RU2554521C2 - Distribution system for phase antenna array - Google Patents
Distribution system for phase antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554521C2 RU2554521C2 RU2012150895/08A RU2012150895A RU2554521C2 RU 2554521 C2 RU2554521 C2 RU 2554521C2 RU 2012150895/08 A RU2012150895/08 A RU 2012150895/08A RU 2012150895 A RU2012150895 A RU 2012150895A RU 2554521 C2 RU2554521 C2 RU 2554521C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- distribution system
- linear power
- power dividers
- directional couplers
- main
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к полосковой СВЧ антенной технике, в частности к распределительной системе для фазированной антенной решетки.The invention relates to a microwave strip antenna technique, in particular to a distribution system for a phased array antenna.
Известен волноводный распределитель для фазированной антенной решетки (ФАР) с оптимизированными характеристиками излучения, состоящий из основного и дополнительного линейных делителей, объединенных соответственно первым и вторым магистральными волноводами, а также диэлектрические вкладыши и согласованные нагрузки (патент РФ №2428771, H01P 5/18, H01Q 3/26, 2009 г.).Known waveguide distributor for a phased antenna array (PAR) with optimized radiation characteristics, consisting of a main and additional linear dividers combined respectively by the first and second main waveguides, as well as dielectric inserts and matched loads (RF patent No. 2428771, H01P 5/18, H01Q 3/26, 2009).
Недостатками приводимого технического решения являются сложность конструкции, технологическая сложность изготовления, большие масса и габариты распределителя в низкочастотных диапазонах, сложность его реализации при массовом производстве.The disadvantages of the technical solution presented are the complexity of the design, the technological complexity of manufacturing, the large mass and dimensions of the distributor in the low-frequency ranges, the complexity of its implementation in mass production.
Наиболее близкой к заявленному техническому решению является волноводная распределительная система, реализующая схемное решение по раздельному формированию амплитудных распределений по суммарному и разностному каналам, содержащая основной и дополнительный линейные делители мощности, возбуждаемые двумя гибридными элементами, соединенными между собой направленным ответвителем (Alfred R. Lopez "Monopulse Networks for Series Feeding an Array Antenna" IEEE Transactions on antennas and propagation, vol. AP-16, NO. 4, July 1968).Closest to the claimed technical solution is a waveguide distribution system that implements a circuit solution for separately generating amplitude distributions over the total and difference channels, containing the primary and secondary linear power dividers excited by two hybrid elements interconnected by a directional coupler (Alfred R. Lopez "Monopulse Networks for Series Feeding an Array Antenna (IEEE Transactions on antennas and propagation, vol. AP-16, NO. 4, July 1968).
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- сложность реализации в низкочастотных диапазонах длин волн;- the complexity of implementation in the low frequency wavelength ranges;
- высокая трудоемкость изготовления;- high complexity of manufacturing;
- большие масса и габариты распределительной системы;- large mass and dimensions of the distribution system;
- конструктивно-технологическая сложность изготовления.- structural and technological complexity of manufacturing.
Перед авторами стояла задача создания распределительной системы для фазированной антенной решетки, лишенной перечисленных недостатков.The authors were faced with the task of creating a distribution system for a phased array antenna, devoid of the above disadvantages.
Задача решена за счет того, что распределительная система для фазированной антенной решетки, содержащая суммарно-разностную схему, выполненную на гибридных элементах, два основных и два дополнительных линейных делителя мощности, выполненных на направленных ответвителях, содержащих первичные и вторичные линии, а также фазирующие секции и согласованные нагрузки, выполнена на основе полосковой линии, суммарно-разностная схема конструктивно объединена с линейными делителями мощности, основные плечи вторичных линий направленных ответвителей дополнительных линейных делителей мощности соединены через фазирующие секции с вспомогательными плечами вторичных линий направленных ответвителей основных линейных делителей мощности.The problem is solved due to the fact that the distribution system for a phased antenna array containing a sum-difference scheme made on hybrid elements, two main and two additional linear power dividers, made on directional couplers containing primary and secondary lines, as well as phasing sections and matched loads, made on the basis of the strip line, the sum-difference scheme is structurally combined with linear power dividers, the main shoulders of the secondary lines of the directional branches firs additional linear power dividers are connected via a phasing section with supporting shoulders secondary lines of directional couplers basic linear power dividers.
Линейные делители мощности содержат направленные ответвители, переходное ослабление которых больше -3 dB.Linear power dividers contain directional couplers whose transient attenuation is greater than -3 dB.
Фазирующие секции выполнены в виде секции Шиффмана. Распределительная система выполнена на основе симметричной полосковой линии, заполненной диэлектриком.The phasing sections are made in the form of a Schiffman section. The distribution system is based on a symmetrical strip line filled with a dielectric.
Распределительная система конструктивно выполнена в виде слоистой структуры, содержащей слои металла, диэлектрика и подложки с нанесенным на нее рисунком центральных проводников симметричной полосковой линии.The distribution system is structurally made in the form of a layered structure containing layers of metal, a dielectric and a substrate with a pattern of central conductors of a symmetrical strip line applied to it.
К части выходов направленных ответвителей дополнительных линейных делителей мощности присоединены согласованные нагрузки.To the part of the outputs of the directional couplers of additional linear power dividers are connected coordinated loads.
Выходы распределительной системы выполнены в виде коаксиально-полосковых переходов.The outputs of the distribution system are made in the form of coaxial-strip transitions.
В качестве согласованных нагрузок применены полосковые корпусные СВЧ-резисторы.As coordinated loads, strip-type microwave cabinet resistors are used.
Техническим результатом заявляемой распределительной системы является формирование оптимальных амплитудных распределений для суммарной и разностной диаграмм направленности (ДН), возможность реализации в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн при одновременном снижении массы, габаритов и трудоемкости изготовления.The technical result of the claimed distribution system is the formation of optimal amplitude distributions for the total and differential radiation patterns (LH), the possibility of implementation in the centimeter and decimeter wavelength ranges while reducing weight, dimensions and laboriousness of manufacture.
Заявляемая распределительная система для фазированной антенной решетки обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.The inventive distribution system for a phased antenna array has a set of essential features not known from the prior art for products of this purpose, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" for the invention.
Заявляемая распределительная система для фазированной антенной решетки, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.The inventive distribution system for a phased array, according to the applicant and the authors, meets the criterion of "inventive step", because for specialists, it does not explicitly follow from the prior art, i.e. not known from available sources of scientific, technical and patent information at the filing date.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется при помощи чертежей, где:The essence of the invention is illustrated using the drawings, where:
- на фиг.1 представлена функциональная схема распределительной системы для ФАР;- figure 1 presents a functional diagram of a distribution system for HEADLIGHTS;
- на фиг.2 - вариант конструктивного исполнения распределительной системы для ФАР;- figure 2 is a variant of the design of the distribution system for the HEADLIGHT;
- на фиг.3 - расчетная разностная ДН, по осям абсцисс - угловое положение в градусах, по осям ординат отложены уровни сигналов в дБ;- figure 3 - calculated differential DN, along the abscissa axis - the angular position in degrees, the ordinate axis postponed signal levels in dB;
- на фиг.4 - расчетная суммарная ДН.- figure 4 - the estimated total day.
Распределительная система для ФАР состоит из двух основных и двух дополнительных линейных делителей 1 и 2 мощности с последовательной схемой деления, выполненных на направленных ответвителях 3 и 4, объединенных между собой фазирующими секциями 5. Входы линейных делителей 1 и 2 мощности соединены с выходами суммарно-разностной схемы 6, имеющей один суммарный и один разностный 7 и 8 входы. Выходы распределительной системы выполнены в виде коаксиально-полосковых переходов 9, к части выходов направленных ответвителей дополнительных линейных делителей 2 мощности присоединены согласованные нагрузки 10, в качестве которых применены полосковые корпусные СВЧ-резисторы 11.The distribution system for the headlamps consists of two main and two additional linear power dividers 1 and 2 with a serial division circuit, made on directional couplers 3 and 4, interconnected by phasing sections 5. The inputs of the linear power dividers 1 and 2 are connected to the outputs of the total-differential circuit 6, having one total and one differential 7 and 8 inputs. The outputs of the distribution system are made in the form of coaxial-
Для обеспечения в распределительной системе переходного ослабления более -3 dB в схемы линейных делителей 1 и 2 мощности внесены изменения, в результате которых функциональные назначения основных плеч первичных и вторичных линий направленных ответвителей 4 изменены таким образом, что основные плечи вторичных линий направленных ответвителей 4 являются продолжением линейных делителей 1 и 2 мощности, а основные плечи первичных линий - выходами линейных делителей 1 и 2 мощности.To ensure a transitional attenuation of more than -3 dB in the distribution system, changes were made to the power linear dividers 1 and 2 circuits, as a result of which the functional purposes of the primary and secondary lines of the directional couplers 4 are changed so that the main shoulders of the secondary lines of the directional couplers 4 are a continuation linear dividers 1 and 2 power, and the main shoulders of the primary lines - outputs of linear dividers 1 and 2 power.
В качестве фазирующих секций 5 применены секции Шиффмана, представляющие собой четырехполюсник на основе связанных линий.As the phasing sections 5, Schiffman sections are used, which are a four-terminal based on connected lines.
Предлагаемая распределительная система конструктивно выполнена в виде слоистой структуры, содержащей подложку 12 с нанесенным на нее рисунком центральных проводников 13 симметричной полосковой линии, установленной между слоями диэлектрика 14. Слои 15 металла представляют собой экраны симметричной полосковой линии, на которых закреплены выходные коаксиально-полосковые переходы 9.The proposed distribution system is structurally made in the form of a layered structure containing a
Распределительная система работает следующим образом. При работе распределительной системы "на передачу" СВЧ-сигнал, поступающий на вход 7 суммарно-разностной схемы 6, равноамплитудно делится между двумя основными линейными делителями 1 мощности. Часть сигнала, поступающего на основные плечи первичных линий направленных ответвителей 3 и 4, ответвляется и поступает на основные плечи вторичных линий направленных ответвителей 3 или проходит на вспомогательные плечи первичных линий направленных ответвителей 4, откуда поступает на выходы распределительной системы, выполненные в виде коаксиально-полосковых переходов 9. Переходные ослабления направленных ответвителей 3 и 4 основных линейных делителей 1 мощности выбраны из соображения формирования оптимального амплитудного распределения, необходимого для получения необходимой суммарной диаграммы направленности.Distribution system operates as follows. When the distribution system is "transmitting", the microwave signal supplied to input 7 of the total-difference circuit 6 is equally distributed between two main linear power dividers 1. Part of the signal supplied to the main shoulders of the primary lines of directional couplers 3 and 4 branches off and goes to the main shoulders of the secondary lines of directional couplers 3 or passes to the auxiliary shoulders of the primary lines of directional couplers 4, from where it goes to the outputs of the distribution system, made in the form of coaxial-
При работе распределительной системы "на прием" часть СВЧ-сигнала со входов распределительной системы, представляющих собой коаксиально-полосковые переходы 9, поступает на основные плечи вторичных линий направленных ответвителей 3 или на основные плечи первичных линий направленных ответвителей 4 основных линейных делителей 1 мощности, откуда он ответвляется в основные плечи первичных линий направленных ответвителей 3 или проходит на основные плечи первичных линий направленных ответвителей 4 основных линейных делителей 1 мощности, и далее поступает на выходы суммарно-разностной схемы 6. Часть СВЧ-сигнала с основного плеча вторичной линии направленных ответвителей 3 поступает во вспомогательные плечи вторичных линий направленных ответвителей 3 или ответвляется и поступает с основных плеч первичных линий направленных ответвителей 4 на вспомогательные плечи вторичных линий направленных ответвителей 4 основных линейных делителей 1 мощности, проходя через фазирующие секции 5 и приобретая сдвиг фазы, поступает в основные плечи вторичных линий направленных ответвителей 3 дополнительных линейных делителей 2 мощности, откуда часть СВЧ-сигнала ответвляется в основные плечи первичных линий направленных ответвителей 3 дополнительных линейных делителей 2 мощности или поступает на вторичные плечи первичных линий направленных ответвителей 4 дополнительных линейных делителей 2 мощности, откуда часть СВЧ-сигнала проходит в основные плечи первичных линий 4 дополнительных линейных делителей 2 мощности, а затем поступает на выходы суммарно-разностной схемы 6. Часть СВЧ-сигнала, поступающего на основные плечи вторичных линий направленных ответвителей 3 дополнительных линейных делителей 2 мощности, проходит во вспомогательные плечи вторичных линий направленных ответвителей 3 дополнительных линейных делителей 2 мощности, а та часть СВЧ-сигнала, которая поступает на вспомогательные плечи первичных линий направленных ответвителей 4 дополнительных линейных делителей 2 мощности, ответвляется во вспомогательные плечи вторичных линий направленных ответвителей 4 дополнительных линейных делителей 2 мощности, где поглощается согласованными нагрузками 10.When the distribution system is "on reception" part of the microwave signal from the inputs of the distribution system, which are coaxial-
Сигнал, поступивший с входов основных и дополнительных линейных делителей 1 и 2 мощности в суммарно-разностную схему 6, формирует оптимальные амплитудные распределения, необходимые для получения суммарной ДН (выход 7), посредством синфазного сложения сигналов с основных линейных делителей 1 мощности, и разностной ДН (выход 8), посредством синфазно-противофазного сложения с основных и дополнительных линейных делителей 1 и 2 мощности.The signal received from the inputs of the main and additional linear power dividers 1 and 2 in the total differential circuit 6 forms the optimal amplitude distributions necessary to obtain the total power supply (output 7), by in-phase addition of signals from the main power linear dividers 1, and the differential power supply (output 8), by means of in-phase antiphase addition from the main and additional linear power dividers 1 and 2.
Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого решения заключаются в уменьшении массогабаритных характеристик изделия, упрощении конструкции, повышении технологичности при серийном производстве, уменьшении трудоемкости изготовления при сохранении оптимальных электрических характеристик.Thus, the technical and economic advantages of the proposed solution are to reduce the overall dimensions of the product, simplify the design, increase manufacturability in mass production, reduce the complexity of manufacturing while maintaining optimal electrical characteristics.
На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация заявляемой распределительной системы для ФАР, изготовлен опытный образец, работающий в S-диапазоне. Электрические характеристики опытного образца распределительной системы соответствуют расчетным. Проведенные испытания опытного образца подтвердили технико-экономические преимущества распределительной системы по сравнению с известными устройствами, в том числе с прототипом, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.The applicant company has developed the design documentation of the inventive distribution system for the HEADLIGHTS, made a prototype operating in the S-band. The electrical characteristics of the prototype distribution system correspond to the calculated ones. The tests of the prototype confirmed the technical and economic advantages of the distribution system compared with known devices, including the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "industrial applicability" for the invention is met.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012150895/08A RU2554521C2 (en) | 2012-11-27 | 2012-11-27 | Distribution system for phase antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012150895/08A RU2554521C2 (en) | 2012-11-27 | 2012-11-27 | Distribution system for phase antenna array |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012150895A RU2012150895A (en) | 2014-06-10 |
RU2554521C2 true RU2554521C2 (en) | 2015-06-27 |
Family
ID=51213908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012150895/08A RU2554521C2 (en) | 2012-11-27 | 2012-11-27 | Distribution system for phase antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2554521C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189842U1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-06-06 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Phased Array Distributor |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2135828A (en) * | 1983-02-24 | 1984-09-05 | Cossor Electronics Ltd | A monopulse radar antenna |
US5128687A (en) * | 1990-05-09 | 1992-07-07 | The Mitre Corporation | Shared aperture antenna for independently steered, multiple simultaneous beams |
US6888500B2 (en) * | 2003-06-11 | 2005-05-03 | Harris Corporation | Beam steering with a slot array |
RU2310257C1 (en) * | 2006-03-13 | 2007-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения им. В.В. Тихомирова" | Waveguide distribution system |
RU2330358C1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Distributor for phased antenna array |
RU2330357C1 (en) * | 2006-11-23 | 2008-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Waveguide distributor for phased array (fa) with optimised radiation characteristics |
RU2364999C1 (en) * | 2008-04-21 | 2009-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Distributor for phased antenna |
RU2393395C2 (en) * | 2005-05-10 | 2010-06-27 | Бсх Бош Унд Сименс Хаусгерете Гмбх | Modular refrigerating device |
RU2428771C1 (en) * | 2010-04-05 | 2011-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Waveguide distributor for headlights with optimised emission characteristics |
-
2012
- 2012-11-27 RU RU2012150895/08A patent/RU2554521C2/en active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2135828A (en) * | 1983-02-24 | 1984-09-05 | Cossor Electronics Ltd | A monopulse radar antenna |
US5128687A (en) * | 1990-05-09 | 1992-07-07 | The Mitre Corporation | Shared aperture antenna for independently steered, multiple simultaneous beams |
US6888500B2 (en) * | 2003-06-11 | 2005-05-03 | Harris Corporation | Beam steering with a slot array |
RU2393395C2 (en) * | 2005-05-10 | 2010-06-27 | Бсх Бош Унд Сименс Хаусгерете Гмбх | Modular refrigerating device |
RU2310257C1 (en) * | 2006-03-13 | 2007-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения им. В.В. Тихомирова" | Waveguide distribution system |
RU2330357C1 (en) * | 2006-11-23 | 2008-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Waveguide distributor for phased array (fa) with optimised radiation characteristics |
RU2330358C1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-07-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Distributor for phased antenna array |
RU2364999C1 (en) * | 2008-04-21 | 2009-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Distributor for phased antenna |
RU2428771C1 (en) * | 2010-04-05 | 2011-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Waveguide distributor for headlights with optimised emission characteristics |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189842U1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-06-06 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Phased Array Distributor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012150895A (en) | 2014-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vallappil et al. | Butler matrix based beamforming networks for phased array antenna systems: A comprehensive review and future directions for 5G applications | |
Babale et al. | Single Layered $4\times4 $ Butler Matrix Without Phase-Shifters and Crossovers | |
Jilani et al. | Millimeter-wave frequency reconfigurable T-shaped antenna for 5G networks | |
CN110649388A (en) | Low loss feed network and high efficiency antenna device | |
Tiwari et al. | A switched beam antenna array with butler matrix network using substrate integrated waveguide technology for 60 GHz wireless communications | |
CN106602265B (en) | Beam forming network and input structure, input and output method and three-beam antenna thereof | |
Nachouane et al. | Broadband 4× 4 Butler matrix using wideband 90° hybrid couplers and crossovers for beamforming networks | |
Chen et al. | Compact substrate integrated waveguide (SIW) monopulse network for $ Ku $-band tracking system applications | |
Bin et al. | The research of broadband millimeter-wave Vivaldi array antenna using SIW technique | |
RU2297699C2 (en) | Phased array | |
Jizat et al. | Dual band beamforming network integrated with array antenna | |
Tiwari et al. | A switched beam antenna array with butler matrix network using substrate integrated waveguide technology for 60 GHz communications | |
Machác et al. | A substrate integrated waveguide leaky wave antenna radiating from a slot in the broad wall | |
Wang et al. | A compact gap-waveguide dual-polarized Ka-band feed for 50dBi reflector antennas with tracking function | |
RU2554521C2 (en) | Distribution system for phase antenna array | |
Kim et al. | Design and verification of a miniaturized multifunctional transmitarray unit cell for the S-band | |
Moubadir et al. | Design and implementation of a technology planar 4x4 butler matrix for networks application | |
EP3447842B1 (en) | Three-way power divider and multibeam forming circuit | |
Doucha et al. | A leaky wave antenna design based on half-mode substrate integrated waveguide technology for X band applications | |
Doghri et al. | Broadband ${\rm E} $-Plane Junction for Three-Dimensional Substrate Integrated Waveguide Circuits and Systems | |
Valero-Nogueira et al. | How gap waveguides were conceived | |
RU2330358C1 (en) | Distributor for phased antenna array | |
Pezhman et al. | A novel single layer SIW 6× 6 beamforming network for 5G applications | |
Khan et al. | Substrate integrated waveguide slot-fed grid array antenna | |
RU2364999C1 (en) | Distributor for phased antenna |