RU2591033C1

RU2591033C1 - Dual-band slotted waveguide antenna array

Info

Publication number: RU2591033C1
Application number: RU2015107653/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Киселев; Людмила Дмитриевна Павлова; Михаил Иванович Нетленный
Original assignee: Открытое акционерное общество "МОСКОВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ "АГАТ"
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-07-10

Abstract

FIELD: antennae.

SUBSTANCE: invention relates to antenna engineering, particularly to antenna arrays and systems. Said objective is achieved by fact that in two-range waveguide-slot antenna array, containing rectangular radiating waveguides, forming a periodic structure of alternating waveguides of lower and upper frequency range and inclined radiating slot on narrow walls of radiating waveguides lower range, emitting surface waveguides upper range is located below radiating surface waveguides lower range, and rear surface of waveguides of lower and upper ranges are located in one plane. At that, inclined radiating slot lower range on narrow waveguide walls lower range enter on wide walls of these waveguides, radiating slots upper range are made in form of longitudinal shifted from the axis of slots on wide walls of waveguides upper range, and on rear surfaces of radiating waveguides are feed waveguides of lower and upper ranges, in wide walls of which are communication slots with radiating waveguides of lower and upper ranges, respectively.

EFFECT: to this invention is improved parameters of directivity diagram of dual-band antenna array with simultaneous achievement of more simple and compact design.

1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области антенной техники, в частности к антенным решеткам и системам.The present invention relates to the field of antenna technology, in particular to antenna arrays and systems.

Известна двухдиапазонная антенная система с электронным управлением лучом (патент РФ №2177662, МПК H01Q 21/00, 2001), включающая фазированную антенную решетку (ФАР) высокочастотного (ВЧ) диапазона, состоящую из волноводных излучателей, объединенных в непрерывные линейки, и ФАР низкочастотного (НЧ) диапазона, состоящую из вибраторных излучателей, расположенных между линейками ФАР высокочастотного диапазона.A known dual-band antenna system with electronic beam control (RF patent No. 2177662, IPC H01Q 21/00, 2001), including a phased array (PAR) of the high-frequency (HF) range, consisting of waveguide emitters combined in continuous arrays, and a low-frequency phased array ( LF) range, consisting of vibrator emitters located between the high-frequency range PAR arrays.

Недостатком аналога является значительное влияние излучателей НЧ диапазона на параметры диаграммы направленности (ДН) ВЧ диапазона, а также достаточно громоздкая и нетехнологичная конструкция. Например, в аналоге вибраторы НЧ диапазона и волноводные излучатели ВЧ диапазона изготавливаются по совершенно разным технологиям и далее возникают значительные трудности в запитке вибраторов НЧ диапазона таким образом, чтобы разводки двух диапазонов не пересекались.The disadvantage of the analogue is the significant influence of the low-frequency emitters on the parameters of the radiation pattern (LH) of the high-frequency range, as well as a rather bulky and low-tech design. For example, in the analogue, the low-frequency vibrators and the high-frequency waveguide emitters are manufactured using completely different technologies and then there are significant difficulties in powering the low-frequency vibrators so that the wiring of the two ranges does not intersect.

Наиболее близкой по технической сущности является двухдиапазонная фазированная антенная система с электронным управлением лучом (патент РФ №2273926, МПК H01Q 21/30, 2006), включающая ФАР высокочастотного диапазона, состоящую из излучателей в виде наклонных щелей на боковых стенках волноводов высокочастотного диапазона, и ФАР низкочастотного диапазона, состоящую из излучателей в виде наклонных щелей связи на боковых стенках волноводов низкочастотного диапазона, причем волноводы низкочастотного диапазона расположены между парами высокочастотных волноводов, а излучающие элементы обоих диапазонов расположены в одной плоскости.The closest in technical essence is a dual-band phased antenna system with electronic beam control (RF patent No. 2273926, IPC H01Q 21/30, 2006), including a high-frequency headlamp, consisting of emitters in the form of inclined slots on the side walls of high-frequency waveguides, and a headlamp the low-frequency range, consisting of emitters in the form of inclined communication slots on the side walls of the low-frequency waveguides, and the low-frequency waveguides are located between the pairs of high-frequency s waveguides, and radiating elements of the two bands are arranged in one plane.

Недостатком такой конструкции двухдиапазонной решетки является расположение излучающих поверхностей волноводов обоих диапазонов в одной плоскости, а тыльных поверхностей этих линеек в разных плоскостях. Расположение излучающих поверхностей обоих диапазонов в одной плоскости приводит к ухудшению параметров ДН из-за сильного взаимовлияния диапазонов и из-за ограничения длин излучающих наклонных щелей каждого из диапазонов узкими стенками соответствующих волноводов.The disadvantage of this design of the dual-band grating is the location of the emitting surfaces of the waveguides of both ranges in the same plane, and the rear surfaces of these lines in different planes. The location of the radiating surfaces of both ranges in the same plane leads to the deterioration of the parameters of the pattern due to the strong mutual influence of the ranges and due to the limitation of the lengths of the radiating inclined slots of each of the narrow walls of the respective waveguides.

В то же время расположение тыльных поверхностей излучающих волноводов в разных плоскостях приводит к сложности и громоздкости конструкции, поскольку излучающие волноводы каждого из диапазонов мешают запитке волноводов другого диапазона.At the same time, the arrangement of the rear surfaces of the emitting waveguides in different planes leads to the complexity and cumbersomeness of the design, since the emitting waveguides of each of the ranges interfere with the feeding of the waveguides of the other range.

Целью настоящего изобретения является улучшение параметров ДН обоих диапазонов с одновременным достижением большей простоты и компактности конструкции двухдиапазонной решетки.The aim of the present invention is to improve the parameters of the DN of both ranges while achieving greater simplicity and compactness of the design of the dual-band grating.

Указанная цель достигается за счет того, что в двухдиапазонной волноводно-щелевой антенной решетке, содержащей прямоугольные излучающие волноводы, образующие периодическую структуру из чередующихся волноводов нижнего и верхнего диапазона частот, и наклонные излучающие щели на узких стенках излучающих волноводов нижнего диапазона, излучающая поверхность волноводов верхнего диапазона расположена ниже излучающей поверхности волноводов нижнего диапазона, а тыльные поверхности волноводов нижнего и верхнего диапазонов расположены в одной плоскости, при этом наклонные излучающие щели нижнего диапазона на узких стенках волноводов нижнего диапазона заходят на широкие стенки этих волноводов, излучающие щели верхнего диапазона выполнены в виде продольных смещенных от оси щелей на широких стенках волноводов верхнего диапазона, а на тыльных поверхностях излучающих волноводов размещены запитывающие волноводы нижнего и верхнего диапазонов, в широких стенках которых выполнены щели связи с излучающими волноводами нижнего и верхнего диапазонов соответственно.This goal is achieved due to the fact that in a dual-band waveguide slot antenna array containing rectangular radiating waveguides that form a periodic structure of alternating waveguides of the lower and upper frequency ranges, and inclined radiating slots on the narrow walls of the radiating lower waveguides, the radiating surface of the upper waveguides located below the radiating surface of the lower waveguides, and the rear surfaces of the lower and upper waveguides are located in while the inclined radiating slots of the lower range on the narrow walls of the lower waveguides go to the wide walls of these waveguides, the radiating slots of the upper range are longitudinally offset from the slit axis on the wide walls of the waveguides of the upper range, and the energizing ones are located on the rear surfaces of the radiating waveguides waveguides of the lower and upper ranges, in the wide walls of which there are communication slots with radiating waveguides of the lower and upper ranges, respectively.

Основные элементы конструкции предлагаемого изобретения показаны на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3. Двухдиапазонная волноводно-щелевая антенная решетка (ВЩАР) представляет собой периодическую структуру из чередующихся прямоугольных излучающих волноводов НЧ диапазона - 1 и ВЧ диапазона - 2, в которой излучающие щели НЧ диапазона - 3 выполнены в виде наклонных щелей на узких стенках волноводов НЧ диапазона и заходят на широкие стенки этих волноводов, а излучающие щели ВЧ диапазона - 4 выполнены в виде продольных смещенных от оси щелей на широких стенках волноводов ВЧ диапазона, при этом излучающая поверхность волноводов ВЧ диапазона расположена ниже излучающей поверхности волноводов НЧ диапазона, а тыльные поверхности ВЧ и НЧ диапазонов расположены в одной плоскости. В конструкции, представленной на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, наклонные излучающие щели НЧ диапазона прорезаны только в каждом третьем волноводе, что характерно для соотношения частот НЧ и ВЧ диапазонов примерно 1:4. При меньшем различии в частотах диапазонов щели могут размещаться в каждом втором или каждом первом волноводе НЧ диапазона. На тыльных поверхностях излучающих волноводов размещены запитывающие волноводы НЧ диапазона - 5 и ВЧ диапазона - 6, в широких стенках которых выполнены поперечные щели связи - 7 с излучающими волноводами НЧ диапазона и наклонные щели связи - 8 с излучающими волноводами ВЧ диапазона соответственно.The main structural elements of the invention are shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3. The dual-band slot-hole waveguide antenna array (VCHAR) is a periodic structure of alternating rectangular radiating low-frequency waveguides - 1 and high-frequency range - 2, in which the low-frequency radiating slots - 3 are made in the form of inclined slots on the narrow walls of the low-frequency waveguides and go to the wide walls of these waveguides, and the radiating slots of the high-frequency range - 4 are made in the form of longitudinally displaced from the axis of the slits on the wide walls of the waveguides of the high-frequency range, while the radiating surface of the waveguides of the high-frequency range is located lies below the radiating surface of the low-frequency waveguides, and the rear surfaces of the high-frequency and low-frequency ranges are located in the same plane. In the design of FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, the inclined radiating slots of the low-frequency range are cut only in every third waveguide, which is typical for the ratio of the frequencies of the low-frequency and high-frequency ranges of about 1: 4. With a smaller difference in the frequencies of the ranges, the gaps can be placed in every second or every first waveguide of the low-frequency range. On the rear surfaces of the emitting waveguides, there are placed the LF range 5 and HF range 6 waveguides, in the wide walls of which there are transverse coupling slits - 7 with radiating low-frequency waveguides and inclined communication slots - 8 with radiating high-frequency waveguides, respectively.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в улучшении параметров ДН обоих диапазонов с одновременным достижением большей простоты и компактности конструкции двухдиапазонной антенной решетки.The technical result of the proposed technical solution is to improve the parameters of the DN of both ranges while achieving greater simplicity and compactness of the design of the dual-band antenna array.

Технический результат достигается следующим образом:The technical result is achieved as follows:

1) улучшение параметров ДН обоих диапазонов тем, что:1) improving the parameters of the DN of both ranges in that:

а) обеспечивается реализация требуемого амплитудно-фазового распределения (АФР) в раскрыве ВЩАР, т.к. элементы конструкции НЧ и ВЧ диапазонов взаимно не ограничивают реализацию требуемых геометрических параметров - например, наклонные излучающие щели НЧ диапазона могут заходить на широкие стенки излучающих волноводов НЧ диапазона и иметь любые требуемые длины, поскольку смежные волноводы ВЧ диапазона находятся значительно ниже концов этих щелей;a) provides the implementation of the required amplitude-phase distribution (AFR) in the opening VCHAR, because structural elements of the LF and HF ranges do not mutually limit the implementation of the required geometric parameters - for example, inclined radiating slots of the LF range can go to wide walls of radiating waveguides of the LF range and have any desired lengths, since adjacent waveguides of the HF range are much lower than the ends of these slots;

б) обеспечивается низкий уровень взаимовлияния НЧ и ВЧ диапазонов (уровень взаимной связи диапазонов менее -40дБ) - расположением излучателей НЧ и ВЧ диапазонов в разных плоскостях, а также расположением отрезков наклонных излучающих щелей НЧ диапазона, заходящих на широкие стенки волноводов, параллельно токам ВЧ диапазона, текущим в плоскопараллельных волноводах, образованным стенками волноводов НЧ диапазона;b) a low level of mutual influence of the LF and HF ranges (the level of mutual coupling of the ranges less than -40dB) is ensured - by the location of the emitters of the LF and HF ranges in different planes, as well as by the location of the segments of the inclined radiating slots of the LF range, coming on wide walls of the waveguides, parallel to the currents of the HF range flowing in plane-parallel waveguides formed by the walls of the low-frequency waveguides;

в) паразитное кроссполяризационное излучение подавляется для НЧ диапазона взаимным расположением излучающих щелей НЧ диапазона, а для ВЧ диапазона - геометрией излучающих щелей ВЧ диапазона; при этом для НЧ диапазона уровень кроссполяризационной составляющей не более минус 30 дБ в главных плоскостях и не более минус 25 дБ во всей передней полусфере, для ВЧ диапазона уровень кроссполяризации не более минус 30 дБ во все передней полусфере;c) spurious cross-polarization radiation is suppressed for the LF range by the mutual arrangement of the radiating slots of the LF range, and for the HF range, by the geometry of the radiating slits of the HF range; at the same time, for the LF range, the level of the cross-polarization component is not more than minus 30 dB in the main planes and not more than minus 25 dB in the entire front hemisphere; for the HF range, the level of cross-polarization is not more than minus 30 dB in all the front hemisphere;

2) достижение большей простоты и компактности конструкции двухдиапазонной ВЩАР тем, что тыльные поверхности излучающих волноводов НЧ и ВЧ диапазонов выведены в одну плоскость и легко объединяются при помощи запитывающих волноводов соответствующих диапазонов, а излучающие щели НЧ диапазона в зависимости от соотношения частот диапазонов выполнены в каждом первом, либо каждом втором, либо каждом третьем излучающем волноводе НЧ диапазона.2) achieving greater simplicity and compactness of the design of the dual-band VCHAR by the fact that the back surfaces of the emitting low-frequency and high-frequency waveguides are brought out into one plane and are easily combined with the help of the feeding waveguides of the corresponding ranges, and the low-frequency radiating slots, depending on the ratio of the frequency of the ranges, are made in each first or every second or every third radiating waveguide of the low frequency range.

Предлагаемое изобретение позволяет разрабатывать двухдиапазонные решетки как малых электрических размеров, так и большие двухдиапазонные решетки со сложной структурой. Например, на Фиг. 4 показаны виды смоделированной двухдиапазонной ВЩАР с сотнями излучающих щелей НЧ и ВЧ диапазонов для соотношения частот диапазонов примерно 1:4; при этом для обеспечения широкополосности вся апертура для НЧ и ВЧ диапазонов разбита на четыре квадранта, а для ВЧ диапазона каждый квадрант дополнительно разбит на четыре сектора, которые запитываются своими запитывающими волноводами. При этом элементы конструкции НЧ и ВЧ диапазонов практически не влияют друг на друга и удается получить весьма компактную и технологичную конструкцию. Кроме того, моделирование показывает возможность получить максимальный уровень боковых лепестков (УБЛ) для НЧ и ВЧ диапазонов минус 24 дБ и минус 25 дБ соответственно, а максимальный уровень кроссполяризационных составляющих для НЧ и ВЧ диапазонов не более минус 26 дБ и минус 30 дБ соответственно.The present invention allows the development of dual-band gratings of both small electrical dimensions and large dual-band gratings with a complex structure. For example, in FIG. Figure 4 shows the types of simulated dual-band VCHAR with hundreds of radiating slits of the LF and HF ranges for a ratio of frequency ranges of approximately 1: 4; at the same time, to ensure broadband, the entire aperture for the LF and HF ranges is divided into four quadrants, and for the HF range, each quadrant is further divided into four sectors, which are fed by their supply waveguides. Moreover, the structural elements of the LF and HF ranges practically do not affect each other and it is possible to obtain a very compact and technological design. In addition, the simulation shows the ability to obtain the maximum level of side lobes (UBL) for the LF and HF ranges minus 24 dB and minus 25 dB, respectively, and the maximum level of cross-polarization components for the LF and HF ranges no more than minus 26 dB and minus 30 dB, respectively.

Claims

A dual-band slit waveguide antenna array containing rectangular radiating waveguides forming a periodic structure of alternating waveguides of the lower and upper frequency ranges, and inclined radiating slots on the narrow walls of the lower range radiating waveguides, characterized in that the radiating surface of the upper waveguides is located below the radiating surface of the waveguides the lower range, and the rear surfaces of the waveguides of the lower and upper ranges are located in the same plane, while inclined radiating slots of the lower range on the narrow walls of the waveguides of the lower range go to the wide walls of these waveguides, radiating slots of the upper range are made in the form of longitudinal displaced from the axis of the slits on the wide walls of the waveguides of the upper range, and the feeding waveguides of the lower and upper ranges are placed on the rear surfaces of the radiating waveguides , in the wide walls of which slots of communication with emitting waveguides of the lower and upper ranges are made, respectively.