RU2461930C2 - Module of phased transmissive antenna array - Google Patents
Module of phased transmissive antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461930C2 RU2461930C2 RU2010154293/07A RU2010154293A RU2461930C2 RU 2461930 C2 RU2461930 C2 RU 2461930C2 RU 2010154293/07 A RU2010154293/07 A RU 2010154293/07A RU 2010154293 A RU2010154293 A RU 2010154293A RU 2461930 C2 RU2461930 C2 RU 2461930C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ferrite
- dielectric
- module
- par
- aperture
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и КВЧ диапазонов, в частности к конструкциям фазированных антенных решеток (ФАР), и может быть использовано в радиолокационных системах с электрическим сканированием луча.The invention relates to the field of radio engineering of the microwave and EHF ranges, in particular to the designs of phased antenna arrays (PAR), and can be used in radar systems with electric beam scanning.
Известны проходные ФАР с пространственным возбуждением, у которых прием электромагнитных волн от первичного облучателя производится одними (например, приемными), а их излучение в пространство - другими (например, апертурными) излучателями.Pass-through headlamps with spatial excitation are known in which the electromagnetic waves from the primary irradiator are received by one (for example, receiving ones), and their radiation into space by other (for example, aperture) emitters.
Известны элементы проходных ФАР, осуществляющих электрическое сканирование луча. Каждый из них может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенных приемного и апертурного волноводно-диэлектрических излучателей и размещенного между ними волноводного ферритового фазовращателя с продольным полем намагничивания, пропускающего электромагнитные волны, поляризованные по кругу.Known elements of the pass-through headlamps that conduct electrical scanning of the beam. Each of them can be made, for example, in the form of a series-connected receiving and aperture waveguide-dielectric emitters and a waveguide ferrite phase shifter between them with a longitudinal magnetization field transmitting electromagnetic waves polarized in a circle.
Проходная ФАР из упомянутых элементов может быть выполнена, например, в виде одной или двух несущих плит с отверстиями, в которые независимо друг от друга устанавливаются элементы ФАР. Конструкция такой ФАР описана, например, в [1] (Бей Н.А., Крехтунов В.М., Митрохин В.Н. Основы проектирования антенных систем с электронным управлением лучом. - М.: Издательство МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1979. - С.22-24). Такая установка элементов ФАР в раскрыве антенны эффективна лишь при малом их числе, например при 102…103 элементов. При большем же числе элементов ФАР (104 и более) поэлементная установка малоэффективна, так как возникают проблемы как с установкой элементов в корпус ФАР, так и с разводкой проводов питания фазовращателей и их связи с системой управления лучом (СУЛ). В этом случае более эффективна модульная схема построения ФАР. Модуль является частью ФАР, в нем конструктивно объединены группа излучающих элементов антенной решетки, группа фазовращателей и другие функциональные узлы.Passing HEADLIGHT from the mentioned elements can be made, for example, in the form of one or two bearing plates with holes in which the PAR elements are installed independently of each other. The design of such a phased array is described, for example, in [1] (Bei N.A., Krekhtunov V.M., Mitrokhin V.N. Fundamentals of designing antenna systems with electronic beam control. - M.: MVTU im. Bauman, 1979.- S.22-24). Such an installation of PAR elements in the aperture of the antenna is effective only with a small number, for example, with 10 2 ... 10 3 elements. With a larger number of PAR elements (10 4 or more), the element-wise installation is ineffective, since there are problems both with the installation of elements in the HEADLIGHT housing, and with the wiring of the power supply of the phase shifters and their connection with the beam control system (SUL). In this case, a more efficient modular design scheme for the PAR. The module is part of the PAR, it structurally combines a group of radiating elements of the antenna array, a group of phase shifters and other functional units.
В частности, известна ФАР, содержащая более 104 элементов, описанная в статье [2] (Bounkin B.V., Lemansky А.А. Experience of development and industrial production of X-band passive phased antenna arrays. (Опыт разработки и серийного производства пассивных фазированных антенных решеток Х-диапазона). International Conference on Radar, Paris, 3-6 May, 1994. A.3. Antenna design. - P.20-24). Здесь описана история разработки ФАР системы С-300 ПМУ.In particular, a phased array containing more than 10 4 elements is described in [2] (Bounkin BV, Lemansky AA Experience of development and industrial production of X-band passive phased antenna arrays. (Experience in the development and serial production of passive phased X-band antenna arrays.) International Conference on Radar, Paris, May 3-6, 1994. A.3. Antenna design. - P.20-24). The history of the development of the phased array system S-300 PMU is described here.
Элемент проходной ФАР [2] описан в патенте [3] (Патент России №2184410, МПК H Q 21/00, H01P 1/19, от 26.06.2001). Элемент ФАР содержит диэлектрические излучатели и фазовращатель, состоящий из намагничивающей обмотки, расположенной внутри магнитопровода, и цилиндрического ферритового стержня, установленного внутри намагничивающей обмотки. Между торцами цилиндрического ферритового стержня и торцами диэлектрических излучателей установлены согласующие диэлектрические шайбы. При этом цилиндрический ферритовый стержень, согласующие шайбы и диэлектрические излучатели имеют одинаковый диаметр и заключены в общий отрезок круглого волновода. Магнитопровод этого элемента ФАР выполнен в виде двух П-образных скоб, каждая из которых содержит продольную пластину и два башмака, опирающиеся на металлизированную боковую поверхность ферритового стержня, причем опорная поверхность башмаков выполнена по форме боковой поверхности стержня, а внутренние поверхности башмаков отшлифованы с высоким классом точности и плотно прижаты к поверхности металлизированного ферритового стержня. Общий отрезок металлизированного круглого волновода выполнен в виде медной пленки толщиной 1,1…1,5 мкм. Цилиндрический ферритовый стержень выполнен из феррита с диэлектрической проницаемостью εф=14…17, согласующие шайбы выполнены из материала, например ситалла, с диэлектрической проницаемостью εш=9…11, а диэлектрические излучатели выполнены из материала, например ситалла, с диэлектрической проницаемостью εи=7,15…7,35.The element of the passing PAR (2) is described in the patent [3] (Russian Patent No. 2184410, IPC HQ 21/00,
Каждый элемент ФАР [2] имел индивидуальный пульт управления, низкочастотный разъем для соединения с информационными линиями и сетью питания решетки и кожух и устанавливался в раскрыве ФАР индивидуально, что усложняет конструкцию устройства и увеличивает трудоемкость сборки.Each PAR element [2] had an individual control panel, a low-frequency connector for connecting with information lines and the grid power supply and a casing and was installed individually in the PAR opener, which complicates the design of the device and increases the complexity of the assembly.
Позже был разработан модуль элементов решетки применительно к системе С-300 ПМУ, который включает 16 элементов и общий многослойный пульт управления.Later, a module of lattice elements was developed as applied to the S-300 PMU system, which includes 16 elements and a common multilayer control panel.
Применение модульной структуры вместо индивидуальной позволяет уменьшить число деталей, распределенных среди 16 элементов решетки, в 10 раз и снизить трудовые затраты на изготовление модуля.The use of a modular structure instead of an individual one allows reducing the number of parts distributed among 16 lattice elements by 10 times and reducing labor costs for manufacturing a module.
Элементу ФАР системы С-300 ПМУ [3] и ФАР в целом присущ ряд недостатков. Для элемента ФАР характерны: высокий уровень вносимых СВЧ-потерь, большая длина, сложность изготовления отдельных деталей и сборки элемента ФАР, низкие прочность и стойкость элемента ФАР к ударным и вибрационным воздействиям.A number of disadvantages are inherent in the PAR element of the S-300 PMU system [3] and the PAR in general. The PAR element is characterized by: a high level of introduced microwave losses, long length, complexity of manufacturing individual parts and assembly of the PAR element, low strength and resistance of the PAR element to shock and vibration.
Недостатками ФАР [2] в целом являются низкая степень интеграции элементов и большое число модулей, сложность установки и замены модулей и низкая надежность ФАР. Последнее обусловлено тем, что надежность отдельного интегрированного элемента ФАР определяется надежностью электронных компонентов, размещенных непосредственно в элементе ФАР.The disadvantages of the PAR [2] as a whole are the low degree of integration of elements and a large number of modules, the difficulty of installing and replacing modules, and the low reliability of the PAR. The latter is due to the fact that the reliability of a separate integrated PAR element is determined by the reliability of electronic components located directly in the PAR element.
Известен модуль ФАР, частично свободный от недостатков, присущих аналогу [2], принятый за прототип и описанный в статье [4] (Долгачев А.В. Конструктивно оптимальные неэквидистантные ФАР. / Фазотрон. Информационно-аналитический журнал. №1-2 (10), 2007. - С.23-27). Здесь описан унифицированный гибкий антенный модуль ФАР. Он содержит основание модуля с печатной платой с проложенными линиями разводки сигналов управления и питающих напряжений. Для минимизации числа линий разводки элемент управления фазовращателем интегрирован с последним в единую сборку. Элементы ФАР присоединены к гибкой печатной плате при помощи пайки.The known PAR module, partially free from the disadvantages inherent in the analogue [2], adopted for the prototype and described in article [4] (Dolgachev A.V. Structurally optimal non-equidistant phased array. / Phazotron. Information and analytical journal. No. 1-2 (10 ), 2007. - S.23-27). A unified flexible phased array antenna module is described here. It contains the base of the module with a printed circuit board with laid out the wiring lines of control signals and supply voltages. To minimize the number of wiring lines, the phase shifter control element is integrated with the latter into a single assembly. PAR elements are attached to the flexible circuit board by soldering.
Гибкому антенному модулю ФАР, принятому за прототип, присущ ряд недостатков:The flexible antenna module PAR, adopted as a prototype, has a number of disadvantages:
1. В применениях, отличных от [4], повышенная гибкость модуля неприемлема.1. In applications other than [4], increased module flexibility is unacceptable.
2. Конструкция гибкого антенного модуля [4] не содержит устройств, фиксирующих положение элементов ФАР на основании модуля. Следствием этого могут быть погрешности установки элементов ФАР в раскрыве антенной решетки и ухудшение ее электрических характеристик.2. The design of the flexible antenna module [4] does not contain devices that fix the position of the PAR elements on the base of the module. The consequence of this may be errors in the installation of PAR elements in the aperture of the antenna array and the deterioration of its electrical characteristics.
3. Гибкий антенный модуль [4] характеризуется низкой стойкостью к механическим воздействиям.3. A flexible antenna module [4] is characterized by low resistance to mechanical stress.
4. Элементы ФАР [4] имеют большой диаметр (более длины волны) и, следовательно, шаг антенной решетки, существенно ограничивающий сектор сканирования луча периодической антенной решетки.4. PAR elements [4] have a large diameter (longer than the wavelength) and, therefore, the step of the antenna array, significantly limiting the scanning sector of the beam of the periodic antenna array.
В элементе ФАР [4] сочетаются большой шаг антенной решетки (более длины волны) и короткие ступенчатые диэлектрические излучатели. В такой конструкции антенной решетки неизбежно проявляется снижение коэффициента полезного действия за счет частичного просачивания мощности падающей на антенную решетку электромагнитной волны и рассогласования излучателей в секторе электрического сканирования луча ФАР за счет их взаимного влияния.The PAR element [4] combines a large step of the antenna array (longer than the wavelength) and short step dielectric emitters. In this design of the antenna array, a decrease in the efficiency is inevitably manifested due to the partial leakage of the power of the electromagnetic wave incident on the antenna array and the mismatch of the emitters in the electric scanning sector of the PAR beam due to their mutual influence.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение недостатков, присущих прототипу, а именно: повышение жесткости и прочности модуля ФАР, повышение точности позиционирования элементов ФАР на основании модуля как в продольном, так и в поперечном направлениях основания модуля, уменьшение расстояния между продольными осями соседних элементов ФАР, позволяющее расширить сектор сканирования луча периодической антенной решетки, повышение стойкости модуля ФАР к внешним механическим воздействиям.The technical task of the invention is to eliminate the disadvantages inherent in the prototype, namely: increasing the rigidity and strength of the PAR module, increasing the accuracy of positioning the PAR elements on the base of the module both in the longitudinal and transverse directions of the base of the module, reducing the distance between the longitudinal axes of adjacent PAR elements, allowing to expand the scanning sector of the beam of the periodic antenna array, increasing the resistance of the PAR module to external mechanical influences.
Для достижения поставленной цели в модуле фазированной антенной решетки, содержащем основание модуля с печатной платой, элементы фазированной антенной решетки, соединенные с основанием модуля, каждый из которых содержит корпус, приемный и апертурный диэлектрические излучатели, размещенный между ними волноводный ферритовый фазовращатель, провода обмотки намагничивания фазовращателя, выведенные из корпуса, согласно изобретению основание модуля выполнено в виде жесткой пластины, например из стеклотекстолита, содержащей печатные проводники с контактными площадками и штыри, установленные вдоль пластины по обе ее стороны, между которыми на пластине размещены элементы ФАР, так что утолщения их волноводов непосредственно примыкают к боковым ребрам пластины, их корпуса установлены на пластине и соединены с ней клеевым соединением, контактные площадки печатной платы элемента ФАР соединены с выводами обмотки намагничивания и с контактными площадками основания модуля ФАР, например с применением пайки, а фазовращатель элемента ФАР состоит из цилиндрического ферритового стержня в виде правильной N-гранной призмы (N≥4), размещенного вместе с обмоткой его продольного намагничивания внутри внешнего магнитопровода, выполненного в виде N П-образных ферритовых скоб, каждая из которых состоит из полочки и двух башмаков, прилегающих плоскими подошвами к одной из N граней ферритового стержня, волновода ферритового фазовращателя, образованного тонкой пленкой токопроводящего покрытия боковой поверхности ферритового стержня, приемный и апертурный волноводы, состоящие из волноводов излучателей, согласующих и соединительных волноводов, диэлектрические вставки, размещенные между торцами ферритового стержня и хвостовиками диэлектрических излучателей, и корпус в виде цилиндрической гильзы, через прорези в стенке которого выведены провода обмотки намагничивания, дополнительно содержит выполненные из диэлектрика шайбы, размещенные на ферритовом стержне между концами обмотки намагничивания и башмаками ферритовых скоб и примыкающие внешней цилиндрической поверхностью к внутренней цилиндрической поверхности корпуса, диэлектрические вставки выполнены в виде шайб из материала с диэлектрической проницаемостью εв=9,5…10,5, внешняя поверхность полочки каждой ферритовой скобы выполнена по форме внутренней поверхности корпуса, каждый из диэлектрических излучателей выполнен сплошным из материала с диэлектрической проницаемостью εи=4,75…5,25 и включает цилиндрическую часть длиной ℓц=(0,1…0,3)λ0, выступающую из волновода излучателя, примыкающую к ней коническую часть длиной ℓк=(0,3…2,5)λ0, на торце с меньшим диаметром которой у приемного диэлектрического излучателя установлен дополнительный согласующий приемный трансформатор в виде круглого стержня длиной ℓ1=(0,2…0,25)λ1, где λ0 - длина волны в свободном пространстве, λ1 - длина синфазной волны в антенной решетке, составленной из стержней приемных трансформаторов, а на торце с меньшим диаметром конической части апертурного диэлектрического излучателя установлен дополнительный согласующий апертурный трансформатор в виде круглого стержня длиной ℓ2=(0,2…0,25)λ2, где λ2 - длина синфазной волны в антенной решетке, составленной из стержней апертурных трансформаторов, при этом соединительные волноводы имеют поперечное сечение в виде правильного N-угольника с размерами поперечного сечения ФС с учетом толщины пленки токопроводящего покрытия и слоя токопроводящего клея толщиной 0,1…0,15 мм.To achieve this goal, a phased array antenna module containing a module base with a printed circuit board, phased array antenna elements connected to the module base, each of which contains a housing, receiving and aperture dielectric emitters, a waveguide ferrite phase shifter placed between them, magnetizer winding wires of the phase shifter withdrawn from the housing, according to the invention, the base of the module is made in the form of a rigid plate, for example of fiberglass, containing printed wires headers with contact pads and pins installed along the plate on both sides of the plate, between which PAR elements are placed on the plate, so that the thickenings of their waveguides are directly adjacent to the side ribs of the plate, their cases are mounted on the plate and connected to it by adhesive, the contact pads are printed boards of the PAR element are connected to the terminals of the magnetization winding and to the contact pads of the base of the PAR module, for example, using soldering, and the phase shifter of the PAR element is composed of a cylindrical ferrite steel a rod in the form of a regular N-faced prism (N≥4), placed together with its longitudinal magnetization winding inside an external magnetic circuit, made in the form of N U-shaped ferrite staples, each of which consists of a shelf and two shoes adjacent flat soles to one of N faces of a ferrite rod, a ferrite phase shifter waveguide formed by a thin film of a conductive coating of the side surface of the ferrite rod, a receiving and aperture waveguides, consisting of emitter waveguides, matching and connecting waveguides, dielectric inserts located between the ends of the ferrite rod and the shanks of the dielectric emitters, and a body in the form of a cylindrical sleeve, through the slots in the wall of which the magnetizing winding wires are led, additionally contains washers made of a dielectric, placed on the ferrite rod between the ends of the magnetizing winding and the shoes ferrite staples and adjacent external cylindrical surface to the internal cylindrical surface of the housing, dielectric inserts are made us as washers of a material having a dielectric constant ε = 9.5 ... 10.5, the outer surface of each shelf bracket ferrite formed by an inner surface of the housing, each of the dielectric radiators made of solid material with a dielectric constant ε = 4.75 and ... 5.25 and includes a cylindrical part with a length of ℓ c = (0.1 ... 0.3) λ 0 , protruding from the waveguide of the emitter, adjacent to it a conical part with a length of ℓ k = (0.3 ... 2.5) λ 0 , at the end with a smaller diameter which at the receiving dielectric emitter is installed additional receiving second matching transformer in the form of a circular rod of length ℓ 1 = (0,2 ... 0,25) λ 1, where λ 0 - wavelength in free space, λ 1 - phase wave length in the antenna array composed of rods receiving transformers, and at the end with a smaller diameter of the conical part of the aperture dielectric emitter an additional matching aperture transformer is installed in the form of a round rod with a length of ℓ 2 = (0.2 ... 0.25) λ 2 , where λ 2 is the common-mode wavelength in the antenna array composed of rods aperture transformers, while soy extension waveguides have a cross section in the form of a regular N-gon with FS cross-sectional dimensions, taking into account the thickness of the film of the conductive coating and the layer of conductive adhesive 0.1 ... 0.15 mm thick.
На фиг.1 показан объемный вид модуля проходной ФАР. На фиг.2 показан вид сверху модуля проходной ФАР. На фиг.3 показан вид модуля проходной ФАР со стороны печатной платы элемента ФАР. На фиг.4 показано поперечное сечение модуля проходной ФАР в месте соединения контактной площадки элемента ФАР с контактной площадкой печатной платы модуля проходной ФАР (сечение А-А на фиг.3). На фиг.5 показано поперечное сечение модуля проходной ФАР в месте расположения штырей (сечение Б-Б на фиг.3). На фиг.6 показано поперечное сечение элемента ФАР. На фиг.4…фиг.6 показан элемент ФАР и его сечения для случая N=4.Figure 1 shows a three-dimensional view of the module through passage HEADLIGHT. Figure 2 shows a top view of the module through passage HEADLIGHT. In Fig.3 shows a view of the module through passage HEADLIGHT from the side of the printed circuit board element HEADLIGHT. Figure 4 shows a cross-section of the headlamp module of the headlamp at the junction of the contact area of the headlamp element with the contact area of the printed circuit board of the headlamp module of the headlamp (section AA in figure 3). Figure 5 shows the cross section of the module through passage of the HEADLAMP at the location of the pins (section BB in figure 3). Figure 6 shows the cross section of the element PAR. Figure 4 ... figure 6 shows the element of the PAR and its sections for the case N = 4.
На фиг.1 … фиг.6 обозначено: 1 - элемент ФАР; 2 - основание модуля с печатной платой; 3 - печатный проводник; 4, 5 - контактные площадки основания модуля проходной ФАР; 6 - печатная плата элемента ФАР; 7, 8 - контактные площадки печатной платы элемента ФАР; 9 - штырь; 10 - утолщение волновода элемента ФАР; 11 - приемный диэлектрический излучатель; 12 - апертурный диэлектрический излучатель; 13 - приемный волновод; 14 - апертурный волновод; 15, 16 - волноводы излучателей; 17, 18 - согласующие волноводы; 19, 20 - соединительные волноводы; 21 - волновод фазовращателя; 22 - ферритовый стержень; 23, 24 - концы ферритового стержня; 25 - обмотка намагничивания; 26, 27 - провода обмотки намагничивания; 28 - ферритовая скоба внешнего магнитопровода; 29 а, 29 б, 29 в, 29 г - полочки ферритовых скоб; 30 - башмак ферритовой скобы; 31, 32 - диэлектрические вставки; 33, 34 - шайбы; 35 - корпус; 36, 37 - прорези в стенке корпуса; 38- хвостовик приемного диэлектрического излучателя; 39 - цилиндрическая часть приемного диэлектрического излучателя; 40 - коническая часть приемного диэлектрического излучателя; 41 - согласующий приемный трансформатор; 42 - хвостовик апертурного диэлектрического излучателя; 43 - цилиндрическая часть апертурного диэлектрического излучателя; 44 - коническая часть апертурного диэлектрического излучателя; 45 - согласующий апертурный трансформатор.In Fig.1 ... Fig.6 indicated: 1 - element HEADLIGHT; 2 - the base of the module with a printed circuit board; 3 - printed conductor; 4, 5 - contact pads of the base of the module of the headlamp through passage 6 - printed circuit board element PAR; 7, 8 - contact pads of the printed circuit board of the PAR element; 9 - pin; 10 - thickening of the waveguide element PAR; 11 - receiving dielectric emitter; 12 - aperture dielectric emitter; 13 - receiving waveguide; 14 - aperture waveguide; 15, 16 - waveguides of emitters; 17, 18 - matching waveguides; 19, 20 - connecting waveguides; 21 - waveguide phase shifter; 22 - ferrite core; 23, 24 - the ends of the ferrite core; 25 - magnetization winding; 26, 27 - wires of the magnetization winding; 28 - ferrite bracket of the external magnetic circuit; 29 a, 29 b, 29 c, 29 g - shelves of ferrite staples; 30 - shoe ferrite staples; 31, 32 - dielectric inserts; 33, 34 - washers; 35 - case; 36, 37 - slots in the wall of the housing; 38 - shank of the receiving dielectric emitter; 39 - cylindrical part of the receiving dielectric emitter; 40 - conical part of the receiving dielectric emitter; 41 - matching receiving transformer; 42 - shank of the aperture dielectric emitter; 43 - cylindrical part of the aperture dielectric emitter; 44 - conical part of the aperture dielectric emitter; 45 - matching aperture transformer.
Предлагаемый модуль проходной фазированной антенной решетки работает следующим образом.The proposed module pass-through phased antenna array operates as follows.
В режиме передачи электромагнитная волна, поляризованная по кругу, излучаемая облучателем фазированной антенной решетки, составленной из предлагаемых модулей проходной ФАР (не показана), принимается приемным диэлектрическим излучателем 11 каждого элемента модуля и возбуждает в его цилиндрической части 39 волну типа НЕ11 диэлектрического волновода, а затем волну типа Н11 в волноводе 15 приемного излучателя. Затем электромагнитная волна проходит через согласующий волновод 17 и соединительный волновод 19 и возбуждает в волноводе фазовращателя 21 низшую волну типа H1 N-угольного волновода, заполненного ферритовой средой. С выхода ферритового фазовращателя электромагнитная волна поступает в соединительный волновод 20, согласующий волновод 18, волновод 16 апертурного излучателя и излучается в свободное пространство апертурным диэлектрическим излучателем 12.In the transmission mode, an electromagnetic wave polarized in a circle, emitted by an irradiator of a phased array antenna, composed of the proposed modules of a pass-through headlamp (not shown), is received by a receiving
Фаза излучаемой элементом проходной ФАР электромагнитной волны, поляризованной по кругу, зависит от длины волны, формы поперечного сечения, размеров излучателей и волноводов, а также параметров материалов диэлектрических стержней, диэлектрических вставок и ферритового стержня. Дополнительное изменение фазы электромагнитной волны в интервале Δφ=0…2π; осуществляется посредством волноводного ферритового фазовращателя фарадеевского типа путем изменения параметров ферритовой среды при ее продольном намагничивании. Поле намагничивания создается в ферритовом стержне обмоткой намагничивания 25, соединенной с системой управления лучом ФАР (не показана) проводами 26 и 27, выведенными через прорези 36 и 37 в стенке корпуса 35.The phase of the radiated circularly polarized radiated element emitted by the headlamp PAR element depends on the wavelength, cross-sectional shape, dimensions of the emitters and waveguides, as well as the material parameters of the dielectric rods, dielectric inserts and ferrite rod. An additional change in the phase of the electromagnetic wave in the interval Δφ = 0 ... 2π; is carried out by means of a waveguide ferrite phase shifter of the Faraday type by changing the parameters of the ferrite medium during its longitudinal magnetization. The magnetization field is created in the ferrite core by a magnetization winding 25 connected to the beam control system PAR (not shown) by
В режиме приема из свободного пространства на апертурный диэлектрический излучатель 12 каждого элемента модуля ФАР падает плоская поляризованная по кругу электромагнитная волна с противоположным направлением вращения и принимается им. Затем электромагнитная волна последовательно проходит через отрезки волноводов волноводного канала элемента ФАР в обратном направлении, получает такое же, как и в режиме передачи, дополнительное изменение фазы Δφ в фазовращателе и излучается приемным диэлектрическим излучателем 11 в направлении облучателя ФАР.In the reception mode from free space to the
Введение штырей 9 на основании модуля проходной ФАР позволяет повысить точность позиционирования элементов ФАР в продольном направлении основания модуля.The introduction of the
Введение утолщения 10 волновода элемента ФАР позволяет повысить точность позиционирования элементов ФАР в поперечном направлении основания модуля.The introduction of a thickening 10 of the waveguide of the PAR element allows increasing the accuracy of positioning of the PAR elements in the transverse direction of the module base.
Длины ℓц1 и ℓк1 приемного и ℓц2 и ℓк2 апертурного диэлектрических излучателей выбираются с учетом конструктивных особенностей конкретной проходной ФАР и требований, предъявляемых к ее электрическим характеристикам (геометрия расположения излучателей в раскрыве, шаг антенной решетки, сектор сканирования луча, геометрия системы возбуждения). Диаметры на концах конических частей приемного и апертурного диэлектрических излучателей выбираются из условий согласования со свободным пространством и достаточной механической прочности. Диаметры цилиндрических частей приемного и апертурного диэлектрических излучателей, а также волноводов излучателей выбираются из условия одноволнового режима работы. При этом параметры приемного излучателя выбираются из условия обеспечения эффективности возбуждения приемной антенной решетки и формирования требуемого амплитудного распределения поля по ее элементам.The lengths ℓ q1 and ℓ k1 of the receiving and ℓ q2 and ℓ k2 aperture dielectric emitters are selected taking into account the design features of a specific pass-through headlamp and the requirements for its electrical characteristics (the geometry of the emitters in the aperture, the step of the antenna array, the beam scanning sector, the geometry of the excitation system ) The diameters at the ends of the conical parts of the receiving and aperture dielectric emitters are selected from conditions matching with free space and sufficient mechanical strength. The diameters of the cylindrical parts of the receiving and aperture dielectric emitters, as well as the waveguides of the emitters are selected from the conditions of a single-wave mode of operation. In this case, the parameters of the receiving emitter are selected from the condition of ensuring the efficiency of excitation of the receiving antenna array and the formation of the required amplitude field distribution over its elements.
Параметры апертурного излучателя выбираются с учетом требуемого изменения коэффициента усиления ФАР в секторе электрического сканирования луча.The parameters of the aperture emitter are selected taking into account the required change in the gain of the PAR in the sector of electric beam scanning.
Введение цилиндрических участков 39 и 43 диэлектрических излучателей, выступающих из приемного 3 и апертурного 4 волноводов элемента проходной ФАР, повышает эффективность возбуждения поверхностных волн в диэлектрических излучателях, а их длины выбираются из условия согласования входов диэлектрических излучателей с выходами возбуждающих их волноводов.The introduction of
Введение цилиндрических согласующих трансформаторов 41 и 45, примыкающих к плоскостям вершин усеченных диэлектрических конусов 40 и 44, способствует улучшению согласования торцов диэлектрических излучателей 11 и 12 со свободным пространством в диапазоне частот и в секторе сканирования луча ФАР и тем самым уменьшает СВЧ-потери на отражение от приемной и апертурной антенных решеток, повышает эффективность возбуждения волны типа НЕ11 в диэлектрических излучателях, что увеличивает амплитуду волны, прошедшей через элемент проходной ФАР.The introduction of
Предлагаемый модуль проходной ФАР конструктивно прост, технологичен, отличается простотой изготовления отдельных деталей и сборки, характеризуется низкой трудоемкостью и невысокой стоимостью. Для его создания в условиях серийного производства нет необходимости разрабатывать новые материалы и использовать дорогостоящие технологические процессы, достаточно использовать нормализованные серийно выпускаемые материалы, клеи и освоенные технологические процессы.The proposed headlamp module PAR is structurally simple, technologically advanced, characterized by the simplicity of manufacturing individual parts and assemblies, characterized by low labor intensity and low cost. To create it in conditions of mass production, there is no need to develop new materials and use expensive technological processes, it is enough to use normalized commercially available materials, adhesives and mastered technological processes.
Приемный 11 и апертурный 12 диэлектрические излучатели элементов ФАР модуля из материала с относительной диэлектрической проницаемостью εи=4,75…5,25, например из композитного материала типа МСТ-5 [5] (Сверхвысокочастотные магнитные и диэлектрические материалы. Каталог.- Санкт-Петербург: Открытое акционерное общество «Завод Магнетон», 2004. - 12 с.), могут быть изготовлены литьем, прессованием или механической обработкой. Аналогичным образом могут быть изготовлены диэлектрические вставки 31 и 32 из материала с относительной диэлектрической проницаемостью εв=9,5…10,5, например из композитного материала типа МСТ-10 [5].
Приемный 13 и апертурный 14 волноводы, включающие круглые согласующие волноводы 17 и 18, волноводы излучателей 15 и 16, а также соединительные волноводы 19 и 20 могут быть изготовлены на современном высокопроизводительном оборудовании.Receiving 13 and
Не вызывает больших трудностей изготовление бескаркасной обмотки намагничивания 25, ферритового стержня 22 с плоскими гранями, на боковую поверхность которого нанесено токопроводящее покрытие, П-образных скоб 28 из феррита с башмаками 30, имеющими плоские подошвы, корпуса 35 в виде тонкостенной гильзы с прорезями 36 и 37 в стенке и центрирующих диэлектрических шайб 33 и 34.It is not very difficult to manufacture a frameless magnetization winding 25, a ferrite rod 22 with flat faces, a conductive coating applied to its lateral surface,
Сборку предлагаемого элемента проходной ФАР целесообразно осуществлять клеевым соединением отдельных деталей с использованием промышленных нормализованных клеев. В частности, для клеевого соединения концов ФС 23 и 24 с соединительными волноводами 19 и 20 может быть использован электропроводный клей, например, марки ЭК-С [6] (Электропроводный клей ЭК-С. Новости СВЧ-техники. - Фрязино: ГНПП «Исток», 1999, №1. - С.14.), применяемый при монтажных операциях при производстве изделий электронной техники, или аналогичный ему клей. Для клеевого соединения других деталей элемента проходной ФАР должны использоваться неэлектропроводные клеи, не вносящие дополнительных СВЧ-потерь.The assembly of the proposed element through passage HEADLIGHT it is advisable to carry out the adhesive connection of individual parts using industrial normalized adhesives. In particular, for adhesive bonding of the ends of FS 23 and 24 with connecting
Эффективность предложенного технического решения проверена экспериментально на макетах модулей проходных фазированных антенных решеток миллиметрового диапазона длин волн в полосе частот прямоугольного волновода сечением 7,2×3,4 мм2. Макет элемента проходной ФАР весит не более 2 грамм и имеет поперечный размер не более 0,5λ. Использование предлагаемого изобретения позволяет существенно улучшить технические характеристики фазированных антенных решеток. При указанном поперечном размере элементы ФАР в модуле проходной ФАР могут располагаться на расстояниях, обеспечивающих двумерное широкоугольное электрическое сканирование луча с отклонением его от нормали к раскрыву на угол до 70°.The effectiveness of the proposed technical solution was tested experimentally on mock-up modules of pass-through phased array antennas of the millimeter wavelength range in the frequency band of a rectangular waveguide with a cross section of 7.2 × 3.4 mm 2 . The layout of the element of the headlamp passing through weighs no more than 2 grams and has a transverse dimension of not more than 0.5λ. The use of the invention allows to significantly improve the technical characteristics of phased antenna arrays. With the indicated transverse size, the PAR elements in the pass-through PAR module can be located at distances providing a two-dimensional wide-angle electric scanning of the beam with its deviation from the normal to the opening by an angle of up to 70 °.
Данное техническое решение применимо при создании ФАР как с малым, так и с большим числом элементов. В зависимости от конкретного числа элементов ФАР изменяется только число модулей ФАР и число элементов ФАР в каждом из них.This technical solution is applicable when creating a headlamp with both a small and a large number of elements. Depending on the specific number of PAR elements, only the number of PAR modules and the number of PAR elements in each of them change.
Модуль проходной фазированной антенной решетки может быть эффективно использован, например, в антенных системах радиолокационных комплексов как стационарных, так и мобильных, наземного, морского и воздушного базирования, в том числе функционирующих в условиях повышенных механических воздействий.The pass-through phased array antenna module can be effectively used, for example, in antenna systems of radar systems, both stationary and mobile, land, sea and air based, including those operating under conditions of increased mechanical stress.
Отмеченное выше подтверждает соответствие указанного технического решения критерию "промышленная применимость".The aforementioned confirms the conformity of the specified technical solution to the criterion of "industrial applicability".
Технический результат состоит в разработке модуля проходной фазированной антенной решетки с уменьшенными потерями, уменьшенным шагом расположения элементов ФАР и повышенной точностью их установки и одновременно с упрощением конструкции, повышением ее технологичности и стойкости к внешним механическим воздействиям.The technical result consists in the development of a module of a pass-through phased antenna array with reduced losses, a reduced spacing of PAR elements and increased accuracy of their installation, while at the same time simplifying the design, increasing its manufacturability and resistance to external mechanical influences.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010154293/07A RU2461930C2 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Module of phased transmissive antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010154293/07A RU2461930C2 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Module of phased transmissive antenna array |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010154293A RU2010154293A (en) | 2012-07-10 |
| RU2461930C2 true RU2461930C2 (en) | 2012-09-20 |
Family
ID=46848194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010154293/07A RU2461930C2 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Module of phased transmissive antenna array |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2461930C2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2592054C1 (en) * | 2015-06-16 | 2016-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЗАВОД РУСНИТ" | Element of phased antenna array |
| RU2622241C1 (en) * | 2016-03-14 | 2017-06-13 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Antenna panel |
| RU2641506C1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-01-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Transmissive phase antenna array module with control driver of phase shifter |
| RU188185U1 (en) * | 2018-09-21 | 2019-04-02 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Phased Array Module |
| RU2704209C1 (en) * | 2018-09-21 | 2019-10-24 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Phased antenna array module |
| RU210153U1 (en) * | 2021-06-30 | 2022-03-30 | Общество с ограниченной ответственностью «НПК Синерджи Тиам» (ООО "НПК Синерджи Тиам") | ELECTRONIC DEVICE FOR METERING OF ENERGY RESOURCES, DISPATCHING AND AUTOMATION "SMART ANTENNA" |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2668304A1 (en) * | 1990-10-17 | 1992-04-24 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Reciprocal phase shifter in dielectric guide with ferrite |
| RU2184410C1 (en) * | 2001-06-26 | 2002-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" им. акад. А.А. Расплетина" | Transceiver antenna of phased array |
| RU51791U1 (en) * | 2005-08-03 | 2006-02-27 | Владимир Степанович Верба | PHASED ANTENNA ARRAY FOR UNMANNED AIRCRAFT |
| RU2325741C1 (en) * | 2006-10-06 | 2008-05-27 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Phased antenna array element |
| EP2165118A1 (en) * | 2007-07-13 | 2010-03-24 | Arnold, John G. Jr. | Chimney cap with replaceable or recyclable ceramic catalytic filter insert |
-
2010
- 2010-12-30 RU RU2010154293/07A patent/RU2461930C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2668304A1 (en) * | 1990-10-17 | 1992-04-24 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Reciprocal phase shifter in dielectric guide with ferrite |
| RU2184410C1 (en) * | 2001-06-26 | 2002-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" им. акад. А.А. Расплетина" | Transceiver antenna of phased array |
| RU51791U1 (en) * | 2005-08-03 | 2006-02-27 | Владимир Степанович Верба | PHASED ANTENNA ARRAY FOR UNMANNED AIRCRAFT |
| RU2325741C1 (en) * | 2006-10-06 | 2008-05-27 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Phased antenna array element |
| EP2165118A1 (en) * | 2007-07-13 | 2010-03-24 | Arnold, John G. Jr. | Chimney cap with replaceable or recyclable ceramic catalytic filter insert |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2592054C1 (en) * | 2015-06-16 | 2016-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЗАВОД РУСНИТ" | Element of phased antenna array |
| RU2622241C1 (en) * | 2016-03-14 | 2017-06-13 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Antenna panel |
| RU2641506C1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-01-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Transmissive phase antenna array module with control driver of phase shifter |
| RU188185U1 (en) * | 2018-09-21 | 2019-04-02 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Phased Array Module |
| RU2704209C1 (en) * | 2018-09-21 | 2019-10-24 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Phased antenna array module |
| RU210153U1 (en) * | 2021-06-30 | 2022-03-30 | Общество с ограниченной ответственностью «НПК Синерджи Тиам» (ООО "НПК Синерджи Тиам") | ELECTRONIC DEVICE FOR METERING OF ENERGY RESOURCES, DISPATCHING AND AUTOMATION "SMART ANTENNA" |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010154293A (en) | 2012-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Numan et al. | Printed $ W $-band multibeam antenna with Luneburg lens-based beamforming network | |
| RU2461930C2 (en) | Module of phased transmissive antenna array | |
| Zarifi et al. | Design and fabrication of a high-gain 60-GHz corrugated slot antenna array with ridge gap waveguide distribution layer | |
| EP2908379B1 (en) | Antenna array system for producing dual polarization signals utilizing a meandering waveguide | |
| JP4564000B2 (en) | Two-dimensional electronic scanning array with compact CTS feed and MEMS phase shifter | |
| Tekkouk et al. | SIW pillbox antenna for monopulse radar applications | |
| US20190081412A1 (en) | Adapter structure with waveguide channels | |
| CN104937777A (en) | Antenna | |
| US11688941B2 (en) | Antenna device for beam steering and focusing | |
| RU2325741C1 (en) | Phased antenna array element | |
| Potelon et al. | Reconfigurable CTS antenna fully integrated in PCB technology for 5G backhaul applications | |
| US10854984B2 (en) | Air-filled quad-ridge radiator for AESA applications | |
| RU2592054C1 (en) | Element of phased antenna array | |
| EP3240101B1 (en) | Radiofrequency interconnection between a printed circuit board and a waveguide | |
| Cao et al. | Multi‐beam SIW leaky‐wave antenna with 2‐D beam scanning capability for millimeter‐wave radar applications | |
| Cao et al. | A low‐profile high‐gain multi‐beam antenna based on 3D‐printed cylindrical Luneburg lens | |
| KR20230048359A (en) | antenna array | |
| US20210091470A1 (en) | Integrated differential antenna with air gap for propagation of differential-mode radiation | |
| US10263465B2 (en) | Radiative wireless power transmission | |
| RU166711U1 (en) | PHASE ANTENNA ARRANGEMENT ELEMENT | |
| RU166140U1 (en) | PHASE ANTENNA ARRANGEMENT ELEMENT | |
| RU2641506C1 (en) | Transmissive phase antenna array module with control driver of phase shifter | |
| CN111684656A (en) | Antenna for communication with a transponder | |
| RU195632U1 (en) | Two-channel transceiver antenna system with improved polarization isolation characteristic | |
| RU190520U1 (en) | PASSAGE ELEMENT OF A PHASED ANTENNA GRID |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181231 |