RU2487447C2 - Small-size wideband waveguide-horn antenna and antenna array structure based thereon - Google Patents

Small-size wideband waveguide-horn antenna and antenna array structure based thereon Download PDF

Info

Publication number
RU2487447C2
RU2487447C2 RU2011119843/07A RU2011119843A RU2487447C2 RU 2487447 C2 RU2487447 C2 RU 2487447C2 RU 2011119843/07 A RU2011119843/07 A RU 2011119843/07A RU 2011119843 A RU2011119843 A RU 2011119843A RU 2487447 C2 RU2487447 C2 RU 2487447C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
frame
ridges
tail
horn
Prior art date
Application number
RU2011119843/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011119843A (en
Inventor
Геннадий Михайлович Черепенин
Юрий Григорьевич Нестеров
Сергей Вениаминович Валов
Павел Валериевич Крестьянников
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
Priority to RU2011119843/07A priority Critical patent/RU2487447C2/en
Publication of RU2011119843A publication Critical patent/RU2011119843A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2487447C2 publication Critical patent/RU2487447C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: wideband horn antenna array has an open waveguide, having a radiating end and a tail end, top and bottom conducting crests inside the waveguide; behind the tail part of the waveguide there is a conducting frame; between the tail part of the bottom crest and the back wall of the frame there is a gap; waveguide and tail parts of the crests facing each other are parallel to the base. In the back wall of the frame opposite the end face of the tail part of the bottom crest there is an opening for entry of the centre conductor of a communication cable with a transceiver through an insulator. A cable shield is mounted on the back wall of the frame and has electrical contact with the back wall. The concave part of the crest lies near the radiating end of the waveguide and the convex part of the crest connects the end of the crest on the base with the concave part. The antenna array has columns in which horns are spaced apart by a distance close to half the minimum signal wavelength.
EFFECT: reduced weight and size characteristics of the wideband waveguide horn, enabling operation thereof as part of antenna arrays.
2 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к радиолокации, в частности к волноводно-рупорным антенным элементам, используемым в зеркальных антеннах и антенных решетах (АР).The present invention relates to radar, in particular to waveguide-horn antenna elements used in mirrored antennas and antenna arrays (AR).

Тенденцией развития современных РЛС обнаружения и наведения является комбинированное использование методов активной и пассивной радиолокации, соответственно расширение диапазона рабочих частот антенных устройств. Особенно актуально это относится к РЛС, построенным на базе фазированных антенных решеток АР, излучающими элементами которых являются волноводные рупоры. Примером построения широкополосных волноводных рупоров являются устройства [1, 2, 3].The development trend of modern radar detection and guidance is the combined use of active and passive radar methods, respectively, expanding the range of operating frequencies of antenna devices. This is especially true for radars built on the basis of phased AR arrays, the radiating elements of which are waveguide horns. An example of the construction of broadband waveguide horns are devices [1, 2, 3].

Волноводный рупор [1] является элементом АР, работающим в полосе частот 3-6 ГГц, представляет прямоугольный волновод, закрытый с одного конца короткозамкнутой проводящей заглушкой. По центру широких стенок волновода и ортогонально им установлены не соприкасающиеся друг с другом верхний и нижний проводящие гребни. Каждый гребень представляет плоскую трехступенчатую структуру, расходящуюся в сторону направления излучения, которая не выходит за пределы волновода и не соприкасается с короткозамкнутой заглушкой. Ширина гребней меньше половины широкой стенки волновода. Ступени гребня либо параллельны, либо отрогональны широкой стенке волновода. Вторая и третья ступень гребней (счет номера ступени идет от заглушки волновода) расположены симметрично относительно продольной оси волновода и представляют двухступенчатый трансформатор, согласующий импеданс свободного пространства с выходом первой ступени, через которую вводится/выводится сигнал волновода. Первые секции гребней являются частью волноводного перехода к полосковой или коаксиальной линии связи с приемопередатчиком, торцы которых расположены на разных расстояниях от заглушки и не соединяются с ней. В гребнях первой ступени имеются пазы, симметрично расположенные относительно продольной оси волновода, открытые части пазов обращены друг к другу, длина пазов не превышает длину первой ступени, глубина пазов обеспечивает прохождение Г-образного зонда от полосковой или коаксиальной линии связи, установленной на заглушке, к нижнему гребню в изоляции. При этом часть зонда проходит через щель верхнего гребня параллельно продольной оси волновода, вторая часть зонда проходит ортогонально продольной оси волновода через первую и вторую щель с заглублением относительно торца нижнего гребня, равным ширине зонда. В заглушке имеется окно, через которое выводится горизонтальная часть зонда на соединение с полосковой линией связи, либо кабель. В случае связи антенны с приемопередатчиком через коаксиальную линию связи экран коаксиального кабеля соединен с внешней стенкой заглушки и заканчивается за внутренней стенкой заглушки, продолжением центральной жилы коаксиального кабеля является Г-образный зонд, связывающий коаксиальную линию с нижним гребнем.The waveguide horn [1] is an AR element operating in the frequency band 3-6 GHz, represents a rectangular waveguide, closed at one end by a short-circuited conductive plug. In the center of the wide walls of the waveguide and orthogonally, the upper and lower conductive ridges are not in contact with each other. Each crest represents a flat three-stage structure diverging in the direction of the radiation direction, which does not extend beyond the waveguide and does not come into contact with the short-circuited plug. The width of the ridges is less than half of the wide wall of the waveguide. The steps of the crest are either parallel or otrogonal to the wide wall of the waveguide. The second and third stage of the ridges (the step number is counted from the waveguide plug) are located symmetrically with respect to the longitudinal axis of the waveguide and represent a two-stage transformer matching the impedance of free space with the output of the first stage through which the waveguide signal is input / output. The first sections of the ridges are part of a waveguide transition to a strip or coaxial communication line with a transceiver, the ends of which are located at different distances from the stub and are not connected to it. The crests of the first stage have grooves symmetrically located relative to the longitudinal axis of the waveguide, the open parts of the grooves are facing each other, the length of the grooves does not exceed the length of the first stage, the depth of the grooves allows the L-shaped probe to pass from the strip or coaxial communication line mounted on the plug to lower crest in isolation. In this case, a part of the probe passes through the slot of the upper ridge parallel to the longitudinal axis of the waveguide, the second part of the probe passes orthogonally to the longitudinal axis of the waveguide through the first and second slots with a recess relative to the end of the lower ridge equal to the width of the probe. There is a window in the plug through which the horizontal part of the probe is connected to the connection with the strip communication line, or a cable. If the antenna is connected to the transceiver via a coaxial communication line, the screen of the coaxial cable is connected to the outer wall of the stub and ends behind the inner wall of the stub, the continuation of the central core of the coaxial cable is a L-shaped probe connecting the coaxial line to the lower ridge.

Достоинством волноводного рупора являются его малые продольные и поперечные габариты, обеспечивающие его работу в составе АР. Однако рабочий диапазон частот перекрывает одну октаву, что не достаточно для применения в пассивном канале РЛС обнаружения и наведения.The advantage of the waveguide horn is its small longitudinal and transverse dimensions, ensuring its operation as part of the AR. However, the operating frequency range covers one octave, which is not enough for application in the passive channel of the radar detection and guidance.

Вторым примером широкополосного рупора является волноводный рупор [2], в котором на внутренней поверхности прямоугольного рупора установлена пара симметричных проводящих гребней. Плоскость, в которой расположены гребни, ортогональна верхним и нижним стенкам рупора, проходит через продольную ось рупора. Основания гребней - линейные отрезки, расположенные на внутренней, проводящей стенке рупора, стороны гребней, обращенные друг к другу, расходятся от горловины рупора в сторону раскрыва по гладкой кривой линии. Снаружи рупора над каждым гребнем крепятся дополнительные проводящие треугольные гребни, ортогонально соответствующей наружной стенке. Дополнительные гребни имеют одинаковые размеры. Одна боковая сторона дополнительного гребня находится в плоскости раскрыва рупора и ортогональна его продольной оси, вторая боковая сторона соединяет вершину дополнительного гребня с его основанием. Длина основания дополнительного гребня меньше длины линейной части основного гребня. На всей криволинейной поверхности основных гребней или его части, близкой к горловине, имеются борозды глубиною до четверти длины волны, в борозду встроена вставка, обращенная острием к противоположному гребню. Кроме того, боковые поверхности гребней облицованы ферромагнитными материалами с относительной магнитной проницаемостью более 1. Коаксиальный ввод/вывод СВЧ сигнала в рупор производится через волноводно-коаксиальный переход, в котором между коаксиальным вводом/выводом СВЧ сигнала и заглушенной частью волновода введен ферромагнитый материал.A second example of a broadband horn is a waveguide horn [2], in which a pair of symmetrical conducting ridges are mounted on the inner surface of a rectangular horn. The plane in which the ridges are located, orthogonal to the upper and lower walls of the horn, passes through the longitudinal axis of the horn. The bases of the ridges are linear segments located on the inner, conducting wall of the horn, the sides of the ridges facing each other diverge from the mouth of the horn toward the aperture in a smooth curved line. Outside the horn above each ridge, additional conductive triangular ridges are attached, orthogonally corresponding to the outer wall. Additional ridges are the same size. One side of the additional ridge is located in the plane of the mouth of the horn and is orthogonal to its longitudinal axis, the second side connects the top of the additional ridge with its base. The length of the base of the additional ridge is less than the length of the linear part of the main ridge. On the entire curved surface of the main ridges or a part close to the throat, there are furrows up to a quarter of the wavelength; an insert is turned into the furrow that points to the opposite crest. In addition, the lateral surfaces of the ridges are lined with ferromagnetic materials with a relative magnetic permeability of more than 1. Coaxial input / output of the microwave signal to the horn is made through a waveguide-coaxial transition in which ferromagnetic material is introduced between the coaxial input / output of the microwave signal and the blanked part of the waveguide.

Достоинством рупора [2] является широкий диапазон рабочих частот 1-18 ГГц. Однако наличие дополнительных гребней, снижающих нижнюю границу рабочих частот, не позволяет использовать рупор в составе АР, где расстояние между рупорами должно быть близко к половине минимальной рабочей длины волны.The advantage of the horn [2] is a wide range of operating frequencies of 1-18 GHz. However, the presence of additional ridges that reduce the lower boundary of the operating frequencies does not allow the use of a horn in the composition of the AR, where the distance between the horns should be close to half the minimum operating wavelength.

В качестве широкополосного рупора, принятого в качестве прототипа, является волноводный рупор [3], который используется в составе моноимпульсной антенной системы и обеспечивает ее работу в диапазоне частот от 3,6 до 15 ГГц. Каждый прямоугольный рупор имеет излучающий и запитывающий, не заглушенный конец. Возбуждение волновода СВЧ сигналом приемопередатчика производится через волноводно-кабельный переход, установленный на широкой стенке волновода вблизи торца запитывающего конца волновода. В волноводе ортогонально одной из широких стенок, параллельно его продольной оси находится одиночный проводящий гребень, представляющий трехступенчатый трансформатор импеданса. Первая секция согласует коаксиальный ввод антенны с волноводом, вторая и третья секции согласуют импеданс волноводной секции с рупором. В рупоре, в отличие от волновода, имеются два гребня, выходящие за раскрыв рупора, расстояние между концами гребней за раскрывом рупора превышает вертикальный размер раскрыва рупора, линия, соединяющая концы гребней за пределами рупора, ортогональна продольной оси волновода. Нижний гребень рупора так же является продолжением нижнего гребня волновода, верхний гребень находится в плоскости нижнего гребня, ортогонален верхней стенке рупора и закреплен на ней. Форма гребней, обращенных друг к другу, описывается экспоненциальным законом. Между гребнями в рупоре и за его пределами имеется зазор, который увеличивается в сторону излучения и обеспечивает согласование импеданса прямоугольного рупора со свободным пространством. Экспоненциальная сторона верхнего гребня начинается от основания гребня. Центральная жила волноводно-коаксиального перехода соединена с хвостовой частью нижнего гребня.As a broadband horn, adopted as a prototype, is a waveguide horn [3], which is used as part of a monopulse antenna system and ensures its operation in the frequency range from 3.6 to 15 GHz. Each rectangular horn has a radiating and energizing, non-damped end. The waveguide is excited by the microwave signal of the transceiver through a waveguide-cable junction mounted on a wide wall of the waveguide near the end of the supply end of the waveguide. In the waveguide orthogonal to one of the wide walls, parallel to its longitudinal axis is a single conductive comb, representing a three-stage impedance transformer. The first section matches the coaxial input of the antenna with the waveguide, the second and third sections coordinate the impedance of the waveguide section with a horn. In the horn, unlike the waveguide, there are two ridges extending beyond the mouth of the horn, the distance between the ends of the ridges behind the mouth of the horn exceeds the vertical size of the mouth of the horn, the line connecting the ends of the ridges outside the horn is orthogonal to the longitudinal axis of the waveguide. The lower crest of the horn is also a continuation of the lower crest of the waveguide, the upper crest is in the plane of the lower crest, orthogonal to the upper wall of the horn and fixed on it. The shape of the ridges facing each other is described by an exponential law. Between the ridges in the horn and outside it there is a gap that increases in the direction of radiation and ensures the coordination of the impedance of the rectangular horn with free space. The exponential side of the upper ridge begins from the base of the ridge. The central core of the waveguide-coaxial transition is connected to the tail of the lower crest.

Достоинством волноводного рупора [3] является широкая полоса рабочих частот от 3,6 ГГц до 15 ГГц, обеспечиваемая применением проводящих расходящихся гребней, выходящих за раскрыв рупора.The advantage of the waveguide horn [3] is a wide band of operating frequencies from 3.6 GHz to 15 GHz, provided by the use of conductive diverging ridges extending beyond the mouth of the horn.

Недостатком рупора является существенное превышение расстояния между концами гребней, находящихся за раскрывом рупора, половины минимальной рабочей длины волны СВЧ сигнала, что не позволяет использовать его в составе АР, где это требование является обязательным.The disadvantage of the horn is a significant excess of the distance between the ends of the ridges located beyond the mouth of the horn, half the minimum working wavelength of the microwave signal, which does not allow its use in the AR, where this requirement is mandatory.

Целью предлагаемого изобретения является снижение габаритно-массовых характеристик широкополосного волноводного рупора, обеспечивающих его работу в составе АР.The aim of the invention is to reduce the overall mass characteristics of a broadband waveguide horn, ensuring its operation as part of the AR.

Поставленная цель реализуется тем, что в широкополосном волноводном рупоре [3] за счет исключения согласующего трансформатора, изменения конструкции подвода СВЧ сигнала к нижнему гребню и формы гребней, обращенных друг к другу, обеспечивается снижение продольной длины рупора и расстояния между концами гребней, выходящими за пределы рупора.The goal is realized in that in a broadband waveguide horn [3] by eliminating the matching transformer, changing the design of the microwave signal supply to the lower ridge and the shape of the ridges facing each other, the longitudinal length of the horn and the distance between the ends of the ridges beyond shout.

Поставленная цель достигается тем, что широкополосный рупор [3], содержащий открытый волновод, один конец которого назван излучающим, а второй - хвостовым, верхний и нижний проводящие гребни, установленные внутри волновода, основания гребней закреплены на верхних и нижних стенках волновода и имеют с ними электрический контакт, гребни находятся в одной плоскости, ортогональны верхним и нижним стенкам волновода, между гребнями имеется зазор по всей длине, часть гребней выходит за излучающий конец волновода, линия, соединяющая концы гребней, выходящих за излучающую часть волновода, ортогональна продольной оси волновода, ширина гребней менее половины ширины волновода, хвостовая часть нижнего гребня электрически соединена с центральной жилой кабеля связи с приемопередатчиком, отличается тем, что за хвостовой частью волновода введен проводящий каркас, состоящий из верхнего и нижнего плоского основания и ортогональной им задней стенки, основания каркаса являются продолжением верхней и нижней стенок волновода, ширина задней стенки соответствует ширине оснований, верхний и нижний гребни находятся в плоскости, проходящей через продольную ось волновода, хвостовые части верхнего и нижнего гребней выходят из волновода, их основания крепятся на верхних и нижних стенках каркаса соответственно, стороны гребней, обращенные друг к другу, симметричны относительно продольной оси волновода, хвостовая часть верхнего гребня закреплена и электрически связана с задней стенкой каркаса, между хвостовой частью нижнего гребня и задней стенкой каркаса имеется зазор, между нижней стенкой каркаса и хвостовой частью нижнего гребня имеется прямоугольный зазор, длина которого вдоль продольной оси волновода равна четверти минимальной длины волны сигнала, а высота - половине расстояния от нижней стенки каркаса до верхней границы нижнего гребня, волноводные и хвостовые части гребней, обращенные друг к другу, параллельны основанию, части гребней, выходящие за излучающий конец волновода, имеют вогнутые и выпуклые участки, при этом вогнутая часть наиболее близко расположена к излучающему концу волновода, является частью окружности, радиус которой находится на продольной оси волновода, выпуклая часть гребня соединяет конец гребня на основании с вогнутой частью, в задней стенке каркаса напротив торца хвостовой части нижнего гребня имеется отверстие для ввода через изолятор центральной жилы кабеля связи с приемопередатчиком, экран кабеля закрепляется на задней стенке каркаса и имеет с ним электрический контакт, центральная жила кабеля, прошедшая изолятор на задней стенке каркаса, соединяется с центром торца хвостовой части нижнего гребня.This goal is achieved by the fact that a broadband horn [3], containing an open waveguide, one end of which is called radiating, and the second - tail, upper and lower conductive ridges installed inside the waveguide, the base of the ridges are mounted on the upper and lower walls of the waveguide and have them electrical contact, the ridges are in the same plane, orthogonal to the upper and lower walls of the waveguide, there is a gap along the entire length between the ridges, part of the ridges extends beyond the radiating end of the waveguide, a line connecting the ends of the ridges, extending beyond the radiating part of the waveguide, orthogonal to the longitudinal axis of the waveguide, the width of the ridges is less than half the width of the waveguide, the tail of the lower ridge is electrically connected to the central core of the communication cable with the transceiver, characterized in that a conductive frame consisting of an upper and lower flat is introduced behind the tail of the waveguide the base and the rear wall orthogonal to them, the base of the frame are a continuation of the upper and lower walls of the waveguide, the width of the rear wall corresponds to the width of the bases, the upper and the bottom ridges are in the plane passing through the longitudinal axis of the waveguide, the tail parts of the upper and lower ridges exit the waveguide, their bases are attached to the upper and lower walls of the frame, respectively, the sides of the ridges facing each other are symmetrical with respect to the longitudinal axis of the waveguide, the tail part of the upper the ridge is fixed and electrically connected to the rear wall of the frame, there is a gap between the rear part of the lower ridge and the rear wall of the frame, between the lower wall of the frame and the tail of the lower row there is a rectangular gap, the length of which along the longitudinal axis of the waveguide is equal to a quarter of the minimum wavelength of the signal, and the height is half the distance from the lower wall of the frame to the upper boundary of the lower crest, the waveguide and tail parts of the crests facing each other are parallel to the base, part of the crests, extending beyond the radiating end of the waveguide, have concave and convex sections, while the concave part is most closely located to the radiating end of the waveguide, is part of a circle whose radius is longitudinal axis of the waveguide, the convex part of the crest connects the end of the crest on the base with the concave part, in the rear wall of the frame opposite the end of the tail of the lower crest there is a hole for input through the insulator of the central core of the communication cable with the transceiver, the cable screen is fixed to the rear wall of the frame and has it electrical contact, the central core of the cable passing through the insulator on the rear wall of the frame is connected to the center of the end face of the tail of the lower ridge.

Антенная решетка на базе предлагаемых рупоров содержит столбцы, в которых рупоры разнесены друг от друга на расстояние, близкое к половине минимальной длины волны сигнала, отличается тем. что рупоры столбцов расположены друг под другом таким образом, что нижние стороны волновода и каркаса верхнего рупора являются верхними сторонами волновода и каркаса, находящегося под ним рупора, пара нижних и верхних гребней, входящих в рупоры, расположенные друг под другом, выполняются как единая конструкция, закрепленная на общей стенке волновода и каркаса.The antenna array based on the proposed horns contains columns in which the horns are spaced apart from each other by a distance close to half the minimum wavelength of the signal, differs in that. that the speakers of the columns are located under each other in such a way that the lower sides of the waveguide and the frame of the upper horn are the upper sides of the waveguide and the frame located underneath the horn, the pair of lower and upper ridges included in the horns located under each other are performed as a single structure, fixed on the common wall of the waveguide and the frame.

Сущность изобретения поясняется дальнейшим описанием со ссылками на следующие чертежи.The invention is illustrated by further description with reference to the following drawings.

На фиг.1 представлена геометрия одиночного широкополосного рупора.Figure 1 shows the geometry of a single broadband speaker.

На фиг.2 представлена геометрия столбца широкополосной антенной решетки.Figure 2 shows the column geometry of a broadband antenna array.

На фиг.3 представлена геометрия пары нижних и верхних гребней, входящих в соседние рупоры столбца антенной решеткиFigure 3 presents the geometry of a pair of lower and upper ridges included in adjacent horns of the antenna array column

На фиг.4 представлены результаты измерения КСВН рупора в диапазоне рабочих частот.Figure 4 presents the measurement results of the VSWR horn in the operating frequency range.

На фиг.1, 2 и 3 приняты следующие обозначения:In figure 1, 2 and 3, the following notation:

1 - Волновод;1 - waveguide;

2 - Верхний гребень;2 - Upper ridge;

3 - Нижний гребень;3 - Lower ridge;

4 - Выпуклая часть гребня;4 - The convex part of the ridge;

5 - Вогнутая часть гребня;5 - Concave part of the ridge;

6 - Каркас;6 - Frame;

7 - Отверстие в задней стенке каркаса;7 - The hole in the rear wall of the frame;

8 - Кабель;8 - cable;

9 - Этажерочная конструкция столбца волноводов и каркаса антенной решетки;9 - Bookcase design of the column of waveguides and the antenna array frame;

10 - Единая конструкция пары нижних и верхних гребней, входящих в соседние рупоры;10 - Unified construction of a pair of lower and upper ridges included in adjacent horns;

R - радиус окружности вогнутой части гребня.R is the radius of the circle of the concave part of the ridge.

На фиг.4 приняты следующие обозначения:In figure 4, the following notation:

КСВН - коэффициент стоячей волны по напряжению;VSWR - standing wave voltage coefficient;

F - значение частоты, ГГц.F - frequency value, GHz.

На фиг.1 внутри волновода 1 установлены верхний 2 и нижний 3 проводящие гребни, основания гребней 2 и 3 закреплены на верхних и нижних стенках волновода 1 и имеют с ними электрический контакт, гребни 2 и 3 находятся в одной плоскости с продольной осью волновода 1, ортогональны его верхним и нижним стенкам, между гребнями 2 и 3 имеется зазор по всей длине, часть гребней выходит за излучающий конец волновода 1, линия, соединяющая концы гребней 2 и 3, выходящих за излучающую часть волновода 1, ортогональна продольной оси волновода 1, ширина гребней 2 и 3 менее половины ширины волновода 1, хвостовая часть волновода 1 соединяется с верхней и нижней стенками проводящего каркаса 6, состоящего из верхнего и нижнего плоского основания и ортогональной им задней стенки, основания каркаса 6 являются продолжением верхней и нижней стенок волновода 1, ширина задней стенки каркаса 6 соответствует ширине оснований, стороны гребней 2 и 3, обращенные друг к другу, симметричны относительно продольной оси волновода 1, между хвостовой частью нижнего гребня 3 и задней стенкой каркаса 6 имеется зазор, между нижней стенкой каркаса 6 и хвостовой частью нижнего гребня 3 имеется прямоугольный зазор, длина которого вдоль продольной оси волновода равна четвери минимальной длины волны сигнала, а высота зазора - половине расстояния от нижней стенки каркаса до верхней границы нижнего гребня 3, торец хвостовой части верхнего гребня 2 закреплен на задней стенке каркаса 6 и электрически соединен с ней, волноводные и хвостовые части гребней 2 и 3, обращенные друг к другу, параллельны основанию, части гребней 2 и 3, выходящие за излучающий конец волновода 1, имеют вогнутые 5 и выпуклые 4 участки, при этом вогнутая часть 5 гребней 2 и 3, наиболее близко расположенная к излучающему концу волновода 1, является частью окружности, радиус которой находится на продольной оси волновода 1, выпуклая часть 4 гребней 2 и 3 соединяет его конец на основании с вогнутой частью 5, в задней стенке каркаса 6 напротив торца хвостовой части нижнего гребня 3 имеется отверстие 7 для ввода через изолятор центральной жилы кабеля связи 8 с приемопередатчиком, экран кабеля связи 8 закрепляется на задней стенке каркаса 6, имеет с ним электрический контакт и не выходит за его пределы, центральная жила кабеля связи 8 соединяется с центром торца хвостовой части нижнего гребня 3.In figure 1, the upper 2 and lower 3 conductive ridges are installed inside the waveguide 1, the bases of the ridges 2 and 3 are mounted on the upper and lower walls of the waveguide 1 and have electrical contact with them, the ridges 2 and 3 are in the same plane with the longitudinal axis of the waveguide 1, orthogonal to its upper and lower walls, between ridges 2 and 3 there is a gap along the entire length, part of the ridges extends beyond the radiating end of waveguide 1, the line connecting the ends of ridges 2 and 3 extending beyond the radiating part of waveguide 1 is orthogonal to the longitudinal axis of waveguide 1, width combs 2 and 3 men its half width of the waveguide 1, the tail of the waveguide 1 is connected to the upper and lower walls of the conductive frame 6, consisting of an upper and lower flat base and the rear wall orthogonal to it, the base of the frame 6 is a continuation of the upper and lower walls of the waveguide 1, the width of the rear wall of the frame 6 corresponds to the width of the bases, the sides of the ridges 2 and 3, facing each other, are symmetrical relative to the longitudinal axis of the waveguide 1, there is a gap between the tail of the lower ridge 3 and the rear wall of the frame 6, between the lower The frame 6 and the tail of the lower ridge 3 have a rectangular gap, the length of which along the longitudinal axis of the waveguide is four of the minimum wavelength of the signal, and the height of the gap is half the distance from the bottom wall of the frame to the upper boundary of the lower ridge 3, the end of the tail of the upper ridge 2 is fixed on the back wall of the frame 6 and is electrically connected to it, the waveguide and tail parts of the ridges 2 and 3 facing each other are parallel to the base, the parts of the ridges 2 and 3 extending beyond the radiating end of the waveguide 1 are concave e 5 and convex 4 sections, while the concave part 5 of ridges 2 and 3, closest to the radiating end of waveguide 1, is part of a circle whose radius is on the longitudinal axis of waveguide 1, the convex part 4 of ridges 2 and 3 connects its end to base with a concave part 5, in the rear wall of the frame 6 opposite the end of the tail of the lower ridge 3 there is a hole 7 for input through the insulator of the Central core of the communication cable 8 with a transceiver, the screen of the communication cable 8 is fixed to the rear wall of the frame 6, has an electric contact and does not go beyond it, the central core of the communication cable 8 is connected to the center of the end face of the tail of the lower ridge 3.

На фиг.2 волноводы 1 и каркасы 6 одиночных рупоров объединены в этажерочную конструкцию 9, в которой нижние стороны верхнего волновода и каркаса верхнего рупора являются верхними сторонами волновода и каркаса находящегося под ним рупора, при этом верхний 2 и нижний 3 гребни крайних рупоров столбца антенной решетки исполняются и устанавливаются индивидуально, а пары нижних и верхних гребней, входящих в соседние рупоры, расположенные друг под другом, выполняются как единая конструкция 10 (фиг.3), закрепленная на общей стенке волноводов 1 и каркасов 6.In figure 2, the waveguides 1 and the frames 6 of the single horns are combined in a rack structure 9, in which the lower sides of the upper waveguide and the frame of the upper horn are the upper sides of the waveguide and the frame of the speaker underneath, while the upper 2 and lower 3 ridges of the outer horns of the antenna column the gratings are executed and installed individually, and the pairs of lower and upper ridges included in adjacent horns located one below the other are made as a single structure 10 (Fig. 3), mounted on a common wall of the waveguides 1 and the frame s 6.

Работа рупора происходит в следующей последовательности. Сигнал возбуждения одиночного рупора (фиг.1) приходит от приемопередатчика по кабелю 8. Экран кабеля 8 электрически соединен и закреплен на проводящем корпусе 6. Центральная жила кабеля 8 в изоляции через отверстие в корпусе 6 электрически соединяется с центром торца хвостовой части нижнего проводящего гребня 3. При наличии СВЧ сигнала приемопередатчика электромагнитная волна возбуждается в волноводе 1 и распространяется через волновод 1 в сторону расходящихся гребней 2 и 3. Зазоры между хвостовой частью нижнего гребня и корпусом обеспечивают высокий импеданс между точкой ввода СВЧ сигнала и стенкой каркаса, соответственно допустимое значение коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) со стороны приемопередатчика в рабочем диапазоне частот. Гребни 2 и 3 внутри волновода 1 и за его раскрывом увеличивают рабочий диапазон частот рупора, вогнутая часть гребней позволяет уменьшить продольный размер рупора до 1,5λ (где λ - минимальная длина волны СВЧ сигнала). Экспериментальная зависимость КСВН в волноводном рупоре в диапазоне рабочих частот 2-20 ГГц не превышает 2,5 и приведена на фиг.4.The speaker operates in the following sequence. The excitation signal of a single horn (Fig. 1) comes from the transceiver via cable 8. The screen of cable 8 is electrically connected and fixed to the conductive housing 6. The central core of cable 8 in isolation through the hole in the housing 6 is electrically connected to the center of the end of the tail of the lower conductive ridge 3 . In the presence of a microwave signal of the transceiver, the electromagnetic wave is excited in the waveguide 1 and propagates through the waveguide 1 in the direction of the diverging ridges 2 and 3. The gaps between the tail of the lower ridge and the housing provide m high impedance point between the input microwave signal, and the frame wall, respectively, the permissible value of the standing wave voltage coefficient (VSWR) from the transceiver in the operating frequency range. The ridges 2 and 3 inside the waveguide 1 and beyond its opening increase the working frequency range of the horn, the concave part of the ridges allows to reduce the longitudinal size of the horn to 1.5λ (where λ is the minimum wavelength of the microwave signal). The experimental dependence of the VSWR in the waveguide horn in the operating frequency range of 2-20 GHz does not exceed 2.5 and is shown in Fig.4.

Конструкция столбца АР на базе предлагаемого широкополосного рупора приведена на фиг.2. Из технологических соображений, обеспечивающих простоту изготовления, волноводные части 1 и корпуса 6 рупоров выполняются как этажерочная конструкция 9, нижний 3 и верхний 2 гребни рупоров, расположенных друг над другом, выполняются как единая конструкция 10. Более детально форма спаренной конструкции гребней 10 приведена на фиг.3.The design of the column AR on the basis of the proposed broadband speaker is shown in figure 2. For technological reasons, ensuring ease of manufacture, the waveguide parts 1 and the horn bodies 6 are made as a rack structure 9, the lower 3 and upper 2 horns combs located one above the other are made as a single structure 10. A more detailed form of the paired design of the ridges 10 is shown in FIG. .3.

Техническим преимуществом предлагаемого широкополосного рупора и антенной решетки является снижение продольного размера рупора, соответственно антенной решетки, до 1,5 минимальных длин волны сигнала. Кроме того, конструкция рупора и АР обеспечивают снижение массы за счет уменьшения размера боковой стенки волновода, упрощения технологии изготовления и настройки за счет открытого доступа к элементам рупора, находящимся в каркасе.The technical advantage of the proposed broadband horn and antenna array is to reduce the longitudinal size of the speaker, respectively antenna array, to 1.5 minimum signal wavelengths. In addition, the design of the horn and the AP provide a reduction in mass by reducing the size of the side wall of the waveguide, simplifying the manufacturing and tuning technology due to open access to the horn elements located in the frame.

Изготовление и испытания рупора и антенной решетки подтвердили их работоспособность в широком диапазоне рабочих частот.The manufacture and testing of the speaker and antenna array confirmed their operability in a wide range of operating frequencies.

Все элементы, входящие в широкополосный волноводный рупор и АР, могут быть изготовлены из алюминия по существующей технологии, известной в радиопромышленности.All elements included in the broadband waveguide horn and AR can be made of aluminum according to the existing technology known in the radio industry.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Патент США №5359339 от 25.10.94. "Broadband short-horn antenna"1. US patent No. 5359339 from 10.25.94. "Broadband short-horn antenna"

2. Патент США №7161550 от 9.01.07. "Dual and quad-ridged horn antenna with improved antenna pattern characteristics"2. US patent No. 7161550 from 01/09/07. "Dual and quad-ridged horn antenna with improved antenna pattern characteristics"

3. Патент США №5406298 от 11/04/95 "Small wideband passive/active antenna"3. US patent No. 5406298 dated 11/04/95 "Small wideband passive / active antenna"

Claims (2)

1. Широкополосный рупор антенной решетки, содержащий открытый волновод, один конец которого назван излучающим, а второй - хвостовым, верхний и нижний проводящие гребни, установленные внутри волновода, основания гребней закреплены на верхних и нижних стенках волновода и имеют с ними электрический контакт, гребни находятся в одной плоскости, ортогональны верхним и нижним стенкам волновода, между гребнями имеется зазор но всей длине, часть гребней выходит за излучающий конец волновода, линия, соединяющая концы гребней, выходящих за излучающую часть волновода, ортогональна продольной оси волновода, ширина гребней менее половины ширины волновода, хвостовая часть нижнего гребня электрически соединена с центральной жилой кабеля связи с приемопередатчиком, отличающийся тем, что за хвостовой частью волновода введен проводящий каркас, состоящий из верхнего и нижнего плоского основания и ортогональной им задней стенки, основания каркаса являются продолжением верхней и нижней стенок волновода, ширина задней стенки соответствует ширине оснований, верхний и нижний гребни находятся в плоскости, проходящей через продольную ось волновода, хвостовые части верхнего и нижнего гребней выходят из волновода, их основания крепятся на верхних и нижних стенках каркаса соответственно, стороны гребней, обращенные друг к другу, симметричны относительно продольной оси волновода, хвостовая часть верхнего гребня закреплена и электрически связана с задней стенкой каркаса, между хвостовой частью нижнего гребня и задней стенкой каркаса имеется зазор, между нижней стенкой каркаса и хвостовой частью нижнего гребня имеется прямоугольный зазор, длина которого вдоль продольной оси волновода равна четвери минимальной длины волны сигнала, а высота зазора - половине расстояния от нижней стенки каркаса до верхней границы нижнего гребня, волноводные и хвостовые части гребней, обращенные друг к другу, параллельны основанию, части гребней, выходящие за излучающий конец волновода, имеют вогнутые и выпуклые участки, при этом вогнутая часть наиболее близко расположена к излучающему концу волновода, является частью окружности, радиус которой находится на продольной оси волновода, выпуклая часть гребня соединяет конец гребня на основании с вогнутой частью, в задней стенке каркаса напротив торца хвостовой части нижнего гребня имеется отверстие для ввода через изолятор центральной жилы кабеля связи с приемопередатчиком, экран кабеля закрепляется на задней стенке каркаса и имеет с ним электрический контакт, центральная жила кабеля, прошедшая изолятор на задней стенке каркаса, соединяется с центром торца хвостовой части нижнего гребня.1. A broadband horn of the antenna array containing an open waveguide, one end of which is called radiating, and the other end is the tail, the upper and lower conductive ridges installed inside the waveguide, the base of the ridges are mounted on the upper and lower walls of the waveguide and have electrical contact with them, the ridges are in one plane, orthogonal to the upper and lower walls of the waveguide, there is a gap between the ridges along the entire length, part of the ridges extends beyond the radiating end of the waveguide, a line connecting the ends of the ridges extending beyond the radiating part of the waveguide, orthogonal to the longitudinal axis of the waveguide, the width of the ridges is less than half the width of the waveguide, the tail of the lower ridge is electrically connected to the central core of the communication cable with a transceiver, characterized in that a conductive frame consisting of an upper and lower flat base is introduced behind the tail of the waveguide orthogonal to the back wall, the base of the frame is a continuation of the upper and lower walls of the waveguide, the width of the back wall corresponds to the width of the bases, the upper and lower ridges are in the plane passing through the longitudinal axis of the waveguide, the tail parts of the upper and lower ridges exit the waveguide, their bases are mounted on the upper and lower walls of the frame, respectively, the sides of the ridges facing each other are symmetrical with respect to the longitudinal axis of the waveguide, the tail of the upper ridge and is electrically connected to the back wall of the frame, there is a gap between the tail of the lower ridge and the back wall of the frame, there is a straight line between the bottom of the frame and the tail of the lower ridge the gap, the length of which along the longitudinal axis of the waveguide is equal to four of the minimum wavelength of the signal, and the height of the gap is half the distance from the lower wall of the frame to the upper boundary of the lower crest, the waveguide and tail parts of the crests facing each other are parallel to the base, parts of the crests emerging beyond the radiating end of the waveguide, have concave and convex sections, while the concave part is most closely located to the radiating end of the waveguide, is part of a circle whose radius is on the longitudinal axis of the waves yes, the convex part of the ridge connects the end of the ridge on the base with the concave part, in the rear wall of the frame opposite the end of the tail of the lower ridge there is a hole for input through the insulator of the central core of the communication cable with the transceiver, the cable screen is fixed to the rear wall of the frame and has an electrical contact with it , the central core of the cable passing the insulator on the rear wall of the frame is connected to the center of the end face of the tail of the lower ridge. 2. Антенная решетка, содержащая столбцы, в которых рупоры разнесены друг от друга на расстояние, близкое к половине минимальной длины волны сигнала, отличающаяся тем, что рупоры содержат признаки п.1, расположены друг под другом таким образом, что нижние стороны волновода и каркаса верхнего рупора являются верхними сторонами волновода и каркаса находящегося под ним рупора, пара нижних и верхних гребней, входящих в рупоры, расположенные друг под другом, выполняются как единая конструкция, закрепленная на общей стенке волновода и каркаса. 2. An antenna array containing columns in which the horns are spaced apart from each other by a distance close to half the minimum wavelength of the signal, characterized in that the horns contain the features of claim 1, are located under each other so that the lower sides of the waveguide and the frame the upper horn are the upper sides of the waveguide and the frame of the horn below it, a pair of lower and upper ridges included in the horns located under each other are performed as a single structure, mounted on a common wall of the waveguide and the frame.
RU2011119843/07A 2011-05-17 2011-05-17 Small-size wideband waveguide-horn antenna and antenna array structure based thereon RU2487447C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011119843/07A RU2487447C2 (en) 2011-05-17 2011-05-17 Small-size wideband waveguide-horn antenna and antenna array structure based thereon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011119843/07A RU2487447C2 (en) 2011-05-17 2011-05-17 Small-size wideband waveguide-horn antenna and antenna array structure based thereon

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011119843A RU2011119843A (en) 2012-11-27
RU2487447C2 true RU2487447C2 (en) 2013-07-10

Family

ID=48788444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011119843/07A RU2487447C2 (en) 2011-05-17 2011-05-17 Small-size wideband waveguide-horn antenna and antenna array structure based thereon

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2487447C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2019008C1 (en) * 1991-01-08 1994-08-30 Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи Waveguide-horn radiator
US5359339A (en) * 1993-07-16 1994-10-25 Martin Marietta Corporation Broadband short-horn antenna
US5406298A (en) * 1985-04-01 1995-04-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Small wideband passive/active antenna
RU2099836C1 (en) * 1994-09-26 1997-12-20 Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Broadband four-beam mirror antenna (options)
US7161550B2 (en) * 2004-04-20 2007-01-09 Tdk Corporation Dual- and quad-ridged horn antenna with improved antenna pattern characteristics
RU2365000C1 (en) * 2008-01-25 2009-08-20 Кирилл Константинович Ковалев Phased aerial with circular spatial polarisation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5406298A (en) * 1985-04-01 1995-04-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Small wideband passive/active antenna
RU2019008C1 (en) * 1991-01-08 1994-08-30 Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи Waveguide-horn radiator
US5359339A (en) * 1993-07-16 1994-10-25 Martin Marietta Corporation Broadband short-horn antenna
RU2099836C1 (en) * 1994-09-26 1997-12-20 Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Broadband four-beam mirror antenna (options)
US7161550B2 (en) * 2004-04-20 2007-01-09 Tdk Corporation Dual- and quad-ridged horn antenna with improved antenna pattern characteristics
RU2365000C1 (en) * 2008-01-25 2009-08-20 Кирилл Константинович Ковалев Phased aerial with circular spatial polarisation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011119843A (en) 2012-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6482456B2 (en) Millimeter wave antenna and millimeter wave sensor using the same
US5337065A (en) Slot hyperfrequency antenna with a structure of small thickness
EP3888185B1 (en) Dual end-fed broadside leaky-wave antenna
WO2006049002A1 (en) Dielectric antenna system
US10714834B2 (en) Broadband quad-ridge horn antennas
CN107134658A (en) One kind miniaturization CTS flat plate array antennas
CN110474157A (en) A kind of mobile communication frequency range printed monopole antenna
KR20120025587A (en) An electrically small ultra-wideband antenna for mobile handsets and computer networks
CN110867644B (en) Dual-band multi-polarization common-caliber coaxial waveguide slot antenna
RU2487447C2 (en) Small-size wideband waveguide-horn antenna and antenna array structure based thereon
Sahoo et al. GCPW to SIW transition for planar excitation of Ku-band substrate integrated end-fire antennas
Meenu et al. Experimental investigations on monopole loop antenna with dual band characteristics
Dong et al. Design and measurement of a novel seamless scanning leaky wave antenna in ridge gap waveguide technology
CN109586014A (en) A kind of monopole antenna that open rectangle is intracavitary
Kotzé et al. Wideband coaxial to qrwg transition for the ngvla band 2 horn feed, using a quadraxial transition
CN106063035B (en) A kind of antenna and wireless device
JP4389857B2 (en) Mode converter and microwave device provided with the same
RU2183889C2 (en) Slotted strip-line antenna array
Razi et al. Fabry perot cavity antenna based on capacitive loaded strips superstrate for X-band satellite communication
RU2289873C2 (en) Ultra-broadband compact high-directivity horn-stripline antenna
Lee et al. Design of near-field beam-splitting frequency selective surfaces for Fabry-Perot cavity antenna systems
RU2824917C1 (en) Log-periodic dipole antenna
Almutawa et al. Gain enhancement of a wideband Fabry-Pérot cavity antenna using sparse array feed
US2501105A (en) Microwave antenna
Dong et al. A novel seamless scanning leaky wave antenna in ridge gap waveguide technology

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200518