RU2610824C1

RU2610824C1 - Resonant slotted-waveguide antenna array with parallel distribution system on unleashed power dividers

Info

Publication number: RU2610824C1
Application number: RU2015151148A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Киселев; Людмила Дмитриевна Павлова; Михаил Иванович Нетленный
Original assignee: Акционерное общество "Московский научно-исследовательский институт "АГАТ"
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-02-15

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to the field of antenna technology. The peculiarity of the claimed resonance-type slotted-waveguide antenna array is that the distribution system in the sub-array is made on unleashed nonequilibrium power dividers, which are modified double T-bridges with rotated L-shaped elements spouts, and the connection of the distribution system to the radiating waveguides is provided through dumbbell slots in a common broad wall.

EFFECT: invention provides improved directivity chart parameters and reflection characteristics in the operating frequency range.

4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области антенной техники, в частности к резонансным волноводно-щелевым антенным решеткам (ВЩАР).The present invention relates to the field of antenna technology, in particular to resonant waveguide-slot antenna arrays (VCHAR).

Известна конструкция резонансной ВЩАР, содержащая излучающие волноводы с излучающими щелями и распределительную систему, представляющую собой возбуждающий волновод с наклонными щелями связи в общей широкой стенке возбуждающего и излучающих волноводов ("Feed Network Design for Airborn Monopulse Slot-Array Antennas", Microwave Journal, June 1988, p.130, Fig.3). Такая распределительная система является последовательной.A known design of a resonant VCHAR containing emitting waveguides with radiating slots and a distribution system, which is an exciting waveguide with slanted communication slots in a common wide wall of the exciting and radiating waveguides ("Feed Network Design for Airborn Monopulse Slot-Array Antennas", Microwave Journal, June 1988 , p. 130, Fig. 3). Such a distribution system is consistent.

Недостатком аналога являются плохие диапазонные свойства ВЩАР, т.к. для последовательной схемы распределения мощности амплитудно-фазовые ошибки в апертуре ВЩАР при отстройке от центральной частоты нарастают наиболее быстро.The disadvantage of the analogue is the poor range properties of VCHAR, because For a sequential power distribution scheme, the amplitude-phase errors in the VCHAR aperture during the detuning from the central frequency increase most rapidly.

Известна конструкция ВЩАР резонансного типа, апертура которой разбита на максимальное количество подрешеток, каждая из которых содержит два излучающих волновода с четырьмя излучающими щелями, а распределительная система включает в себя возбуждающие волноводы для каждой подрешетки с двумя наклонными щелями связи и параллельную схему деления мощности между подрешетками на не развязанных делителях мощности ("A Low Cost, High Performace Point-to-Point Slotted Waveguide Array" Microwave Journal, November 1999).There is a known construction of a VCHAR of a resonance type, the aperture of which is divided into a maximum number of sublattices, each of which contains two emitting waveguides with four radiating slots, and the distribution system includes exciting waveguides for each sublattice with two inclined coupling slots and a parallel power division circuit between the sublattices by uncoupled power dividers ("A Low Cost, High Performace Point-to-Point Slotted Waveguide Array" Microwave Journal, November 1999).

Такая схема построения резонансной ВЩАР близка к параллельной и обеспечивает значительное улучшение диапазонных свойств ВЩАР по сравнению с последовательной схемой. Например, полоса рабочих частот по критерию КСВн для параллельной схемы возрастает более чем в три раза по сравнению с последовательной схемой.Such a scheme for constructing a resonant VCHAR is close to parallel and provides a significant improvement in the range properties of the VCHAR compared to a sequential circuit. For example, the operating frequency band according to the SWR criterion for a parallel circuit increases by more than three times in comparison with a serial circuit.

Недостатками параллельной схемы на не развязанных делителях мощности являются, во-первых, довольно быстрое ухудшение УБЛ при отстройке от центральной частоты из-за переотражений мощности между подрешетками ВЩАР и, во-вторых, сложности построения параллельной схемы деления мощности между подрешетками ВЩАР. Для ВЩАР малых и средних размеров - (5-15)λ с круглой апертурой и со спадающим к краям амплитудным распределением схему построения ВЩАР аналога практически нельзя реализовать, поскольку в этом случае апертура ВЩАР не может быть разбита на одинаковые подрешетки из-за круглой формы и малых размеров апертуры и, кроме того, даже одинаковые по размерам подрешетки будут иметь разный вес из-за спадающего характера амплитудного распределения.The disadvantages of the parallel circuit on uncoupled power dividers are, firstly, the rather rapid deterioration of the SLL during the detuning from the central frequency due to power re-reflections between the VChAR sublattices and, secondly, the difficulties of constructing a parallel power division circuit between the VChAR sublattices. For small and medium-sized VCHARs, (5-15) λ with a round aperture and with an amplitude distribution decreasing toward the edges, the VCHAR analog construction scheme cannot be practically implemented, since in this case the VCHAR aperture cannot be divided into identical sublattices because of the round shape and small aperture sizes and, in addition, even equally sized sublattices will have different weights due to the decaying nature of the amplitude distribution.

Наиболее близкой по технической сущности является резонансная ВЩАР (патент РФ №2246156, МПК H01Q 21/00, 2003 г.), апертура которой разбита на подрешетки (в качестве примера показано разбиение на четыре одинаковых подрешетки-квадранта), содержащие излучающие волноводы с продольными излучающими щелями, а распределительная система включает систему деления мощности в подрешетках в виде возбуждающих волноводов с наклонными щелями связи для каждой подрешетки и систему распределения мощности между подрешетками (квадрантами) на развязанных двойных Т-мостах. Такая схема построения прототипа является параллельно-последовательной и является наиболее востребованной для ВЩАР малых и средних размеров, особенно для моноимпульсных ВЩАР с четырьмя квадрантами.The closest in technical essence is the resonant VCHAR (RF patent №2246156, IPC H01Q 21/00, 2003), the aperture of which is divided into sublattices (as an example, a split into four identical quadrants is shown) containing radiating waveguides with longitudinal radiating gaps, and the distribution system includes a power division system in the sublattices in the form of exciting waveguides with slanted communication slots for each sublattice and a power distribution system between the sublattices (quadrants) on decoupled double T-mo stah. Such a prototype construction scheme is parallel-sequential and is the most popular for small and medium-sized VChAR, especially for single-pulse VVChAR with four quadrants.

Недостатком прототипа являются ограниченные диапазонные свойства ВЩАР с параллельно-последовательной схемой построения. Например, для ВЩАР с круглой апертурой диаметром 8λ, апертура которой разбита на четыре квадранта, диапазон рабочих частот по критериям КСВн≤1.8 и УБЛ≤-20dB составляет (3-4)%.The disadvantage of the prototype is the limited range properties of VCHAR with a parallel-serial construction scheme. For example, for a VCHAR with a circular aperture with a diameter of 8λ, the aperture of which is divided into four quadrants, the operating frequency range according to the criteria of VSWR≤1.8 and UBL≤-20dB is (3-4)%.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение диапазонных свойств ВЩАР резонансного типа.The aim of the invention is to improve the range properties of VCHAR resonant type.

Указанная цель достигается за счет того, что в волноводно-щелевой антенной решетке резонансного типа, содержащей подрешетки, включающие прямоугольные излучающие волноводы с продольными излучающими щелями и распределительную систему в подрешетке, а также распределительную систему между подрешетками на развязанных делителях мощности, распределительная система в подрешетке выполнена на развязанных неравновесных делителях мощности, представляющих собой модифицированные двойные Т-мосты с повернутыми носиками Г-образных элементов, а связь распределительной системы в подрешетках с излучающими волноводами осуществляется через гантельные щели в общей широкой стенке.This goal is achieved due to the fact that in a waveguide slot antenna array of a resonant type containing sublattices, including rectangular radiating waveguides with longitudinal radiating slots and a distribution system in the sublattice, as well as a distribution system between the sublattices on decoupled power dividers, the distribution system in the sublattice is made on decoupled nonequilibrium power dividers, which are modified double T-bridges with rotated spouts of L-shaped elements, and with ide distribution system sublattices in the radiating waveguide through the slot in the general dumbbell broad wall.

Таким образом, в предлагаемом изобретении оказывается реализованной полностью параллельная схема деления мощности на развязанных равновесных и неравновесных делителях мощности вплоть до гантельных щелей связи с излучающими волноводами.Thus, in the present invention, a completely parallel scheme for dividing power on decoupled equilibrium and nonequilibrium power dividers up to dumbbell communication slots with radiating waveguides is realized.

На Фиг. 1 показана распределительная система между подрешетками (квадрантами) ВЩАР на развязанных равновесных делителях мощности. Схема распределительной системы показана с тремя входами- S, DH, DE, что характерно для ВЩАР, используемых в моноимпульсных системах.In FIG. Figure 1 shows the distribution system between the sublattices (quadrants) of the VCHAR on decoupled equilibrium power dividers. The distribution system diagram is shown with three inputs - S, DH, DE, which is typical for VCHAR used in monopulse systems.

На Фиг. 2 показана схема подрешетки (квадранта) предлагаемой ВЩАР, в которой распределительная система построена по параллельной схеме на развязанных неравновесных делителях мощности - 1-5 и связана с излучающими линейками - 6-11 через гантельные щели - обозначены на схеме кружками.In FIG. Figure 2 shows the scheme of the sublattice (quadrant) of the proposed VSHAR, in which the distribution system is constructed in a parallel circuit on decoupled nonequilibrium power dividers - 1-5 and connected to the emitting rulers - 6-11 through dumbbell slots - indicated by circles in the diagram.

На Фиг. 3 показан развязанный неравновесный делитель мощности, представляющий собой модифицированный малогабаритный двойной Т-мост с повернутым носиком Г-образного элемента - 1, который распределяет мощность между излучающими волноводами - 2 и 3 с продольными излучающими щелями - 4-7 через гантельные щели связи - 8-9.In FIG. Figure 3 shows a decoupled non-equilibrium power divider, which is a modified small-sized double T-bridge with a rotated nose of the L-shaped element - 1, which distributes power between the radiating waveguides - 2 and 3 with longitudinal radiating slots - 4-7 through dumbbell communication slots - 8- 9.

На Фиг. 4 показан излучающий раскрыв квадранта ВЩАР с изображением мест расположения гантельных щелей связи.In FIG. 4 shows the radiating opening of the VCHAR quadrant with the image of the locations of the dumbbell communication slots.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в улучшении параметров диаграммы направленности (ДН) и характеристик отражения (КСВн) в рабочем диапазоне частот.The technical result of the proposed technical solution is to improve the parameters of the directivity pattern (beam) and reflection characteristics (SWR) in the operating frequency range.

Технический результат достигается тем, что для предложенной распределительной системы в подрешетке ВЩАР (полностью параллельной на развязанных неравновесных делителях мощности) мощность и фаза сигнала, возбуждающего каждый излучающий волновод, остаются практически постоянными в диапазоне частот, т.к., в отличии от прототипа, определяется не переотражениями от различных щелей связи в возбуждающем волноводе, а делением мощности в неравновесных делителях мощности, которые обеспечивают постоянные значения амплитуды и фазы сигнала в широком диапазоне частот. При этом нужное соотношение мощности сигнала в боковых плечах достигается поворотом носика (горизонтальной части) Г-образного элемента, т.е. модификацией малогабаритного двойного Т-моста. Стабильность мощности и фазы сигнала, возбуждающего излучающие волноводы, в широком диапазоне частот приводит к стабильности параметров ДН в этом диапазоне частот, особенно в E-плоскости. Дополнительным фактором стабильности параметров ДН в предложенной ВЩАР является возможность распределения точек возбуждения излучающих волноводов через гантельные щели по апертуре ВЩАР в отличии от прототипа, в котором все точки возбуждения излучающих волноводов через наклонные щели связи находятся на одной линии; такое распределение точек возбуждения сглаживает амплитудно-фазовые ошибки в Η-плоскости и, соответственно, уменьшает искажения ДН в этой плоскости. По характеристикам отражения (КСВн) предложенная ВЩАР также имеет преимущество перед прототипом по широкополосности. Такое преимущество определяется тем, что вследствие параллельной схемы деления и высоких диапазонных свойств развязанных делителей мощности, характеристика отражения предложенной ВЩАР определяется, в основном, отражением от одного излучающего волновода, в то время как для прототипа - совокупностью излучающих волноводов и возбуждающего волновода в подрешетке.The technical result is achieved by the fact that for the proposed distribution system in the VShAR sublattice (completely parallel on decoupled nonequilibrium power dividers), the power and phase of the signal exciting each emitting waveguide remain almost constant in the frequency range, because, in contrast to the prototype, it is determined not by reflections from different coupling slots in the exciting waveguide, but by dividing the power in nonequilibrium power dividers, which provide constant values of the amplitude and phase of the signal in a wide com frequency range. In this case, the desired ratio of signal power in the lateral shoulders is achieved by turning the spout (horizontal part) of the L-shaped element, i.e. modification of a small double T-bridge. The stability of the power and phase of the signal exciting the emitting waveguides in a wide frequency range leads to the stability of the parameters of the radiation path in this frequency range, especially in the E-plane. An additional factor in the stability of the parameters of the MD in the proposed VCHAR is the possibility of distributing the excitation points of the emitting waveguides through the dumbbell slots along the aperture of the VChAR, in contrast to the prototype, in which all the excitation points of the emitting waveguides through the inclined communication slots are on the same line; such a distribution of the excitation points smoothes the amplitude-phase errors in the Η-plane and, accordingly, reduces the distortion of the pattern in this plane. According to the reflection characteristics (VSWR), the proposed VCHAR also has an advantage over the prototype in broadband. Such an advantage is determined by the fact that, due to the parallel division scheme and the high range properties of the decoupled power dividers, the reflection characteristic of the proposed VSHAR is determined mainly by reflection from one radiating waveguide, while for the prototype it is determined by the combination of radiating waveguides and the exciting waveguide in the sublattice.

Таким образом, предложенная ВЩАР позволяет обеспечить по критериям КСВн≤1.8 и УБЛ≤-20dB диапазон рабочих частот 10%, что примерно в три раза превышает диапазон прототипа.Thus, the proposed VCHAR allows to provide, according to the criteria of VSWR≤1.8 and UBL≤-20dB, the operating frequency range of 10%, which is approximately three times the prototype range.

Claims

A resonant waveguide slot antenna array containing sublattices, including rectangular radiating waveguides with longitudinal radiating slots and a distribution system in the sublattice, as well as containing a distribution system between sublattices on decoupled power dividers, characterized in that the distribution system in the sublattice is made on decoupled nonequilibrium dividers power, which are modified double T-bridges with rotated spouts of L-shaped elements, and the connection is distributed A heating system with radiating waveguides is carried out through dumbbell slots in a common wide wall.