD in the matching waveguide a dielectric insert is mounted, and the magnetic circuit is made in the form of ferrite staples located on the faces of the FS, with each ferrite bracket containing a shelf and two shoes facing soles to the face of the FS, characterized in that it contains a dielectric frame located between the magnetization winding and the side surface of the FS , and a reflector made in the form of a shorted-off waveguide shorted at one end and adjacent the other end to the second end of the FS; which the first end adjoins directly to the flange of the matching waveguide, said body is used as the waveguide WFFW; on each face of the FS there are three ferrite staples close to each other, the shoes of which are in direct contact with the ferrite of the FS; each ferrite bracket is made of a width a ck <0.33a s , where a c is the size of the FS cross section, mm; while the average staples on two adjacent faces of the FS are offset relative to their extreme brackets along the longitudinal axis of the shelf in different directions by the thickness of the shoe, and the length ℓ St FS, the length ℓ SK ferrite staples and the thickness t b of the shoe satisfy the relation:
ℓ st = ℓ ck + t b , mm.
0,25ас<tб<0,3ас.4. The element according to claim 1, characterized in that the material of the ferrite staples and the material FS has the same magnetic parameters, and the thickness t b of the shoes of the ferrite staples satisfies the ratio:
0.25a s <t b <0.3a s .
0,4λ<Dотр<0,5λ. 6. An element according to claim 1, characterized in that the reflector is formed as a circular waveguide length at least 0,2λ Neg diameter D satisfying the relationship:
0,4λ <D neg <0,5λ.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010146170/07A RU2439759C1 (en) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | Element of phased antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010146170/07A RU2439759C1 (en) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | Element of phased antenna array |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2439759C1 true RU2439759C1 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784325
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010146170/07A RU2439759C1 (en) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | Element of phased antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2439759C1 (en) |
-
2010
- 2010-11-08 RU RU2010146170/07A patent/RU2439759C1/en active IP Right Revival
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4822262B2 (en) | Circular waveguide antenna and circular waveguide array antenna | |
Chlavin | A new antenna feed having equal E-and H-plane patterns | |
RU2325741C1 (en) | Phased antenna array element | |
RU2592054C1 (en) | Element of phased antenna array | |
US3369242A (en) | Inertialess electromagnetic wave scanner | |
RU2461930C2 (en) | Module of phased transmissive antenna array | |
RU166140U1 (en) | PHASE ANTENNA ARRANGEMENT ELEMENT | |
RU166711U1 (en) | PHASE ANTENNA ARRANGEMENT ELEMENT | |
RU2470426C1 (en) | Phased antenna array element | |
US4691208A (en) | Ferrite waveguide scanning antenna | |
Tekkouk et al. | Folded Rotman lens multibeam antenna in SIW technology at 24 GHz | |
Ince et al. | Phasers and time delay elements | |
RU2439759C1 (en) | Element of phased antenna array | |
RU2357337C1 (en) | Flat cavity antenna (versions) | |
RU109336U1 (en) | PHASE ANTENNA ARRANGEMENT ELEMENT | |
RU187274U1 (en) | PASS ANTENNA ELEMENT | |
Yamaguchi et al. | Inclined slot array antennas on a hollow rectangular coaxial line | |
US5231411A (en) | One piece millimeter wave phase shifter/antenna | |
Tekkouk et al. | Compact multibeam Rotman lens antenna in SIW technology | |
RU2474018C2 (en) | Element of phased reflector antenna array | |
US4746926A (en) | Phase scan antenna | |
RU190520U1 (en) | PASSAGE ELEMENT OF A PHASED ANTENNA GRID | |
RU195632U1 (en) | Two-channel transceiver antenna system with improved polarization isolation characteristic | |
RU62741U1 (en) | ANTENNA ELEMENT OF THROUGH PHASED ANTENNA ARRAY | |
RU2461931C2 (en) | Element of phased transmissive antenna array |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131109 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160520 |