RU2504873C1 - Резонансная волноводно-щелевая антенна - Google Patents

Резонансная волноводно-щелевая антенна Download PDF

Info

Publication number
RU2504873C1
RU2504873C1 RU2012118348/08A RU2012118348A RU2504873C1 RU 2504873 C1 RU2504873 C1 RU 2504873C1 RU 2012118348/08 A RU2012118348/08 A RU 2012118348/08A RU 2012118348 A RU2012118348 A RU 2012118348A RU 2504873 C1 RU2504873 C1 RU 2504873C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
waveguide
antenna
radiating
radiating elements
Prior art date
Application number
RU2012118348/08A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012118348A (ru
Inventor
Андрей Викторович Быков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Лианозовский электромеханический завод"
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 "Научно-производственное объединение "Лианозовский электромеханический завод" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Лианозовский электромеханический завод"
Priority to RU2012118348/08A priority Critical patent/RU2504873C1/ru
Publication of RU2012118348A publication Critical patent/RU2012118348A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2504873C1 publication Critical patent/RU2504873C1/ru

Links

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании антенных систем в радионавигации и радиолокации. Технический результат - расширение рабочего диапазона частот без ухудшения коэффициента направленного действия и согласования антенны при сохранении направления главного лепестка диаграммы направленности, а также низкой стоимости и высокой технологичности. Для этого в волноводную линию, на одной из стенок которой находятся излучающие элементы, а на конце - элемент настройки, введены фазосдвигающие устройства, установленные между излучающими элементами и между излучающим элементом и элементом настройки, и связанные с волноводом элементами связи, причем фазосдвигающие устройства в широких пределах меняют фазу проходящего СВЧ сигнала в зависимости от уровня его мощности. 1 ил.

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании антенных систем в радионавигации и радиолокации.
При создании различных радионавигационных (радиолокационных) устройств возникает задача создания антенн, работающих в двух различных диапазонах, например антенн систем вторичной радиолокации, предназначенных для управления воздушным движением, причем в одном диапазоне происходит передача сигнала, в другом - прием. Антенна должна иметь небольшой вес, низкую стоимость и высокую технологичность и выдерживать большие механические нагрузки. Этими свойствами обладают резонансные волноводно-щелевые антенны, выполненные на основе волноводов, резонаторов или полосковой линии. (Антенны и устройство СВЧ. B.C.Филипов, Л.И.Пономарев, А.Ю.Гринев. Под ред. проф. Д.И.Воскресенского. М., Радио и связь, 1994.).
Так, в отдаленном аналоге заявляемого изобретения - резонансной волноводно-щелевой антенне, содержащей прямоугольный волновод, в одной из стенок которого выполнены излучающие щели, и короткозамкнутый поршень, расположенный на конце антенны, причем расстояние между щелями кратно половине длины волны в волноводе. (Антенны УКВ. Г.3.Айзенберг, В.Г.Ямпольский, О.Н.Терешин. Ч. 2. М., Связь, 1977.) обеспечивается небольшой вес, низкая стоимость, высокая технологичность.
Однако этой антенне присущ следующий недостаток: так как каждая щель отдельно не согласована с волноводом, то все отраженные от щелей волны складываются на входе антенны и коэффициент отражения системы становится большим. Это рассогласование можно компенсировать на входе антенны с помощью элемента настройки (обычно это короткозамкнутый поршень), но уже при малых изменениях частоты согласование нарушается и, следовательно, антенна останется узкополосной. (Антенны и устройство СВЧ. B.C.Филипов, Л.И.Пономарев, А.Ю.Гринев. Под ред. проф. Д.И.Воскресенского. М., Радио и связь, 1994.). Причем при изменении частоты меняется не только согласование антенны, но и другие параметры. На частотах, отличных от резонансной, расстояние между излучателями не равно половине длины волны и поэтому щели в антенне возбуждаются неравномерно и несинфазно, что приводит к искажению диаграмм направленности. Расширение полосы возможно за счет уменьшения количества щелей (Антенны УКВ. Г.3.Айзенберг, В.Г.Ямпольский, О.Н.Терешин. Ч. 2. М., Связь, 1977.), но это неизбежно приводит к увеличению ширины главного лепестка диаграммы направленности, что крайне нежелательно. Широкая диаграмма направленности не позволяет обеспечить высокое разрешение по угловым координатам, а для обеспечения требуемой зоны обслуживания увеличение ширины главного лепестка диаграммы направленности приводит к необходимости увеличения излучаемой мощности передатчика, повышения чувствительности приемной аппаратуры. Все это приводит к значительному усложнению всего изделия и к увеличению его стоимости. Кроме того, невозможно обеспечить согласование в том случае, если антенна предназначена для работы в двух достаточно далеко разнесенных диапазонах частот.
Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи со сходством выполняемой технической задачи, является волноводно-щелевая антенна (авт.св. СССР №1171887, H01Q 13/10,1985), содержащая прямоугольный волновод, в одной из стенок которого выполнены излучающие щели, возбудитель моды Hoi, поглощающую нагрузку, объемный резонатор, установленный снаружи прямоугольного волновода и соединенный с ним отверстием связи, полупроводниковый коммутатор, установленный внутри прямоугольного волновода между поглощающей нагрузкой и последней излучающей щелью на расстоянии от нее, равном четверти длины волны в прямоугольном волноводе, соответствующей положению луча по нормали к оси антенны, детектор, размещенный в объемном резонаторе, и усилитель-ограничитель, при этом детектор, усилитель-ограничитель и полупроводниковый коммутатор соединены последовательно.
Эта антенна обладает большей широкополосностью, так как антенна является согласованной не только на частоте, соответствующей положению луча по нормали к оси антенны, но и на других частотах, однако при изменении частоты изменяется направление главного лепестка диаграммы направленности. Это делает невозможным использование данной антенны для решения задач по обеспечению работоспособности систем вторичной радиолокации. В системах вторичной радиолокации для обеспечения их работоспособности необходимо, чтобы антенна на разных частотах, по крайней мере, имела одно и то же направление главного лепестка диаграммы направленности.
Технический результат предлагаемого изобретения - расширение рабочего диапазона частот без ухудшения коэффициента направленного действия и согласования антенны при сохранении направления главного лепестка диаграммы направленности, а также низкой стоимости и высокой технологичности.
Указанный технический результат достигается тем, что в волноводную линию, на одной из стенок которой находятся излучающие элементы, а на конце - элемент настройки, введены фазосдвигающие устройства, установленные между излучающими элементами и между излучающим элементом и элементом настройки, причем фазосдвигающие устройства в широких пределах меняют фазу проходящего СВЧ сигнала в зависимости от уровня его мощности.
Известны устройства, использующие при работе разность уровней мощности приходящих СВЧ сигналов (Лебедев И.В., Шнитников А.С., Купцов Е.И. Твердотельные СВЧ ограничители проблемы и решения (обзор). Изв. вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника, 1985, т.28, №10). Однако эти устройства выполняют либо защиту приемных устройств от мощного сигнала (СВЧ ограничители), либо присоединение (переключения) входа устройства к одному из его выходов (например, переключатели прием - передача), т.е. выполняют иную техническую задачу.
Известны устройства, меняющие в широких пределах фазу проходящего СВЧ сигнала (СВЧ фазовращатели и переключатели. Особенности создания на p-i-n диодах в интегральном исполнении. Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А. - М., Радио и связь, 1984). Однако во всех известных фазосдвигающих устройствах изменение фазы происходит не за счет разности уровней проходящей мощности, а за счет подачи внешнего управляющего низкочастотного сигнала и не зависит от уровня проходящей мощности. Использование внешних управляющих низкочастотных сигналов для получения необходимого фазового сдвига проходящего СВЧ сигнала приводит к увеличению массогабаритных показателей, увеличению энергопотребления, уменьшению надежности, ухудшению технологичности, увеличению стоимости антенны.
Таким образом, рассмотренные конструктивные признаки данных устройств либо применены в нем по иному назначению либо приводят к увеличению массогабаритных показателей, увеличению энергопотребления, уменьшению надежности, то есть не могут обеспечить работу волноводно-щелевой резонансной антенны на двух различных частотах при сохранении низкой стоимости и высокой технологичности антенны.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
На фиг.1 показана предлагаемая волноводно-щелевая антенна.
Волноводно-щелевая антенна содержит волноводную линию 1, на одной из стенок которой находятся излучающие элементы 2, на конце волноводной линии находится элемент настройки 3 (короткозамкнутый поршень) и фазосдвигающие устройства 4, установленные в промежутках между излучающими элементами 2, а также фазосдвигающее устройство 5 между излучающим элементом 2 и элементом настройки 3 (короткозамкнутым поршнем), и связанными с волноводом 1 элементами связи 6.
Волноводно-щелевая антенна работает следующим образом. Для определенности рассмотрим работу волноводно-щелевой антенны с продольными щелями (излучающими элементами 2), расположенными по одну сторону от средней линии широкой стенки волновода 1. Фазосдвигающие устройства 4, 5 могут быть выполнены различным образом, например, по схеме проходного шлейфного фазовращателя на СВЧ диодах. (СВЧ фазовращатели и переключатели. Особенности создания на p-i-n диодах в интегральном исполнении. Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А. - М., «Радио и связь», 1984, с.25). Характерной особенностью предложенного фазовращателя от фазовращателей, описанных в работе «СВЧ фазовращатели и переключатели. Особенности создания на p-i-n диодах в интегральном исполнении. Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А. - М., Радио и связь, 1984., является отсутствие цепей управления и обязательное использование в качестве коммутирующих элементов ограничительных диодов (типа 2А557А и др.) вместо переключательных диодов (типа 2А542А и др.). Такого типа фазосдвигающие устройства 4, 5 могут быть соединены с волноводом 1 элементами связи 6, выполненные, например, в виде зондовых переходов. (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., Энергия, 1973, с. 406).
Рассмотрим режим передачи. В режиме передачи на антенну поступает сигнал большой мощности определенной частоты. При прохождении сигнала большой мощности (режим передачи) диоды в фазосдвигающих устройствах 4, 5, связанные с волноводом 1 элементами связи 6, под воздействием мощного ВЧ сигнала (без подачи внешнего сигнала управления) открываются. Фазосдвигающее устройство 4 (проходной шлейфный фазовращатель) с открытыми диодами обеспечивает на частоте передачи при данном расстоянии между излучающими элементами 2 фазовый сдвиг равный 360°. При сдвиге фаз между излучающими элементами 2, равном 360°, излучающие элементы 2 (щели) возбуждаются синфазно, что соответствует направлению максимального излучения по нормали к оси антенны. Фазосдвигающее устройство 5, установленное между последним излучающим элементом 2 и элементом настройки 3, дает фазовый сдвиг, необходимый для компенсации рассогласования на входе антенны. Направление главного лепестка диаграммы направленности в режиме передачи нормально оси антенны.
Рассмотрим режим приема. В режиме приема на антенну поступает сигнал малой мощности с частотой, отличной от частоты сигнала в режиме передачи. При прохождении сигнала малой мощности (режим приема) диоды в фазосдвигающих устройствах 4 закрыты. Проходной шлейфный фазовращатель с закрытыми диодами обеспечивает такой фазовый сдвиг, что на частоте приема, отличной от частоты передачи, и при данном расстоянии между излучающими элементами 2 разность фаз сигнала на этих элементах также равна 360°. При сдвиге фаз между излучающими элементами 2, равном 360°, ВЧ сигналы с излучающих элементов 2 (щелей) так же, как и в режиме передачи, складываются синфазно. При этом направление главного лепестка диаграммы направленности в режиме приема также нормально оси антенны.
Фазосдвигающее устройство 5, установленное между последним излучающим элементом 2 и элементом настройки 3, дает фазовый сдвиг, необходимый для компенсации рассогласования на входе антенны.
Подбирая фазовые сдвиги, которые дает фазосдвигающее устройство 5 в обоих режимах (передачи и приема), можно компенсировать рассогласования на входе антенны как в режиме передачи, так и в режиме приема. При этом появляется дополнительная степень регулировки за счет подбора изменения фазы в данном фазосдвигающем устройстве 5.
Таким образом, предложенная волноводно-щелевая антенна работает в двух различных диапазонах частот без ухудшения согласования и коэффициента направленного действия, при этом направление главного лепестка диаграммы направленности в обоих режимах одинаково (нормально оси антенны), а также имеет низкую стоимость и высокую технологичность прежде всего потому, что отсутствуют внешние управляющие низкочастотные сигналы для получения необходимого фазового сдвига проходящего СВЧ сигнала, необходимость использования которых и приводит к увеличению массогабаритных показателей, увеличению энергопотребления, уменьшению надежности, ухудшению технологичности, увеличению стоимости антенны
Волноводно-щелевая антенна, имеющая другие излучающие элементы 2, например, выполненные в виде продольных щелей, расположенных по обе стороны от средней линии широкой стенки волновода 1, поперечными щелями и др. работает аналогично. Кроме того, в волноводно-щелевой антенне часто используют реактивные вибраторы для получения продольной составляющей поля. Реактивный вибратор представляет собой металлический стержень, ввинченный в волновод (Антенны УКВ. Г.3.Айзенберг, В.Г.Ямпольский, О.Н.Терешин. Ч. 2. М., Связь, 1977.). В этом случае возможно дополнительное использование стержня в качестве элементами связи 6 для фазосдвигающих устройств 4, 5, при этом сохраняется возможность индивидуальной регулировки каждого излучающего элемента 3.
Фазосдвигающее устройство 4 может быть выполнено не только по схеме проходного шлейфного фазовращателя, но и по другим схемам (Антенны и устройство СВЧ. Д.М.Сазонов. М., Высшая школа, 1988.).
Дополнительным положительным результатом данного технического решения является то, что расстояние между излучающими элементами 3 может быть не кратно половине длины волны в волноводе. Это позволяет создавать антенну с определенными параметрами (уровнем ближних или дальних боковых лепестков и т.д.)
Возможно также создание волноводно-щелевой антенны не только на прямоугольном волноводе, но и на других линиях передачи, например полосковой. (Антенны и устройство СВЧ. B.C.Филипов, Л.И.Пономарев, А.Ю.Гринев. Под ред. проф. Д.И.Воскресенского. М., Радио и связь, 1994.).
Использование данного изобретения позволяет создать волноводно-щелевую антенну с широким рабочим диапазоном частот без ухудшения согласования при сохранении низкой стоимости и высокой технологичности.

Claims (1)

  1. Волноводно-щелевая антенна, содержащая волноводную линию, на одной из стенок которой находятся излучающие элементы, элемент настройки, находящийся на конце волноводной линии, отличающаяся тем, что введены фазосдвигающие устройства, установленные в промежутках между излучающими элементами, а также фазосдвигающее устройство, установленное между излучающим элементом и элементом настройки, и связанные с волноводом элементами связи, причем фазосдвигающие устройства в широких пределах меняют фазу проходящего СВЧ сигнала в зависимости от уровня его мощности.
RU2012118348/08A 2012-05-03 2012-05-03 Резонансная волноводно-щелевая антенна RU2504873C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118348/08A RU2504873C1 (ru) 2012-05-03 2012-05-03 Резонансная волноводно-щелевая антенна

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118348/08A RU2504873C1 (ru) 2012-05-03 2012-05-03 Резонансная волноводно-щелевая антенна

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012118348A RU2012118348A (ru) 2013-11-10
RU2504873C1 true RU2504873C1 (ru) 2014-01-20

Family

ID=49516699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012118348/08A RU2504873C1 (ru) 2012-05-03 2012-05-03 Резонансная волноводно-щелевая антенна

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2504873C1 (ru)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1171887A1 (ru) * 1983-05-03 1985-08-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Авиационный Институт Им.Серго Орджоникидзе Волноводно-щелева антенна
SU1201933A1 (ru) * 1983-05-03 1985-12-30 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Авиационный Институт Им.Серго Орджоникидзе Волноводно-щелева антенна
WO1995015592A1 (en) * 1993-11-30 1995-06-08 Saab Ericsson Space Aktiebolag Waveguide antenna
RU2042238C1 (ru) * 1992-06-10 1995-08-20 Михаил Вульфович Инденбом Волноводно-щелевая антенна
US7379029B2 (en) * 2005-09-27 2008-05-27 Elta Systems Ltd Waveguide slot antenna and arrays formed thereof
US7498899B2 (en) * 2004-09-28 2009-03-03 Fujitsu Media Devices Limited Duplexer with filters including film bulk acoustic resonators
RU2382451C1 (ru) * 2009-03-18 2010-02-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Линейная волноводно-щелевая антенная решетка бегущей волны
US20100066623A1 (en) * 2006-12-01 2010-03-18 Astrium Gmbh Waveguide radiator, especially for synthetic aperture radar systems

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1171887A1 (ru) * 1983-05-03 1985-08-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Авиационный Институт Им.Серго Орджоникидзе Волноводно-щелева антенна
SU1201933A1 (ru) * 1983-05-03 1985-12-30 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Авиационный Институт Им.Серго Орджоникидзе Волноводно-щелева антенна
RU2042238C1 (ru) * 1992-06-10 1995-08-20 Михаил Вульфович Инденбом Волноводно-щелевая антенна
WO1995015592A1 (en) * 1993-11-30 1995-06-08 Saab Ericsson Space Aktiebolag Waveguide antenna
US7498899B2 (en) * 2004-09-28 2009-03-03 Fujitsu Media Devices Limited Duplexer with filters including film bulk acoustic resonators
US7379029B2 (en) * 2005-09-27 2008-05-27 Elta Systems Ltd Waveguide slot antenna and arrays formed thereof
US20100066623A1 (en) * 2006-12-01 2010-03-18 Astrium Gmbh Waveguide radiator, especially for synthetic aperture radar systems
RU2382451C1 (ru) * 2009-03-18 2010-02-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Линейная волноводно-щелевая антенная решетка бегущей волны

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012118348A (ru) 2013-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9203161B2 (en) Antenna apparatus and method of adjusting the same
US10862208B2 (en) Phased array antenna
EP3012916A1 (en) Multiple beam antenna systems with embedded active transmit and receive rf modules
CN112259962B (zh) 基于双模平行波导的双频段共口径天线阵
CN109302851B (zh) 一种反射阵天线及通信设备
US20130059553A1 (en) Antenna apparatus, antenna system, and method of adjusting antenna apparatus
US7839349B1 (en) Tunable substrate phase scanned reflector antenna
US6653984B2 (en) Electronically scanned dielectric covered continuous slot antenna conformal to the cone for dual mode seeker
CN113253210B (zh) 一种全数字式移频移相的大瞬时宽带相控阵及方法
KR20160011704A (ko) 파라볼릭 안테나용 소스
US11456764B2 (en) Multi-function communication device with millimeter-wave range operation
US7253781B2 (en) Antenna device radio unit and radar
IL259786B (en) Conformal antenna
Karimian et al. Non-Reciprocal Phased Array antenna
US20210367356A1 (en) Antenna device
US11575200B2 (en) Conformal antenna
US7859482B1 (en) Frequency selective surface waveguide switch
RU2504873C1 (ru) Резонансная волноводно-щелевая антенна
WO2015001342A1 (en) Radar system
US20220013900A1 (en) Smart antenna, antenna feeder system, antenna communications system, and ap
Manoochehri et al. A substrate integrated waveguide slot array with voltage-controlled liquid crystal phase shifter
Fang et al. A low-cost mechanical beam scanning waveguide slot antenna array
KR101604171B1 (ko) 공진기와 안테나 필터를 이용한 som 방식 도플러 레이더
Yukhanov et al. Characteristics of Vivaldi antennas in the radiation and scattering mode
JP2013026817A (ja) フェーズドアレーアンテナ

Legal Events

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

Effective date: 20190504