RU2670235C1 - Антенна метеорадиолокатора круговой поляризации - Google Patents
Антенна метеорадиолокатора круговой поляризации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670235C1 RU2670235C1 RU2017138730A RU2017138730A RU2670235C1 RU 2670235 C1 RU2670235 C1 RU 2670235C1 RU 2017138730 A RU2017138730 A RU 2017138730A RU 2017138730 A RU2017138730 A RU 2017138730A RU 2670235 C1 RU2670235 C1 RU 2670235C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- radiating elements
- circular polarization
- sublattices
- shape
- Prior art date
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 208000033986 Device capturing issue Diseases 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 1
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 1
- 239000001752 chlorophylls and chlorophyllins Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
- H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
- H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
- H01Q3/38—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters the phase-shifters being digital
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Изобретение относится к средствам связи и радиолокации метеорологического обеспечения и может быть применено в антенных системах радиолокаторов, предназначенных для получения информации о параметрах атмосферы на малых и средних высотах зондирования и у поверхности земли. Технический результат - повышение КПД, снижение уровня боковых лепестков антенны метеорадиолокатора, снижение потерь мощности в диаграммообразующей схеме (ДОС). Для этого в антенне метеорадиолокатора круговой поляризации, содержащей фазированную антенную решетку, выполненную по меньшей мере из четырех подрешеток с излучающими элементами, которые соединены с соответствующими выходами диаграммообразующей схемы, форма излучающих элементов выполнена так, что обеспечивает круговую поляризацию антенной решетки, схема размещения излучающих элементов выполнена двоичноэтажной с неравномерным амплитудным распределением по излучающим элементам, а подрешетки с излучающими элементами выполнены радиально симметричными и расположены равноудаленно относительно центра антенны. Форма излучающих элементов выполнена в виде полосковой антенны квадратной формы со срезанной парой диагонально расположенных углов, в зависимости от выбора которых относительно питающей линии реализуют правую или левую круговую поляризацию. В двоичноэтажной схеме размещения излучающих элементов тройниковые делители мощности выполнены с неравным коэффициентом деления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к средствам связи и радиолокации метеорологического обеспечения и может быть применено в антенных системах радиолокаторов, предназначенных для получения информации о параметрах атмосферы на малых и средних высотах зондирования и у поверхности земли.
Известна антенная система метеолокатора с линейной и круговой поляризацией, патент RU2 195056 C2, опубл. 20.12.2002, содержащая первую и вторую диаграммообразующие схемы (ДОС), большую и малую антенные решетки, излучатели которых соединены с соответствующими выходами второй и первой ДОС соответственно, приемопередатчик, микропроцессор, выход которого соединен с управляющими входами приемопередатчика и обеих ДОС. Трехдецибельный квадратурный мост включен между приемопередатчиком и кольцевыми делителями мощности первой ДОС, при этом малая антенная решетка состоит из четырех диполей, расположенных ромбом в центре большой антенной решетки, а точки возбуждения этих диполей соединены с выходами первой ДОС таким образом, что первый и второй диполи образуют линейку горизонтальной составляющей круговой поляризации, а третий и четвертый - вертикальной.
Недостатками данного устройства являются линейная поляризация антенных решеток, которая приводит к потере захвата аэрологического зонда при его сильных колебаниях и высокий уровень боковых лепестков(УБЛ) при отклоненном максимуме диаграммы направленности антенны (ДНА).
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является антенная система радиолокатора с управляемой поляризацией по патенту RU 50052 U1, опубл. 10.12.2005, содержащая фазированную антенную решетку, излучатели которой соединены с соответствующими выходами первой и второй ДОС, приемопередатчик, управляющее вычислительное устройство, выход которого соединен с управляющими входами приемопередатчика и обеих ДОС. Фазовращатели обеих ДОС выполнены по трехпозиционной схеме, при этом антенная решетка состоит из четырех сегментов, расположенных симметрично геометрическим осям решетки, а точки возбуждения излучателей первого и второго сегментов соединены с выходами первой ДОС, а излучателей третьего и четвертого сегментов - с выходами второй ДОС. Управляющее вычислительное устройство содержит арифметическое логическое устройство выборки и хранения и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), причем выход малошумящего усилителя приемопередатчика первой аналоговой шиной соединен с входом устройства выборки и хранения, выход которого второй аналоговой шиной соединен с входом АЦП, выход которого цифровой шиной и шиной конца преобразования соединен с входами арифметического логического устройства, последнее шиной запись/считывание соединено с устройством выборки и хранения и АЦП, а первой и второй управляющими шинами - с первой и второй ДОС и приемопередатчиком соответственно.
Недостатком известного устройства является наличие фазовращателей в схеме ДОС для реализации круговой поляризации, что вносит дополнительные потери мощности на полосковых СВЧ-устройствах и входящих в их состав pin-диодах, неравномерность амплитудного распределения в раскрыве антенной решетки (возбуждаются, в основном, излучатели, располагающиеся вблизи входов подрешеток на первой линии схемы питания), а также приводит к увеличению УБЛ и снижению коэффициента усиления (КУ), и, как следствие, снижению коэффициент полезного действия(КПД) антенны.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности и надежности сопровождения аэрологического зонда.
Технический результат заключается в повышении КПД антенны метерадиолокатора, снижении потерь мощности в схеме ДОС и уровня бокового излучения.
Заявленный технический результат достигается тем, что в известном устройстве антенны метерадиолокатора круговой поляризации, содержащей фазированную антенную решетку, выполненную в виде, по меньшей мере, из четырех подрешеток с излучающими элементами, которые соединены с соответствующими выходами диаграммообразующей схемы, форма излучающих элементов выполнена так, что обеспечивает круговую поляризацию антенной решетки, схема размещения излучающих элементов выполнена двоичноэтажной с неравномерным амплитудным распределением по излучающим элементам, аподрешетки с излучающими элементами выполнены радиально симметричными и расположены равноудаленно относительно центра антенны. Форма излучающих элементов выполнена в виде полосковой антенны квадратной формы со срезанной парой диагонально расположенных углов, в зависимости от выбора которых относительно питающей линии реализуют правую или левую круговую поляризацию. В схеме размещения излучающих элементов тройниковые делители мощности выполнены с неравным коэффициентом деления для обеспечения «спадающего к краям» амплитудного распределения поля в раскрыве антенной решетки.
Применение антенной решетки с круговой поляризацией, состоящей из четырех подрешеток с излучающими элементами квадратной формы со срезанной парой диагонально расположенных углов и расположением подрешеток радиально симметрично и равноудаленно от центра антенны, обеспечивает в дальней зоне антенны круговую поляризацию излучаемого поля с коэффициентом эллиптичности близким к единице. За счет выполнения формы излучающих элементов формируют правое или левое поле круговой поляризации, что упрощает схему ДОС и уменьшает при этом потери на полосковых СВЧ-устройствах и входящих в их состав pin-диодов, нет необходимости применения фазовращателей, обеспечивающих разность фаз между входами подрешеток в 90° предназначенных для реализации круговой поляризации. В двоичноэтажной схеме питания установленытройниковые делители мощности с неравным коэффициентом делениядля обеспечения «спадающего к краям» апертуры амплитудного распределения поляв раскрыве антенной решетки, что снижает УБЛ, сохраняя при этом высокий КУ и, как следствие, увеличивает КПД антенны.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - изображена структурная схема антенны;
на фиг. 2 -изображен излучающий элемент;
на фиг. 3 -изображен тройниковый делитель мощности;
на фиг. 4 - изображена рассчитанная диаграмма направленности;
на фиг. 5 - изображена угловая зависимость коэффициента эллиптичности.
Антенна метерадиолокатора круговой поляризации, содержит фазированную антенную решетку (фиг. 1), состоящую из четырех подрешеток1, количество которых может быть больше в зависимости от поставленной задачи. Подрешетки 1 выполнены из излучающих элементов 2, которые расположены равноудаленно от центра антенны, обладают радиальной симметрией, и соединены с соответствующими выходами диаграммообразующей схемы 3. Подрешетка 1 с излучающими элементами 2 круговой поляризации выполнена в виде двоичноэтажной схемы питающих линий 4 с тройниковыми делителями мощности 5 (фиг. 3), которые выполнены с неравным коэффициентом деления. Фазированная антенная решетка выполнена по полосковой технологии с воздушным диэлектриком (на фиг. не показан). Форма излучающих элементов 2 выполнена в виде полосковой антенны квадратной формы (фиг. 2) со срезанной парой диагонально расположенных углов, в зависимости от выбора которых относительно питающей линии 4 обеспечивают правую или левую круговую поляризацию антенной решетки. Для реализации круговой поляризации форма излучающих элементов 2 может быть выполнена также в виде ромба или круга с выступающими или углубленными элементами; в виде квадрата или круга с диагональной прорезью в центре и т.д. Двоичноэтажная схема питающей линии 4 выполнена с неравномерным амплитудным распределением, спадающим к краям апертуры поля в раскрыве антенной решетки. В схеме питания установлены тройниковые делители мощности 5 с неравным коэффициентом деления, плечи которых равны 0,25 длины волны на средней частоте с соответствующим волновым сопротивлением, для обеспечения спадающего к краям апертуры амплитудным распределением поля в раскрыве антенной решетки. Круговая поляризация излучающих элементов 2, представляющих собой в продольном сечении квадрат, размером А, равным 0,46-5-0,47 длины волны на средней частоте, со срезанной парой диагонально расположенных углов, катет которых Б равен 0,05 длины волны на средней частоте, обеспечивается за счет возбуждения двух ортогональных колебаний. Для обеспечения круговой поляризации необходимо выбирать размеры излучающего квадрата А и катеты срезов Б так, чтобы рабочая частота находилась между двумя образующимися резонансами. Подрешетки 1 жестко закреплены в местах нулевого потенциала излучающих элементов 2 к общему экрану 6. Для защиты антенной решетки от агрессивных воздействий на экран 6 со стороны излучающих элементов 2 установлен диэлектрический кожух 7, выполненный из радиопрозрачного материала.
Посредством коаксиальной линии через высокочастотные разъемы, согласно приведенной структурной электрической схеме, входы антенной решетки соединены с соответствующими выходами ДОС 3. В свою очередь ДОС 3 состоит из следующих полосковых СВЧ-устройств: кольцевых делителей мощности, проходных фазовращателей на мостовой схеме и линий задержки (на фиг. не показаны).
На фиг. 4 изображена рассчитанная диаграмма направленности антенны в равносигнальном направлении (РСН), т.е. без включения фазовращателей, где сплошная и пунктирная линии обозначают плоскости сечения ДНА при ϕ=0° и (ϕ=90° соответственно. При этом можно видеть, что максимальное излучение направлено по нормали к экрану 6 и ДНА обладает низким УБЛ.
На фиг. 5 изображена угловая зависимость коэффициента эллиптичности (КЭ) в РСН при ϕ=0°. В максимуме главного лепестка КЭ приближается к единице, следовательно, поляризация антенной решетки - круговая.
Работает устройство следующим образом.
При подаче СВЧ-сигнала на вход ДОС 3 сигнал разделяется посредством кольцевых делителей мощности и далее, проходя через фазовращатели, поступает на линии задержки. По фидерной линии сигнал далее поступает на входы подрешеток 1 и возбуждает излучающие элементы 2, которые формируют поле круговой поляризации, максимальное излучение которого направлено по нормали к экрану 6. Электрическое сканирование выполняется за счет изменения амплитуднофазового распределения в раскрыве антенной решетки, т.е. управление положением максимума ДНА осуществляется за счет сдвига фаз между токами соседних подрешеток 1 при подаче управляющего напряжения на pin-диоды фазовращателей.
Таким образом, антенна метерадиолокатора круговой поляризации по заявленному техническому решению эффективна и надежна при сопровождения аэрологического зонда за счет снижения потерь мощности на полосковых СВЧ-устройствах и упрощения схемы ДОС, а также применения спадающего к краям апертуры амплитудного распределения в раскрыве антенной решетки, что уменьшает УБЛ сохраняя высокий коэффициент усиления антенны. Повышаются КПД антенны и технологичность изготовления изделия.
Claims (2)
1. Антенна метеорадиолокатора круговой поляризации, содержащая фазированную антенную решетку, выполненную по меньшей мере из четырех подрешеток с излучающими элементами, которые соединены с соответствующими выходами диаграммообразующей схемы, отличающаяся тем, что форма излучающих элементов выполнена так, что обеспечивает круговую поляризацию антенной решетки, схема размещения излучающих элементов выполнена двоичноэтажной с неравномерным амплитудным распределением по излучающим элементам в виде тройниковых делителей мощности с неравным коэффициентом деления, а подрешетки с излучающими элементами выполнены радиально симметричными и расположены равноудаленно относительно центра антенны.
2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что форма излучающих элементов выполнена в виде полосковой антенны квадратной формы со срезанной парой диагонально расположенных углов, в зависимости от выбора которых относительно питающей линии реализуют правую или левую круговую поляризацию.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138730A RU2670235C1 (ru) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | Антенна метеорадиолокатора круговой поляризации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138730A RU2670235C1 (ru) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | Антенна метеорадиолокатора круговой поляризации |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2670235C1 true RU2670235C1 (ru) | 2018-10-19 |
Family
ID=63862262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017138730A RU2670235C1 (ru) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | Антенна метеорадиолокатора круговой поляризации |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2670235C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5367307A (en) * | 1990-10-03 | 1994-11-22 | Critt & Universite' De Rennes 1 | Microwave plate antenna printed on a substrate |
| RU2161847C1 (ru) * | 2000-03-29 | 2001-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью предприятие "МЕТЕО" | Антенная система метеолокатора |
| RU2195056C2 (ru) * | 2000-12-15 | 2002-12-20 | Открытое акционерное общество "МЕТЕО" | Антенная система метеолокатора с линейной и круговой поляризацией |
| RU50052U1 (ru) * | 2005-04-28 | 2005-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие особое конструкторское бюро "Пеленг" | Антенная система радиолокатора с управляемой поляризацией |
| US8098189B1 (en) * | 2008-09-23 | 2012-01-17 | Rockwell Collins, Inc. | Weather radar system and method using dual polarization antenna |
-
2017
- 2017-11-07 RU RU2017138730A patent/RU2670235C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5367307A (en) * | 1990-10-03 | 1994-11-22 | Critt & Universite' De Rennes 1 | Microwave plate antenna printed on a substrate |
| RU2161847C1 (ru) * | 2000-03-29 | 2001-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью предприятие "МЕТЕО" | Антенная система метеолокатора |
| RU2195056C2 (ru) * | 2000-12-15 | 2002-12-20 | Открытое акционерное общество "МЕТЕО" | Антенная система метеолокатора с линейной и круговой поляризацией |
| RU50052U1 (ru) * | 2005-04-28 | 2005-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие особое конструкторское бюро "Пеленг" | Антенная система радиолокатора с управляемой поляризацией |
| US8098189B1 (en) * | 2008-09-23 | 2012-01-17 | Rockwell Collins, Inc. | Weather radar system and method using dual polarization antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bucci et al. | A deterministic two dimensional density taper approach for fast design of uniform amplitude pencil beams arrays | |
| Zhao et al. | All-metal transmit-array for circular polarization design using rotated cross-slot elements for high-power microwave applications | |
| WO2000028344A1 (en) | Antenna and method for two-dimensional angle-of-arrival determination | |
| Kumar et al. | Broadband monopulse microstrip antenna array for X‐band monopulse tracking | |
| US3553706A (en) | Array antennas utilizing grouped radiating elements | |
| Shen et al. | Design of a multimode feed horn applied in a tracking antenna | |
| GB2563834A (en) | Wideband antenna array | |
| RU2670235C1 (ru) | Антенна метеорадиолокатора круговой поляризации | |
| Abo El-Hassan et al. | Shaped-beam circularly polarized antenna array of linear elements for satellite and SAR applications | |
| Mir et al. | Broadband circular polarized cross bow tie antenna for terahertz range | |
| Colak et al. | SLL suppressed monopulse microstrip antenna design | |
| Pal et al. | Generating a pure circularly polarised axial beam from a pattern reconfigurable square loop antenna | |
| RU2349006C1 (ru) | Антенная система двухкоординатного пеленгатора | |
| Han et al. | Design of an L‐Band Cross‐Dipole Phased Array Feed for FAST | |
| Bui et al. | Design of beam steering antenna for localization applications | |
| Su et al. | Multibeam Radiations of Aperiodic Phased Array of Antennas Excited by Fisheye Lens BFN | |
| Rezazadeh et al. | A CRPA array with dual‐mode patch antenna elements for GPS applications | |
| Kedar | Indigenous state-of-the-art development of wide band and wide scan active phased array antennas | |
| Royer | Directive gain and impedance of a ring array of antennas | |
| Cao et al. | Conformal multi-beam directional array antenna | |
| Deshmukh et al. | Circularly polarized microstrip reflectarray with microstrip antenna feed | |
| RU2680665C1 (ru) | Кольцевая концентрическая модульная антенная решетка | |
| Mofrad et al. | Comparison of antenna beam broadening methods for phased array radar applications | |
| Darvazehban et al. | Design of a high‐gain omni directional microstrip dipole array with low side lobe level in the elevation plane | |
| Neophytou et al. | A Circularly-Polarized Zero Beam-Squinting Leaky-Wave Antenna Using NRI-TL Metamaterials with Increased Gain |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |