RU2737700C1 - Method of constructing a broadband antenna array - Google Patents
Method of constructing a broadband antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2737700C1 RU2737700C1 RU2020119266A RU2020119266A RU2737700C1 RU 2737700 C1 RU2737700 C1 RU 2737700C1 RU 2020119266 A RU2020119266 A RU 2020119266A RU 2020119266 A RU2020119266 A RU 2020119266A RU 2737700 C1 RU2737700 C1 RU 2737700C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- printed
- vibrators
- plane
- antenna array
- dielectric substrate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в приемопередающих активных фазированных антенных решетках (АФАР).The invention relates to antenna technology and is intended for use in transmit-receive active phased antenna arrays (AFAR).
Известен способ построения антенной решетки (АР) [1 - стр. 313 - Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа. - 432 с.], в котором в стенке волновода, закороченном на конце, выполняют ряд щелей, каждая из которых имеет длину λ/2, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона длин волн антенной решетки, при этом расстояние между щелями и между крайними щелями и концами волновода устанавливают равными соответственно λ и λ/2.The known method of constructing an antenna array (AR) [1 - p. 313 - Sazonov D.M. Antennas and microwave devices. M .: Higher school. - 432 p.], In which a number of slots are made in the wall of the waveguide, shorted at the end, each of which has a length of λ / 2, where λ is the average wavelength of the operating wavelength range of the antenna array, while the distance between the slots and between the extreme the slots and ends of the waveguide are set equal to λ and λ / 2, respectively.
Недостатком известного способа является ограниченность рабочей полосы частот [1 - стр. 316], высокий профиль, составляющий λ/4 и высокий вес за счет необходимости использования металлических волноводов.The disadvantage of this method is the limited operating frequency band [1 - p. 316], a high profile of λ / 4 and high weight due to the need to use metal waveguides.
Известен способ построения антенной решетки [2 - стр. 144 - Воскресенский Д.И., Кременецкий С.Д. и др. Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ. М: Радио и связь. 1988. - 240 с.], при котором печатные вибраторы с плечами из проводящих металлических пластин прямоугольной формы, располагают на диэлектрической подложке, приподнятой над проводящим экраном, плоскость подложки параллельна проводящему экрану и приподнята над ним на высоту L, при этом вибраторы расположены эквидистантно в узлах прямоугольной или треугольной сетки.The known method of constructing an antenna array [2 - p. 144 - Resurrection DI, Kremenetsky S.D. and other Computer-aided design of antennas and microwave devices. M: Radio and communication. 1988. - 240 p.], In which printed vibrators with shoulders of rectangular conducting metal plates are placed on a dielectric substrate raised above the conducting screen, the plane of the substrate is parallel to the conducting screen and raised above it to a height L, while the vibrators are located equidistantly in nodes of a rectangular or triangular mesh.
К недостатками известного способа следует отнести:The disadvantages of this method include:
- недостаточную полосу рабочих частот полосковых излучателей, составляющую не более 3% [3 - стр. 128 - Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь. 1986. - 144 с.], в то время как в системах связи требуются полосы 12% и более;- insufficient band of operating frequencies of strip emitters, constituting no more than 3% [3 - p. 128 - Panchenko BA, Nefedov EI. Microstrip antennas. M .: Radio and communication. 1986. - 144 p.], While communication systems require bandwidths of 12% or more;
- высокий профиль антенной решетки, около λ/4. - high profile of the antenna array, about λ / 4.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ построения антенной решетки [4 - патент РФ №2592731, МПК H01O 21/00, «Способ построения антенной решетки», опубл. 27.07.2016 г.], взятый за прототип, при котором печатные вибраторы с плечами из проводящих металлических пластин, располагают на диэлектрической подложке над проводящим экраном, при этом печатные вибраторы расположены эквидистантно в узлах прямоугольной сетки.The closest in technical essence to the invention is a method for constructing an antenna array [4 - RF patent No. 2592731, IPC H01O 21/00, "Method for constructing an antenna array", publ. 07/27/2016], taken as a prototype, in which printed vibrators with shoulders of conductive metal plates are placed on a dielectric substrate above a conductive screen, while the printed vibrators are located equidistantly at the nodes of a rectangular grid.
Диэлектрические подложки прямоугольной формы, каждая из которых содержит линейку печатных вибраторов, устанавливают таким образом, чтобы плоскости диэлектрических подложек были расположены параллельно друг другу и перпендикулярно проводящему экрану, плечи печатных вибраторов были расположены параллельно проводящему экрану на высоте меньшей или равной λ/4, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона длин волн антенной решетки, при этом расстояние dy между соседними диэлектрическими подложками по оси Y устанавливают из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости Y, а расстояние dx между центрами печатных вибраторов по оси X - из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости X, в каждой диэлектрической подложке в ее верхней и нижней части между печатными вибраторами выполняют прямоугольные пазы, соединяют диэлектрические подложки между собой по оси Y путем плотной установки в эти пазы диэлектрических профилей квадратного сечения, в которых выполнены поперечные канавки в местах их установки в пазы, при этом нижние диэлектрические профили крепят к проводящему экрану клеем или винтами, а запитку каждого печатного вибратора осуществляют с помощью полосковой линии, которую подключают к внешнему фидеру с помощью врубных разъемов, расположенных у основания диэлектрических подложек.Rectangular dielectric substrates, each of which contains a line of printed vibrators, are installed so that the planes of the dielectric substrates are parallel to each other and perpendicular to the conductive screen, the printed vibrator arms are located parallel to the conductive screen at a height less than or equal to λ / 4, where λ is the average wavelength of the operating wavelength range of the antenna array, while the distance d y between adjacent dielectric substrates along the Y axis is set from the condition of providing the required scanning sector in the Y plane, and the distance d x between the centers of the printed vibrators along the X axis is set from the condition of ensuring the required scanning sectors in the X plane, in each dielectric substrate in its upper and lower parts, rectangular grooves are made between the printed vibrators, the dielectric substrates are connected to each other along the Y axis by densely installing square dielectric profiles in these grooves, in which There are transverse grooves in the places of their installation in the grooves, while the lower dielectric profiles are attached to the conductive screen with glue or screws, and each printed vibrator is powered using a strip line, which is connected to an external feeder using cut-in connectors located at the base of the dielectric substrates.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- недостаточная полоса рабочих частот полосковых излучателей, составляющая не более 3% [3 - стр. 128], в то время как в системах связи требуются полосы 12% и более;- insufficient band of operating frequencies of strip emitters, constituting no more than 3% [3 - p. 128], while in communication systems, bandwidths of 12% or more are required;
- высокий профиль антенной решетки, около λ/4.- high profile of the antenna array, about λ / 4.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение полосы рабочих частот антенной решетки.The technical problem to be solved by the present invention is the expansion of the operating frequency band of the antenna array.
Для решения указанной технической проблемы предлагается способ построения широкополосной антенной решетки, при котором печатные вибраторы с плечами из проводящих металлических пластин, располагают на диэлектрической подложке над проводящим экраном, при этом печатные вибраторы размещают эквидистантно в узлах прямоугольной сетки, а запитку каждого печатного вибратора осуществляют с помощью полосковой линии, которую подключают к внешнему фидеру.To solve this technical problem, a method is proposed for constructing a broadband antenna array, in which printed vibrators with shoulders made of conductive metal plates are placed on a dielectric substrate above a conductive screen, while the printed vibrators are placed equidistantly at the nodes of a rectangular grid, and each printed vibrator is powered using strip line that is connected to an external feeder.
Согласно изобретению, размещают плоскость диэлектрической подложки с печатными вибраторами параллельно проводящему экрану, уменьшают длину вибраторов таким образом, чтобы шаг их размещения в плоскости X не превышал 0,25 λB, где λB - длина волны верхней границы рабочего диапазона антенной решетки, снижают шаг размещения вибраторов в плоскости Y, так, чтобы края плечей соседних вибраторов соприкасались между собой.According to the invention, the plane of the dielectric substrate with printed vibrators is placed parallel to the conducting screen, the length of the vibrators is reduced so that the pitch of their placement in the X plane does not exceed 0.25 λ B , where λ B is the wavelength of the upper limit of the working range of the antenna array, the pitch is reduced placing the vibrators in the Y plane, so that the edges of the shoulders of adjacent vibrators are in contact with each other.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение высоты профиля антенной решетки.The technical result of the proposed invention is to reduce the height of the profile of the antenna array.
Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:A comparative analysis of the claimed method and the prototype shows that their difference is as follows:
- в предлагаемом способе диэлектрическую подложку с печатными вибраторами устанавливают параллельно проводящему экрану, в то время как в прототипе плоскости диэлектрических подложек с печатными вибраторами перпендикулярны проводящему экрану;- in the proposed method, the dielectric substrate with printed vibrators is installed parallel to the conductive screen, while in the prototype the planes of the dielectric substrates with printed vibrators are perpendicular to the conductive screen;
- в предлагаемом способе края вибраторов в плоскости Y соприкасаются между собой, в то время как в прототипе диэлектрические подложки с печатными вибраторами в этой плоскости расположены с шагом dY.- in the proposed method, the edges of the vibrators in the Y plane are in contact with each other, while in the prototype dielectric substrates with printed vibrators in this plane are located with a step d Y.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения широкополосной антенной решетки из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinctive features and properties of the proposed method for constructing a broadband antenna array is not known from the literature, therefore it meets the criteria of novelty and inventive step.
На фиг. 1 приведен один из вариантов широкополосной антенной решетки, построенной с использованием предлагаемого способа. FIG. 1 shows one of the options for a broadband antenna array built using the proposed method.
На фиг. 2 приведена расчетная частотная зависимость КСВ антенной решетки.FIG. 2 shows the calculated frequency dependence of the antenna array SWR.
На фиг. З приведена расчетная зависимость коэффициента усиления антенной решетки от частоты.FIG. 3 shows the calculated dependence of the antenna array gain on frequency.
На фиг. 4 приведена расчетная диаграмма направленности антенной решетки на нижней рабочей частоте.FIG. 4 shows the calculated directional diagram of the antenna array at the lower operating frequency.
На фиг. 5 приведена расчетная диаграмма направленности антенной решетки на верхней рабочей частоте.FIG. 5 shows the calculated directional diagram of the antenna array at the upper operating frequency.
При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:When implementing the proposed method, the following sequence of actions is performed:
- располагают печатные вибраторы с плечами из проводящих металлических пластин, на диэлектрической подложке над проводящим экраном, при этом печатные вибраторы размещают эквидистантно в узлах прямоугольной сетки -1,- printed vibrators with shoulders made of conductive metal plates are placed on a dielectric substrate above the conductive screen, while the printed vibrators are placed equidistantly at the nodes of the rectangular mesh -1,
- осуществляют запитку каждого печатного вибратора с помощью полосковой линии, которую подключают к внешнему фидеру - 2;- each printed vibrator is powered using a strip line, which is connected to an external feeder - 2;
- размещают плоскость диэлектричекой подложки с печатными вибраторами параллельно проводящему экрану, уменьшают длину печатных вибраторов таким образом, чтобы шаг их размещения в плоскости X не превышал 0,25 λB, где λB - длина волны верхней границы рабочего диапазона антенной решетки - 3;- the plane of the dielectric substrate with printed vibrators is placed parallel to the conducting screen, the length of the printed vibrators is reduced so that the pitch of their placement in the X plane does not exceed 0.25 λ B , where λ B is the wavelength of the upper limit of the working range of the antenna array - 3;
- снижают шаг размещения печатных вибраторов в плоскости Y, так, чтобы края плечей соседних печатных вибраторов соприкасались между собой - 4.- reduce the pitch of placing the printed vibrators in the Y plane, so that the edges of the shoulders of adjacent printed vibrators are in contact with each other - 4.
Один из вариантов широкополосной антенной решетки из 32 вибраторов, построенной с использованием предлагаемого способа, содержит (фиг. 1) диэлектрическую подложку с печатными вибраторами 1, размещенными эквидистантно в узлах прямоугольной сетки, при этом плечи печатных вибраторов выполнены из проводящих металлических пластин, а диэлектрическая подложка 1 размещена над проводящим экраном 2. Вертикальные диэлектрические пластины 3, расположенные с шагом dy в плоскости Y и соединенные с диэлектрической подложкой с печатными вибраторами 1 с помощью выступов 4, а также вертикальные диэлектрические пластины 5, расположенные перпендикулярно вертикальным диэлектрическим пластинам 3 с шагом dx в плоскости X и соединенные с диэлектрической подложкой с печатными вибраторами 1 с помощью выступов 6.One of the variants of a broadband antenna array of 32 vibrators, built using the proposed method, contains (Fig. 1) a dielectric substrate with printed
Края плечей печатных вибраторов соприкасаются по оси Y и размещены в зонах металлизации 7 и 8, вытянутых в плоскости Y. Запитка печатных вибраторов осуществляется в точках 9, через верхние концы полосковых линий, расположенных на вертикальных диэлектрических пластинах 3. Нижние концы полосковых линий (на фиг. 1 не показаны) подключены к внешнему фидеру (на фиг. 1 не показан).The edges of the printed vibrator arms are in contact along the Y axis and are located in the
Плоскость диэлектрической подложки 1 с печатными вибраторами размещена параллельно проводящему экрану 2.The plane of the
Шаг размещения печатных вибраторов в плоскости X не превышает 0,25 λB, где λB - длина волны верхней границы рабочего диапазона антенной решетки. Расстояние между диэлектрической подложкой с печатными вибраторами 1 и проводящим экраном 2 не превышает 0,16 λB.The pitch of the printed vibrators in the X plane does not exceed 0.25 λ B , where λ B is the wavelength of the upper limit of the working range of the antenna array. The distance between the dielectric substrate with printed
Диэлектрическая подложка с печатными вибраторами 1, проводящий экран 2 и вертикальные диэлектрические пластины 3 могут быть выполнены из фольгированного стеклотекстолита или другого фольгированного диэлектрика. Печатные вибраторы и полосковые линии выполняются с помощью травления.The dielectric substrate with printed
Вертикальные диэлектрические пластины 5 могут быть выполнены из стеклотекстолита или другого диэлектрика.Vertical
Расчетная частотная зависимость коэффициента стоячей волны (КСВ) антенной решетки приведена на фиг. 2. По уровню КСВ равного 2 перекрытие по крайним рабочим частотам антенной решетки составляет не менее 1,75.The calculated frequency dependence of the standing wave ratio (SWR) of the antenna array is shown in Fig. 2. At the SWR level equal to 2, the overlap at the extreme operating frequencies of the antenna array is not less than 1.75.
Расчетная зависимость коэффициента усиления антенной решетки от частоты приведена на фиг. 3.The calculated dependence of the antenna array gain on frequency is shown in Fig. 3.
Расчетные диаграммы направленности для антенной решетки размером 64×64 излучателя на нижней рабочей частоте приведены на фиг. 4, а на верхней рабочей частоте - на фиг. 5. Предлагаемая антенная решетка обеспечивает сканирование в плоскости X в угловом секторе ±70° в рабочей полосе частот без возникновения дифракционных лепестков. The calculated radiation patterns for a 64 × 64 antenna array of the radiator at the lower operating frequency are shown in Fig. 4, and at the upper operating frequency - in Fig. 5. The proposed antenna array provides scanning in the X plane in an angular sector of ± 70 ° in the operating frequency band without the appearance of diffraction lobes.
Предложенный способ обеспечивает расширение полосы рабочих частот антенной решетки, по сравнению с прототипом, не менее, чем в 6 раз.The proposed method provides an expansion of the operating frequency band of the antenna array, in comparison with the prototype, not less than 6 times.
Предложенный способ обеспечивает снижение профиля антенной решетки до 0,16 λB, в то время как в прототипе он составляет 0,25 λB.The proposed method reduces the profile of the antenna array to 0.16 λ B , while in the prototype it is 0.25 λ B.
Для проверки предлагаемого способа был изготовлен макет, испытания которого показали совпадение полученных характеристик с расчетными.To test the proposed method, a model was made, the tests of which showed the coincidence of the obtained characteristics with the calculated ones.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119266A RU2737700C1 (en) | 2020-06-03 | 2020-06-03 | Method of constructing a broadband antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020119266A RU2737700C1 (en) | 2020-06-03 | 2020-06-03 | Method of constructing a broadband antenna array |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2737700C1 true RU2737700C1 (en) | 2020-12-02 |
Family
ID=73792532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020119266A RU2737700C1 (en) | 2020-06-03 | 2020-06-03 | Method of constructing a broadband antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2737700C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4912477A (en) * | 1988-11-18 | 1990-03-27 | Grumman Aerospace Corporation | Radar system for determining angular position utilizing a linear phased array antenna |
RU131241U1 (en) * | 2013-03-22 | 2013-08-10 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | ANTENNA ELEMENT OF A LOW PROFILE PHASED ANTENNA ARRAY |
EP2975688A1 (en) * | 2014-07-15 | 2016-01-20 | Alcatel Lucent | Antenna feed and method of configuring an antenna feed |
RU2592731C1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing antenna array |
RU2592721C1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing antenna array |
RU2699555C1 (en) * | 2019-02-12 | 2019-09-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Antenna array construction method |
-
2020
- 2020-06-03 RU RU2020119266A patent/RU2737700C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4912477A (en) * | 1988-11-18 | 1990-03-27 | Grumman Aerospace Corporation | Radar system for determining angular position utilizing a linear phased array antenna |
RU131241U1 (en) * | 2013-03-22 | 2013-08-10 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | ANTENNA ELEMENT OF A LOW PROFILE PHASED ANTENNA ARRAY |
EP2975688A1 (en) * | 2014-07-15 | 2016-01-20 | Alcatel Lucent | Antenna feed and method of configuring an antenna feed |
RU2592731C1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing antenna array |
RU2592721C1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing antenna array |
RU2699555C1 (en) * | 2019-02-12 | 2019-09-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Antenna array construction method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108511913B (en) | Base station antenna and dual-polarized antenna oscillator thereof | |
CN110034377B (en) | Antenna device | |
RU2592731C1 (en) | Method of constructing antenna array | |
CN111244625B (en) | Dual-frequency dual-polarized antenna and radiating unit | |
CN102983401B (en) | Low-consumption low-minor lobe high-gain planar frequency scan antenna | |
CN102800954B (en) | Antenna unit, antenna module and multi-antenna module | |
CN105322291A (en) | Microstrip array antenna | |
EP3477771B1 (en) | Printed dipole antenna, array antenna, and communications device | |
CN115117615B (en) | Double-circularly-polarized flat plate electric scanning antenna based on 2bit phase digitization | |
EP3973592B1 (en) | Antenna array assembly | |
RU2737700C1 (en) | Method of constructing a broadband antenna array | |
CN108539422B (en) | Three-dimensional meandering substrate integrated waveguide near-field focusing scanning leaky-wave slot array antenna | |
RU2592721C1 (en) | Method of constructing antenna array | |
RU2730111C1 (en) | Broadband antenna array construction method | |
Aprizal et al. | Design and simulation of multi layer parasitic microstrip biquad patch antenna for WLAN 2.4 GHz applications | |
RU2699555C1 (en) | Antenna array construction method | |
CN110729557A (en) | EBG structure and millimeter wave microstrip antenna based on EBG structure | |
CN108539414B (en) | Compact-structure light high-efficiency slot antenna and antenna array | |
CN114914683A (en) | Millimeter wave dual-polarized array element with high isolation and array antenna | |
CN210778967U (en) | EBG structure and millimeter wave microstrip antenna based on EBG structure | |
JP7425868B2 (en) | electromagnetic band gap structure | |
CN107425269B (en) | Multi-frequency common-caliber broadband radiator | |
RU2436207C1 (en) | Antenna curtain for active phased antenna array based on broadband radiating elements | |
RU150630U1 (en) | Fragment of a Broadband Phased Antenna Array in Three Frequency Bands | |
CN220106894U (en) | Millimeter wave series feed microstrip array antenna |