RU2447553C1 - Microstrip antenna switching device (masd) - Google Patents
Microstrip antenna switching device (masd) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2447553C1 RU2447553C1 RU2010135092/07A RU2010135092A RU2447553C1 RU 2447553 C1 RU2447553 C1 RU 2447553C1 RU 2010135092/07 A RU2010135092/07 A RU 2010135092/07A RU 2010135092 A RU2010135092 A RU 2010135092A RU 2447553 C1 RU2447553 C1 RU 2447553C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quarter
- segment
- wave
- section
- transmitter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
- Transmitters (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике, в частности к антенным системам на основе активных фазированных антенных решеток (АФАР), и может быть использовано в приемопередающих модулях (ППМ) АФАР в качестве антенного переключающего устройства.The invention relates to antenna technology, in particular to antenna systems based on active phased antenna arrays (AFAR), and can be used in transceiver modules (PPM) AFAR as an antenna switching device.
Антенные переключатели [1] предназначены для переключения антенны радиолокатора в режимы "передача-прием" и защиты приемника от повреждения мощными импульсами передатчика.Antenna switches [1] are designed to switch the radar antenna to transmit-receive modes and protect the receiver from damage by powerful transmitter pulses.
Известны ППМ, содержащие переключатели "передача-прием", однако они либо сложны и ненадежны [2], либо ограничены задачами узкого круга АФАР [3].Known anti-missile systems containing transmit-receive switches, however, they are either complex and unreliable [2], or limited to the tasks of a narrow circle of AFAR [3].
Известны также электрически управляемые СВЧ переключатели на управляемых диодах [4], обладающие малыми массой и габаритами, высокими показателями по быстродействию, надежности, уровню переключаемой мощности, затратам на управление.Electrically controlled microwave switches on controlled diodes [4] are also known, having low weight and dimensions, high performance in terms of speed, reliability, level of switched power, and control costs.
В качестве прототипа может быть использован наиболее близкий по схемному построению электрически управляемый СВЧ переключатель с параллельным включением диодов [4, стр.10, рис.1ж, стр.15, табл.3, п.7], представленный на Фиг.1.As a prototype, the most electrically controlled microwave switch with the parallel connection of diodes [4, p. 10, Fig. 1g, p. 15, table 3, p. 7], shown in FIG.
Прототип содержит приемный, передающий и приемопередающий тракты, Т-образное разветвление, точка разветвления которого соединена напрямую с антенной и, через соответствующие четвертьволновые фидерные отрезки, с передатчиком и приемником, а также два управляемых диода, один из которых включен параллельно входу приемника, а второй, через четвертьволновый фидерный отрезок, - параллельно выходу передатчика (цепи управления диодами не показаны).The prototype contains receiving, transmitting and receiving-transmitting paths, a T-shaped branching, the branching point of which is connected directly to the antenna and, through the corresponding quarter-wave feeder segments, with a transmitter and receiver, as well as two controlled diodes, one of which is connected parallel to the input of the receiver, and the second through the quarter-wave feeder segment, parallel to the output of the transmitter (diode control circuits not shown).
В режиме передачи оба диода открыты, и зондирующий импульс от передатчика через свой четвертьволновый отрезок поступает к антенне, так как четвертьволновые отрезки, соединенные с открытыми диодами, не препятствуют этому вследствие условия холостого хода в местах их подключения к тракту.In the transmission mode, both diodes are open, and the probe pulse from the transmitter passes through its quarter-wavelength segment to the antenna, since the quarter-wavelength segments connected to the open diodes do not interfere with this due to the idling condition in the places of their connection to the path.
В режиме приема оба диода закрыты, и принятый антенной сигнал поступает к приемнику через четвертьволновый отрезок в цепи приемника, а четвертьволновые отрезки в цепи передатчика отражают его, не пропуская на передатчик.In the receive mode, both diodes are closed, and the signal received by the antenna enters the receiver through a quarter-wavelength segment in the receiver circuit, and the quarter-wavelength segments in the transmitter circuit reflect it without passing to the transmitter.
Недостатками прототипа являются невысокие значения ряда технических характеристик, главный из которых - развязка между передающим и приемным каналами, зависящая от типа используемых диодов, а также большие потери мощности как при передаче, так и при приеме. К недостаткам прототипа следует отнести также невозможность его использования для контроля мощности передатчика и настройки приемника при регулировке и эксплуатации ППМ.The disadvantages of the prototype are the low values of a number of technical characteristics, the main of which is the isolation between the transmitting and receiving channels, depending on the type of diodes used, as well as large power losses both in transmission and in reception. The disadvantages of the prototype should also include the inability to use it to control the power of the transmitter and configure the receiver during adjustment and operation of the PPM.
Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является создание многофункционального антенного переключающего устройства с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками в части развязки между передающим и приемным каналами, потери мощности при передаче и приеме, надежности, а также возможности контроля мощности передатчика и настройки приемника, входящих в ППМ, при его регулировке и эксплуатации.Achievable technical result of the present invention is the creation of a multifunctional antenna switching device with improved technical and operational characteristics in terms of isolation between the transmitting and receiving channels, power loss during transmission and reception, reliability, as well as the ability to control the transmitter power and receiver settings included in the PPM, with its adjustment and operation.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее изготовленную методом гибридно-интегральной технологии и размещенную в металлическом корпусе микроплату, представляющую собой диэлектрическую подложку с двусторонней металлизацией, на которой расположены передающий, приемный и приемопередающий участки линии передачи для подключения, соответственно, к передатчику, приемнику и антенне, Т-образное разветвление с четвертьволновым отрезком в плече передатчика и два управляемых диода, один из которых включен в плечо приемника, а другой, через второй четвертьволновый фидерный отрезок, в плечо передатчика, введены переключающая секция, два направленных ответвителя с согласованными резисторами и три согласующих отрезка. При этом все элементы устройства, кроме управляемых диодов, расположены на верхней стороне микроплаты, обратная сторона которой полностью металлизирована и заземлена, а управляемые диоды установлены вблизи микроплаты на отдельной планке.The specified technical result is achieved in that in a device containing a micro-integrated circuit manufactured by the method of hybrid integrated technology and placed in a metal case, a microplate, which is a dielectric substrate with two-sided metallization, on which are located the transmitting, receiving and transmitting sections of the transmission line for connecting, respectively, to the transmitter , receiver and antenna, T-shaped branching with a quarter-wave length in the transmitter arm and two controlled diodes, one of which is included in the receiver arm, and the other, through the second quarter-wave feeder segment, a switching section, two directional couplers with matched resistors and three matching segments are introduced into the transmitter arm. In this case, all the elements of the device, except for controlled diodes, are located on the upper side of the microplate, the reverse side of which is completely metallized and grounded, and the controlled diodes are installed near the microplate on a separate strip.
Размещение управляемых диодов не на микроплате, а на отдельной планке повышает надежность МАПУ, т.к. микроплата становится более устойчивой к механическим и климатическим воздействиям из-за отсутствия отверстий для крепления диодов. Кроме того, при эксплуатации устройства гораздо проще заменить неисправный диод на планке, чем на микроплате.The placement of controlled diodes not on the microboard, but on a separate bar increases the reliability of the MAPU, because the microplate becomes more resistant to mechanical and climatic influences due to the lack of holes for mounting diodes. In addition, when operating the device, it is much easier to replace a faulty diode on a bracket than on a microboard.
На Фиг.2 представлена топология заявляемого микрополоскового антенного переключающего устройства (МАПУ).Figure 2 presents the topology of the inventive microstrip antenna switching device (MAPU).
МАПУ содержит микроплату 1, передающий, приемный и приемопередающий участки 2, 3 и 4 линии передачи, соответственно, первый согласующий отрезок 5, Т-образное разветвление, состоящее из второго 6 и третьего 7 согласующих отрезков и первого четвертьволнового отрезка 8, второй четвертьволновый отрезок 9, переключающую секцию 10, первый и второй переключающие диоды (на фигуре не показаны), контрольный направленный ответвитель (КНО) 11, технологический направленный ответвитель (ТНО) 12 и согласованные с трактом резисторы 13 и 14.MAPU contains a microplate 1, transmitting, receiving and transmitting
Переключающая секция 10 выполнена в виде трех параллельно расположенных третьего 15 и четвертого 16, крайних, и пятого 17, центрального, четвертьволновых микрополосковых отрезков, электромагнитно связанных между собой. Первый четвертьволновый отрезок 8 в целях повышения компактности схемы выполнен в виде меандра.The
Контрольный направленный ответвитель 11 состоит из связанных, параллельно расположенных микрополосковых отрезков 18 и 19, состоящих каждый из чередующихся вдоль их длины узких и широких полосок. Технологический направленный ответвитель 12 также выполнен из связанных параллельно расположенных микрополосковых отрезков 20 и 21, состоящих из чередующихся вдоль их длины узких и широких полосок.The control
При этом передающий участок 2 линии передачи через первый согласующий отрезок 5 соединен со вторым управляемым диодом посредством второго четвертьволнового отрезка 9 и с приемопередающим участком 4 линии передачи - через каскадно соединенные первый четвертьволновый 8, третий согласующий 7 отрезки и первый отрезок 18 КНО 11, а приемный участок 3 линии передачи каскадно соединен с первым отрезком 20 THO 12, четвертым 16 и соединенным с ним навесной перемычкой 22 третьим 15 четвертьволновыми отрезками переключающей секции 10 и вторым 6 и третьим 7 согласующими отрезками, конец пятого 17, центрального четвертьволнового отрезка переключающей секции 10 со стороны перемычки 22 соединен с первым управляемым диодом, а другой его конец свободен, один конец второго отрезка 19 КНО 11 соединен со своим заземленным резистором 13, а другой, выходной конец, служит для подключения к измерителю выходной мощности, второй отрезок 21 THO 12 также соединен одним концом со своим заземленным резистором 14, а другой, входной конец, служит для подключения к источнику настроечных сигналов.In this case, the transmitting
МАПУ работает следующим образом.MAPU works as follows.
В режиме передачи зондирующий сигнал поступает от передатчика на передающий участок 2 микрополосковой линии, проходит через согласующий 5 и четвертьволновый 8 отрезки, далее, пройдя согласующий отрезок 7 Т-образного разветвления и отрезок 18 КНО 11, через участок 4 микрополосковой линии идет на приемопередающий антенный элемент, а ответвленный сигнал со второго отрезка 19 КНО 11 поступает на измеритель выходной мощности.In the transmission mode, the probe signal arrives from the transmitter to the transmitting
При этом оба переключающих диода открыты, следовательно, четвертьволновый отрезок 9 не влияет на прохождение сигнала, а переключающая секция 10, отражая зондирующий сигнал, закрыта для его прохождения. Секция 10 при открытом диоде представляет собой низкодобротный резонатор, сильно связанный с трактом и настроенный на среднюю частоту рабочего диапазона. При поступлении на него зондирующего сигнала большая часть мощности отражается, а оставшаяся часть частично рассеивается на сопротивлении открытого диода, а частично просачивается через резонатор и по участку 3 линии передачи поступает на вход приемника, определяя конечную развязку между передающим и приемным каналами.In this case, both switching diodes are open, therefore, the quarter-
Характеристики такого резонатора по развязке значительно лучше аналогичных характеристик параллельно включенного в тракт приемника открытого диода в схеме прототипа (Фиг.1).The isolation characteristics of such a resonator are significantly better than the similar characteristics of an open diode connected in parallel to the receiver path in the prototype circuit (FIG. 1).
В режиме приема сигнал поступает на приемопередающий участок 4 микрополосковой линии, проходит отрезок 18 КНО 11, согласующие отрезки 7 и 6 Т-образного разветвления, крайние отрезки 15, 16 переключающей секции 10, отрезок 20 ТНО 12, приемный участок 3 и подается на вход приемника. При этом оба переключающих диода заперты. Благодаря этому центральный отрезок 17 переключающей секции 10 представляет собой проводник с плавающим потенциалом и слабо влияет на прохождение принимаемых сигналов через приемный участок 3 линии. Четвертьволновые отрезки 8 и 9 обеспечивают условие непрохождения сигнала на передающий участок 2.In the receiving mode, the signal enters the
Длина и волновое сопротивление согласующих отрезков 5, 6 и 7 выбираются так, чтобы обеспечить максимальное прохождение передаваемых и принимаемых сигналов на приемопередающем участке 4 в точке подключения МАПУ к антенному элементу.The length and impedance of the
ТНО 12 служит для настройки приемника при подготовке АФАР к работе. Настроечные сигналы поступают на отрезок 21 ТНО 12 и через отрезок 20 и приемный участок 3 - на вход приемника. Во время работы АФАР ТНО 12 не работает.TNO 12 is used to configure the receiver when preparing the AFAR for operation. The tuning signals are fed to the
Предлагаемое микрополосковое антенное переключающее устройство реализовано в L-диапазоне на микроплате с диэлектрической подложкой из поликора с размерами 60 мм×30 мм×1 мм на переключающих диодах типа 2А507А. При ширине полосы частот 10% и импульсной мощности 500 Вт оно имеет следующие характеристики: величина КСВ на приемопередающем участке 4 в точке подключения МАПУ к антенному элементу ≤1,3; потери на передачу на краях диапазона 0,7 дБ, а в середине диапазона 0,5дБ; развязка между передающим и приемным каналами >25дБ.The proposed microstrip antenna switching device is implemented in the L-band on a microplate with a dielectric substrate of polycor with dimensions of 60 mm × 30 mm × 1 mm on switching diodes of type 2A507A. With a bandwidth of 10% and a pulsed power of 500 W, it has the following characteristics: SWR in the
Таким образом, введение в МАПУ соединенных по приведенной топологии переключающей секции, трех согласующих отрезков, двух направленных ответвителей и двух согласованных с трактом резисторов, а также размещение всех элементов МАПУ, кроме управляемых диодов, на верхней стороне микроплаты, обратная сторона которой полностью металлизирована и заземлена, позволили получить многофункциональное антенное переключающее устройство с улучшенными указанными выше техническими и эксплуатационными характеристиками.Thus, the introduction of three matching segments, two directional couplers and two resistors coordinated with the path into the MAPU connected to the topology of the switching section, as well as the placement of all MAPU elements, except the controlled diodes, on the upper side of the microplate, the reverse side of which is completely metallized and grounded , made it possible to obtain a multifunctional antenna switching device with improved technical and operational characteristics indicated above.
ЛитератураLiterature
1 Справочник по радиолокации. Редактор М.Сколник. М. "Советское радио", 1977, том 2, с.42-49.1 Guide to radar. Editor M. Skolnik. M. "Soviet Radio", 1977,
2 Патент США №5093667, МПК H03F 3/68, H01Q 3/26, опубл. 1992.2 US Patent No. 5093667, IPC
3 Патент РФ №2206155, МПК H01Q 3/34, опубл. 2003.3 RF Patent No. 2206155, IPC
4 М.Е.Ильченко, В.Г.Осипов. Электрически управляемые СВЧ переключатели на полупроводниковых диодах, Известия ВУЗов СССР - Радиоэлектроника, 1977, том XX, №2, с.5-17.4 M.E. Ilchenko, V.G. Osipov. Electrically controlled microwave switches on semiconductor diodes, Bulletin of the USSR Universities - Radioelectronics, 1977, Volume XX, No. 2, pp. 5-17.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010135092/07A RU2447553C1 (en) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | Microstrip antenna switching device (masd) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010135092/07A RU2447553C1 (en) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | Microstrip antenna switching device (masd) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010135092A RU2010135092A (en) | 2012-02-27 |
RU2447553C1 true RU2447553C1 (en) | 2012-04-10 |
Family
ID=45851764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010135092/07A RU2447553C1 (en) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | Microstrip antenna switching device (masd) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2447553C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2633654C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-10-16 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Antenna switching device (asd) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5093667A (en) * | 1989-10-16 | 1992-03-03 | Itt Corporation | T/R module with error correction |
RU2138105C1 (en) * | 1998-11-27 | 1999-09-20 | Орлов Александр Борисович | Polarized-adaptation microstrip antenna array |
RU2156525C2 (en) * | 1998-11-27 | 2000-09-20 | Орлов Александр Борисович | Microstrip antenna array |
RU2206155C1 (en) * | 2002-04-17 | 2003-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" им. акад. А.А. Расплетина" | Transceiver module |
EP1205009B1 (en) * | 1999-08-16 | 2003-10-22 | NovAtel Inc. | Aperture coupled slot array antenna |
EP1804335A1 (en) * | 2004-09-30 | 2007-07-04 | Toto Ltd. | Microstrip antenna and high frequency sensor using microstrip antenna |
EP2113962A1 (en) * | 2007-04-20 | 2009-11-04 | Research in Motion Limited | Slot-loaded microstrip antenna |
RU2379798C1 (en) * | 2008-11-12 | 2010-01-20 | Государственное унитарное предприятие города Москвы Научно-производственный центр "СПУРТ" | Microwave phase shifter based on semiconductor circuit |
-
2010
- 2010-08-20 RU RU2010135092/07A patent/RU2447553C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5093667A (en) * | 1989-10-16 | 1992-03-03 | Itt Corporation | T/R module with error correction |
RU2138105C1 (en) * | 1998-11-27 | 1999-09-20 | Орлов Александр Борисович | Polarized-adaptation microstrip antenna array |
RU2156525C2 (en) * | 1998-11-27 | 2000-09-20 | Орлов Александр Борисович | Microstrip antenna array |
EP1205009B1 (en) * | 1999-08-16 | 2003-10-22 | NovAtel Inc. | Aperture coupled slot array antenna |
RU2206155C1 (en) * | 2002-04-17 | 2003-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" им. акад. А.А. Расплетина" | Transceiver module |
EP1804335A1 (en) * | 2004-09-30 | 2007-07-04 | Toto Ltd. | Microstrip antenna and high frequency sensor using microstrip antenna |
EP2113962A1 (en) * | 2007-04-20 | 2009-11-04 | Research in Motion Limited | Slot-loaded microstrip antenna |
RU2379798C1 (en) * | 2008-11-12 | 2010-01-20 | Государственное унитарное предприятие города Москвы Научно-производственный центр "СПУРТ" | Microwave phase shifter based on semiconductor circuit |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ИЛЬЧЕНКО М.Е. И ДР. Электрически управляемые СВЧ переключатели на полупроводниковых диодах, Известия ВУЗов СССР Радиоэлектроника, 1977, том XX, №2, с.5-17. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2633654C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-10-16 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Antenna switching device (asd) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010135092A (en) | 2012-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9866260B2 (en) | System and method for a directional coupler module | |
US5561434A (en) | Dual band phased array antenna apparatus having compact hardware | |
US20050280582A1 (en) | Differential and single ended elliptical antennas | |
EP0309039A2 (en) | Integrated millimetre-wave transceiver | |
JP2003198247A (en) | Planar antenna | |
JPH01500372A (en) | Radar transceiver using circularly polarized waveform | |
CN112259962B (en) | Dual-band common-aperture antenna array based on dual-mode parallel waveguide | |
CN111755832B (en) | Integrated back cavity slot array antenna system | |
JPH02281175A (en) | Reversible hybrid mode circuit for connecting rf transceiver to rf radiator | |
CN109314290A (en) | A kind of phase shifter, phase shift array and communication equipment | |
RU2315398C1 (en) | Stacked multiband and microstrip antenna | |
RU2447553C1 (en) | Microstrip antenna switching device (masd) | |
EP3695517A1 (en) | Rf signal aggregator and antenna system implementing the same | |
US7859482B1 (en) | Frequency selective surface waveguide switch | |
CN112166526B (en) | Method for controlling transmission of electromagnetic wave based on light and apparatus therefor | |
Lewis et al. | A non-reflecting branching filter for microwaves | |
US4275366A (en) | Phase shifter | |
JP4615485B2 (en) | Dielectric waveguide device, phase shifter including the same, high frequency switch and attenuator, and high frequency transmitter, high frequency receiver, high frequency transmitter / receiver, radar apparatus, and array antenna apparatus | |
RU2633654C1 (en) | Antenna switching device (asd) | |
JP2015162830A (en) | antenna device | |
CN219959424U (en) | High-precision global navigation satellite antenna device | |
RU2719571C1 (en) | Multifunctional switch for millimeter range | |
JP4606378B2 (en) | Dielectric waveguide device, phase shifter including the same, high frequency switch and attenuator, and high frequency transmitter, high frequency receiver, high frequency transmitter / receiver, radar apparatus, and array antenna apparatus | |
RU2819767C2 (en) | Method of constructing printed emitter with circular polarization | |
KR100600829B1 (en) | Directional Coupler for Waveguide |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |