RU2738332C1 - Linear vertical array of vertical polarization with circular azimuth pattern and built-in antenna channel of glonass/gps standard - Google Patents

Linear vertical array of vertical polarization with circular azimuth pattern and built-in antenna channel of glonass/gps standard Download PDF

Info

Publication number
RU2738332C1
RU2738332C1 RU2020109968A RU2020109968A RU2738332C1 RU 2738332 C1 RU2738332 C1 RU 2738332C1 RU 2020109968 A RU2020109968 A RU 2020109968A RU 2020109968 A RU2020109968 A RU 2020109968A RU 2738332 C1 RU2738332 C1 RU 2738332C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
conformal
power divider
channel
support
glonass
Prior art date
Application number
RU2020109968A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иосифович Винников
Александр Владимирович Сучков
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" filed Critical Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина"
Priority to RU2020109968A priority Critical patent/RU2738332C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738332C1 publication Critical patent/RU2738332C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to superhigh-frequency equipment, specifically to transceiving antennae with circular pattern in azimuth plane, intended for radiation/reception of vertical polarization waves, and can be used in active radar systems with active response, in particular automatic dependent surveillance-broadcasting stations (ADS-B) and multi-position surveillance systems (MPSS), equipped for the purpose of synchronization and determining own location of GLONASS/GPS navigation equipment. Disclosed technical result is achieved due to that vertical polar array of vertical polarization with circular azimuth pattern includes vertical support in form of hollow metal cylinder with metal screen in upper end part, distribution system, which is an N-channel power divider (N is an integer), outputs of which are connected to inputs of N identical power dividers in halves, and N identical emitters arranged along support axial line, each of which consists of two conformal slot radiators unfolded by 180° relative to each other in horizontal plane, and in-phase excited by power divider in two, wherein the distribution system and the radiators are made on the basis of the conformal symmetrical stripline line in the form of a multilayer structure consisting of five odd current conducting layers and four even dielectric layers, which are concentrically conjugated with the outer surface of the support, forming a topology of strip conductors and screens of the N-channel power divider, power dividers in half and conformal radiators and releasing the upper and inner parts of the support for embedding the GLONASS/GPS antenna channel, and connection of outputs of N-channel power divider with corresponding inputs of dividers in halves is made in form of N current conducting jumpers and N current-conducting U-shaped screens, passing through all layers of structure and forming together sections of symmetrical strip line.
EFFECT: high operating frequency range while maintaining high gain, possibility of expanding the working sector in the elevation plane when forming a beam pattern of a special shape, in particular coaxial, as well as having an internal GLONASS/GPS antenna channel.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, а именно к приемопередающим антеннам с круговой диаграммой направленности в азимутальной плоскости, предназначенным для излучения/приема волн вертикальной поляризации, и может быть использовано в системах активной радиолокации с активным ответом, в частности, станциях автоматического зависимого наблюдения-вещания (АЗН-В) и многопозиционных системах наблюдения (МПСН), оснащенных с целью синхронизации и определения собственного местоположения навигационным оборудованием стандарта ГЛОНАСС/GPS.The invention relates to microwave technology, namely to transmitting and receiving antennas with a circular radiation pattern in the azimuthal plane, designed to emit / receive waves of vertical polarization, and can be used in active radar systems with an active response, in particular, automatic dependent surveillance-broadcasting stations (ADS-V) and multi-position surveillance systems (MPSN), equipped with navigation equipment of the GLONASS / GPS standard for synchronization and determination of their own location.

Известны линейные антенные решетки с ненаправленной и слабонаправленной азимутальной диаграммой направленности (ДН) при аксиальной поляризации (см. Инденбом М.В. Антенные решетки подвижных обзорных РЛС. Теория, расчет, конструкции. М., «Радиотехника», 2015, с. 307-315), которые состоят из распределительной системы и пластинчатых излучателей, размещенных на единой печатной плате. Неравномерность ненаправленной азимутальной ДН, обеспечиваемая данной конструкцией, не превышает 1,3 дБ. Недостатком такого построения является увеличение поперечного (горизонтального) размера антенны, а также сложность реализации пластинчатого излучателя и необходимость его настройки для достижения указанной неравномерности азимутальной ДН.Known linear antenna arrays with omnidirectional and weakly directional azimuthal radiation pattern (BP) with axial polarization (see MV Indenbom Antenna arrays of mobile surveillance radars. Theory, calculation, designs. M., "Radiotekhnika", 2015, S. 307- 315), which consist of a distribution system and plate radiators located on a single printed circuit board. The unevenness of the non-directional azimuthal pattern provided by this design does not exceed 1.3 dB. The disadvantage of this arrangement is the increase in the transverse (horizontal) size of the antenna, as well as the complexity of the implementation of the plate radiator and the need to adjust it to achieve the specified irregularity of the azimuthal pattern.

Наиболее близким аналогом, выделенным авторами в качестве прототипа заявляемого устройства, является всенаправленная антенная система со специальной диаграммой направленности (патент №2639563 С1 (RU), опубл. 21.12.2017, бюл. №36), которая состоит из вертикальной опоры в виде полой металлической колонны поперечным размером 0,18…0,25λ, (где λ - длина волны) с установленными на ней двумя рефлекторами, непрерывными вдоль всей длины полой металлической колонны, распределительной системы, помещенной внутри колонны и представляющей собой N-канальный делитель мощности (N - целое число), выходы которого соединены с входами N одинаковых делителей мощности пополам, и N одинаковых излучателей, установленных вдоль колонны на расстоянии около λ/2, каждый из которых выполнен на основе двух конформных полосковых излучателей, соединенных через согласователи с выходами делителя мощности пополам, при этом конформные полосковые излучатели имеют прямоугольные вырезы на боковых гранях и размещены на противоположных сторонах колонны, повторяя форму ее поперечного сечения. Такая конструкция позволяет обеспечить возможность формирования ДН специальной формы в вертикальной плоскости, в частности косекансной, с неравномерностью ДН в горизонтальной плоскости не более 0,3 дБ при отсутствии настройки. Для увеличения уровня косекансной ДН в области углов, близких к оси металлической колонны, в верхней части антенной системы устанавливается дополнительный излучатель круговой поляризации, а число каналов N-канального делителя мощности увеличивается до N+1.The closest analogue identified by the authors as a prototype of the claimed device is an omnidirectional antenna system with a special directional pattern (patent No. 2639563 C1 (RU), publ. 12.21.2017, bul. No. 36), which consists of a vertical support in the form of a hollow metal columns with transverse dimensions 0.18 ... 0.25λ, (where λ is the wavelength) with two reflectors installed on it, continuous along the entire length of the hollow metal column, a distribution system placed inside the column and representing an N-channel power divider (N - an integer), the outputs of which are connected to the inputs of N identical power dividers in half, and N identical emitters installed along the column at a distance of about λ / 2, each of which is based on two conformal strip emitters connected through matchers with the outputs of the power divider in half, in this case, conformal strip emitters have rectangular cutouts on the side faces and are placed on the opposite on the positive sides of the column, repeating the shape of its cross-section. This design makes it possible to form a special shape pattern in the vertical plane, in particular cosecant pattern, with pattern irregularity in the horizontal plane of no more than 0.3 dB in the absence of tuning. To increase the level of the cosecant BP in the region of angles close to the axis of the metal column, an additional emitter of circular polarization is installed in the upper part of the antenna system, and the number of channels of the N-channel power divider is increased to N + 1.

Однако недостатком данного изобретения является проблематичность увеличения рабочего диапазона частот без снижения коэффициента усиления антенной системы, что связано с необходимостью выравнивания длин каналов N-канального делителя с точностью ±λ/2, позволяющей реализовать фазовое распределение, требуемое для формирования заданной угломестной ДН во всем рабочем диапазоне частот. При этом предполагается увеличение длин большинства каналов, что при значениях N>10 приведет к существенному увеличению поперечного размера делителя, и его размещение внутри вертикальной опоры, максимальный поперечный размер которой ограничен величиной λ/4, окажется невозможным. Решение данной проблемы требует миниатюризации топологии N-канального делителя мощности с соответствующим ухудшением КПД распределительной системы, а следовательно и коэффициента усиления антенны.However, the disadvantage of this invention is the problematicness of increasing the operating frequency range without reducing the gain of the antenna system, which is associated with the need to equalize the channel lengths of the N-channel divider with an accuracy of ± λ / 2, which makes it possible to implement the phase distribution required to form a given elevation pattern in the entire operating range frequencies. In this case, it is assumed that the lengths of most of the channels will increase, which, at N> 10, will lead to a significant increase in the transverse size of the divider, and its placement inside a vertical support, the maximum transverse size of which is limited by λ / 4, will be impossible. The solution to this problem requires a miniaturization of the topology of the N-channel power divider with a corresponding deterioration in the efficiency of the distribution system, and therefore in the antenna gain.

Кроме того, при таком построении ограничена возможность расширения рабочего сектора ДН в угломестной плоскости без возникновения дифракционных лепестков, поскольку расположение излучающих элементов вдоль опоры антенной системы с шагом менее λ/2 затруднительно, что определяется вертикальным размером конформного полоскового излучателя. Поэтому в верхней части антенной системы для повышения уровня косекансной ДН под углами места, близкими к вертикальной оси опоры, требуется установка дополнительного излучателя круговой поляризации, что приводит к усложнению N-канального делителя мощности из-за необходимости увеличения числа его каналов до N+1 и проблематичности встраивания в конструкцию антенного канала стандарта ГЛОНАСС/GPS. Также следует отметить, что уменьшение вертикального размера конформного полоскового излучателя, достигаемое за счет увеличения его электрической длины с помощью прямоугольных вырезов на его боковых гранях, приводит к росту уровня кроссполяризационной составляющей ДН.In addition, with this arrangement, the possibility of expanding the working sector of the antenna pattern in the elevation plane without the appearance of diffraction lobes is limited, since the location of the radiating elements along the support of the antenna system with a pitch of less than λ / 2 is difficult, which is determined by the vertical size of the conformal strip radiator. Therefore, in the upper part of the antenna system, in order to increase the level of the cosecant pattern at elevation angles close to the vertical axis of the support, it is required to install an additional emitter of circular polarization, which leads to the complication of the N-channel power divider due to the need to increase the number of its channels to N + 1 and the problematic nature of embedding the GLONASS / GPS standard into the antenna channel design. It should also be noted that a decrease in the vertical size of a conformal strip emitter, achieved by increasing its electrical length using rectangular cutouts on its lateral faces, leads to an increase in the level of the cross-polarization component of the MD.

Целью изобретения является увеличение рабочего диапазона частот с сохранением высокого коэффициента усиления, расширение рабочего сектора в угломестной плоскости при формировании ДН специальной формы, в частности косекансной, и создание конструктива, обеспечивающего встраивание антенного канала стандарта ГЛОНАСС/GPS.The aim of the invention is to increase the operating frequency range while maintaining a high gain, expand the working sector in the elevation plane when forming a special shape pattern, in particular cosecant, and create a construct that provides for embedding a GLONASS / GPS antenna channel.

Поставленная цель достигается за счет того, что линейная антенная решетка вертикальной поляризации с круговой азимутальной диаграммой направленности, включает вертикальную опору в виде полого металлического цилиндра с металлическим экраном в верхней торцевой части, распределительную систему, представляющую собой N-канальный делитель мощности (N - целое число), выходы которого соединены с входами N одинаковых делителей мощности пополам, и N одинаковых излучателей, размещенных вдоль осевой линии опоры, каждый из которых состоит из двух конформных щелевых излучателей, развернутых на 180° друг относительно друга в горизонтальной плоскости, и синфазно возбуждаемых делителем мощности пополам, при этом распределительная система и излучатели выполнены на основе конформной симметричной полосковой линии в виде многослойной структуры, состоящей из пяти нечетных токопроводящих слоев и четырех четных диэлектрических слоев, которые концентрично сопряжены с внешней поверхностью опоры, образуя топологию полосковых проводников и экраны N-канального делителя мощности, делителей мощности пополам и конформных излучателей, и освобождая верхнюю и внутреннюю части опоры для встраивания антенного канала стандарта ГЛОНАСС/GPS, а соединение выходов N-канального делителя мощности с соответствующими входами делителей пополам выполнено в виде N токопроводящих перемычек и N токопроводящих П-образных экранов, проходящих насквозь через все слои структуры, и образующих совместно отрезки симметричной полосковой линии.This goal is achieved due to the fact that the linear antenna array of vertical polarization with a circular azimuth directional pattern, includes a vertical support in the form of a hollow metal cylinder with a metal screen in the upper end part, a distribution system, which is an N-channel power divider (N is an integer ), the outputs of which are connected to the inputs of N identical power dividers in half, and N identical emitters located along the centerline of the support, each of which consists of two conformal slot emitters rotated 180 ° relative to each other in the horizontal plane, and in-phase excited by the power divider in half, while the distribution system and emitters are made on the basis of a conformal symmetric strip line in the form of a multilayer structure consisting of five odd conductive layers and four even dielectric layers, which are concentrically conjugated with the outer surface of the support, forming a topology yu strip conductors and screens of N-channel power divider, power dividers in half and conformal emitters, and freeing the upper and inner parts of the support for embedding the antenna channel of the GLONASS / GPS standard, and the connection of the outputs of the N-channel power divider with the corresponding inputs of the dividers in half is made in the form N conductive jumpers and N conductive U-shaped screens passing through all layers of the structure, and jointly forming segments of a symmetrical strip line.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется при помощи графического материала, где:The essence of the invention is illustrated using graphic material, where:

- на фиг. 1 изображена структурная схема линейной антенной решетки;- in Fig. 1 shows a block diagram of a linear antenna array;

- на фиг. 2а показан общий вид линейной антенной решетки;- in Fig. 2a shows a general view of a linear antenna array;

- на фиг. 2б показан разнесенный вид конструкции линейной антенной решетки;- in Fig. 2b shows an exploded view of a linear antenna array structure;

- на фиг. 3 показана конструкция конформного щелевого излучателя, возбуждаемого симметричной полосковой линией;- in Fig. 3 shows the design of a conformal slot radiator driven by a symmetrical strip line;

- на фиг. 4 приведена азимутальная диаграмма направленности линейной антенной решетки;- in Fig. 4 shows the azimuthal directional diagram of a linear antenna array;

- на фиг. 5 приведена угломестная диаграмма направленности линейной антенной решетки.- in Fig. 5 shows the elevation diagram of the linear antenna array.

На фиг. 1 изображена структурная схема линейной антенной решетки, состоящей из распределительной системы (1), включающей N-канальный делитель мощности (2), выходы которого соединены с входами N одинаковых делителей мощности пополам (3) и N одинаковых излучателей (4), каждый из которых содержит два конформных щелевых излучателя (5), возбуждаемых делителем пополам (3). Выходы N-канального делителя (2), делители пополам (3) и излучатели (4) установлены с шагом S вдоль вертикальной опоры (6), которая также используется для размещения встраиваемого антенного канала (7), состоящего из внешней активной антенны для приема сигналов стандарта ГЛОНАСС/GPS (8) и радиочастотного кабеля (9). Позициями (10) и (11) на фиг. 1 обозначены, соответственно, вход распределительной системы (1) линейной антенной решетки и вход антенного канала (7).FIG. 1 shows a block diagram of a linear antenna array consisting of a distribution system (1) including an N-channel power divider (2), the outputs of which are connected to the inputs of N identical power dividers in half (3) and N identical radiators (4), each of which contains two conformal slot emitters (5), excited by a divider in half (3). The outputs of the N-channel divider (2), the dividers in half (3) and the radiators (4) are installed with a pitch S along the vertical support (6), which is also used to accommodate the built-in antenna channel (7), consisting of an external active antenna for receiving signals GLONASS / GPS standard (8) and radio frequency cable (9). Items (10) and (11) in FIG. 1, respectively, the input of the distribution system (1) of the linear antenna array and the input of the antenna channel (7) are indicated.

Общий вид линейной антенной решетки, а также разнесенный вид конструкции показаны, соответственно, на фиг. 2а и фиг. 2б, где введены следующие позиционные обозначения: 1 - распределительная система, 2-N-канальный делитель мощности, 3 - делитель мощности пополам, 4 - излучатель, 5 - конформный щелевой излучатель, 6 - вертикальная опора, 7 - встраиваемый антенный канал, 8 - внешняя активная антенна для приема сигналов стандарта ГЛОНАСС/GPS, 9 - радиочастотный кабель, 10 - вход линейной антенной решетки, 11 - вход антенного канала стандарта ГЛОНАСС/GPS, 12 - П-образный экран, 13 - опорный фланец, 14 - верхний экран, 15 - кольцевой делитель мощности, 16 - балластный резистор, 17 - перемычка, 18 - радиопрозрачный обтекатель, 19, 21, 23, 25, 27 - нечетные токопроводящие слои, 20, 22, 24, 26 - четные диэлектрические слои, А - вид опорного фланца с входами (10) и (11), Б - вид фрагмента топологии N-канального делителя (2), В - вид топологии делителя пополам (3), Г - вид соединения выхода N-канального делителя мощности с соответствующим входом делителя пополам (показано в разрезе, позиции 18, 20, 22, 24, 26, 27 скрыты).A general view of the linear antenna array as well as an exploded view of the structure are shown in FIG. 2a and FIG. 2b, where the following reference designations are introduced: 1 - distribution system, 2-N-channel power divider, 3 - power divider in half, 4 - radiator, 5 - conformal slot radiator, 6 - vertical support, 7 - built-in antenna channel, 8 - external active antenna for receiving signals of the GLONASS / GPS standard, 9 - radio frequency cable, 10 - input of the linear antenna array, 11 - input of the antenna channel of GLONASS / GPS standard, 12 - U-shaped screen, 13 - support flange, 14 - upper screen, 15 - ring power divider, 16 - ballast resistor, 17 - jumper, 18 - radio-transparent fairing, 19, 21, 23, 25, 27 - odd conductive layers, 20, 22, 24, 26 - even dielectric layers, A - type of reference flange with inputs (10) and (11), B - view of a fragment of the topology of the N-channel divider (2), C - view of the topology of the divider in half (3), D - type of connection of the output of the N-channel power divider with the corresponding input of the divider in half ( shown in section, positions 18, 20, 22, 24, 26, 27 are hidden).

Конструкция линейной антенной решетки, состоящей из N одинаковых излучателей (4), запитанных от распределительной системы (1), выполнена на основе многослойной структуры, включающей пять нечетных токопроводящих (19, 21, 23, 25, 27) слоев и четыре четных диэлектрических слоя (20, 22, 24, 26), которые концентрично сопряжены с вертикальной опорой (6), закрепленной на круглом опорном фланце (13), и представляющей собой полый металлический цилиндр с металлическим экраном (14) в верхней торцевой части. Распределительная система (1) состоит из N-канального делителя мощности (2), выходы которого соединены с входами N одинаковых делителей мощности пополам (3). При этом N-канальный делитель (2) и делители пополам (3) реализованы на базе конформной симметричной полосковой линии с экранами, проводниками и диэлектрическим заполнением в виде слоев (19-27), каждый из которых повторяет форму вертикальной опоры (6), и имеет следующее назначение:The design of a linear antenna array, consisting of N identical radiators (4), powered by a distribution system (1), is based on a multilayer structure including five odd conductive (19, 21, 23, 25, 27) layers and four even dielectric layers ( 20, 22, 24, 26), which are concentrically mated with a vertical support (6) fixed on a circular support flange (13) and representing a hollow metal cylinder with a metal screen (14) in the upper end part. The distribution system (1) consists of an N-channel power divider (2), the outputs of which are connected to the inputs of N identical power dividers in half (3). In this case, the N-channel divider (2) and dividers in half (3) are implemented on the basis of a conformal symmetric strip line with screens, conductors and dielectric filling in the form of layers (19-27), each of which repeats the shape of the vertical support (6), and has the following purpose:

-слой (19): внешняя цилиндрическая поверхность опоры (6), одновременно являющаяся внутренним экраном делителя (2);-layer (19): the outer cylindrical surface of the support (6), which is also the inner screen of the divider (2);

- слой (21): центральная плата с топологией делителя (2);- layer (21): central board with divider topology (2);

- слой (23): общий экран, являющийся одновременно внешним для делителя (2) и внутренним для делителей (3);- layer (23): a common screen, which is both external for the divider (2) and internal for the dividers (3);

- слой (25): центральная плата с топологией делителей (3);- layer (25): central board with divider topology (3);

- слой (27): внешний экран делителей (3);- layer (27): outer shield of dividers (3);

- слой (20): диэлектрическое заполнение между внутренним экраном (19) и центральной платой (21);- layer (20): dielectric filling between the inner shield (19) and the central plate (21);

- слой (22): диэлектрическое заполнение между центральной платой (21) и общим экраном (23);- layer (22): dielectric filling between the central plate (21) and the common shield (23);

- слой (24): диэлектрическое заполнение между общим экраном (23) и центральной платой (25);- layer (24): dielectric filling between the common shield (23) and the central plate (25);

- слой (26): диэлектрическое заполнение между центральной платой (25) и внешним экраном (27).- layer (26): dielectric filling between the center plate (25) and the outer shield (27).

Топология центральной платы (21) представляет собой многоканальную схему деления на основе N-1 кольцевых делителей мощности (15) с балластными резисторами (16), а N полосковых неразвязанных тройников образуют топологию центральной платы (25). Соединение выходов делителя (2) с входами делителей (3), расположенных, соответственно, на центральных платах (21) и (23), осуществляется с помощью межслойных переходов в виде симметричной полосковой линии (см. вид Г), ограниченной П-образным экраном (12), и перемычки (17). При этом П-образный экран (12) расположен между слоями (19) и (27), проходя насквозь через слои (20-26), в которых предусмотрены соответствующие пазы.The topology of the central board (21) is a multichannel division scheme based on N-1 ring power dividers (15) with ballast resistors (16), and N stripline unconnected tees form the topology of the central board (25). The connection of the outputs of the divider (2) with the inputs of the dividers (3), located, respectively, on the central boards (21) and (23), is carried out using interlayer junctions in the form of a symmetrical strip line (see view D), limited by a U-shaped screen (12), and jumpers (17). In this case, the U-shaped screen (12) is located between the layers (19) and (27), passing through the layers (20-26), in which the corresponding grooves are provided.

Топология щелевых излучателей (5) организована в слое (27), одновременно являющимся внешним экраном делителей (3).The topology of the slot emitters (5) is organized in the layer (27), which is simultaneously the outer shield of the dividers (3).

Токопроводящие слои (19, 21, 23, 25, 27) выполнены на базе фольгированного лавсана марки ЛФР-1-35-0,15, ТУ 2296-009-11436290-98, а диэлектрические слои (20, 22, 24, 26) - на базе пенополиэтилена ППЭ-Р(М), ТУ 2244-001-07521647-96.Conductive layers (19, 21, 23, 25, 27) are made on the basis of foil-clad lavsan brand LFR-1-35-0.15, TU 2296-009-11436290-98, and dielectric layers (20, 22, 24, 26) - based on polyethylene foam PPE-R (M), TU 2244-001-07521647-96.

Вертикальная опора (6) дополнительно используется для установки антенного канала (7), состоящего из внешней активной антенны для приема сигналов стандарта ГЛОНАСС/GPS (8), установленной в верхней торцевой части опоры на экране (14), и радиочастотного кабеля (9), который проходит через внутреннюю часть опоры, соединяя вход (11) с входом антенны (8).The vertical support (6) is additionally used to install the antenna channel (7), consisting of an external active antenna for receiving signals of the GLONASS / GPS standard (8), installed in the upper end of the support on the screen (14), and a radio frequency cable (9), which runs through the inside of the support, connecting the inlet (11) to the antenna inlet (8).

Вход (10) линейной антенной решетки и вход (11) встроенного антенного канала (7) выполнены в виде коаксиальных розеток, расположенных на опорном фланце (13) согласно виду А.The input (10) of the linear antenna array and the input (11) of the built-in antenna channel (7) are made in the form of coaxial sockets located on the support flange (13) according to A.

Для защиты от климатических и внешних механических воздействий конструкция устройства размещена под радиопрозрачным обтекателем (18), герметично сопряженным с опорным фланцем (13).To protect against climatic and external mechanical influences, the design of the device is placed under a radio-transparent fairing (18), hermetically mated to the support flange (13).

На фиг. 3 показана конструкция конформного щелевого излучателя (5), возбуждаемого симметричной полосковой линией, работающей в режиме холостого хода. Топология излучателя организована в слое (27), топология полосковой линии, являющейся выходом делителя (3), - в слоях (23-27). С целью уменьшения высоты излучателя полосковая линия имеет согласованный поворот на 90°, что позволяет расположить ее разомкнутый отрезок в направлении параллельном щели. При этом высота излучателей обеспечивает возможность их установки вдоль осевой линии вертикальной опоры с шагом около λ/4.FIG. 3 shows the design of a conformal slotted emitter (5), excited by a symmetrical strip line operating in idle mode. The topology of the emitter is organized in the layer (27), the topology of the strip line, which is the output of the divider (3), in the layers (23-27). In order to reduce the height of the emitter, the strip line has a coordinated rotation by 90 °, which makes it possible to position its open section in the direction of the parallel slot. In this case, the height of the emitters makes it possible to install them along the centerline of the vertical support with a step of about λ / 4.

Принцип работы.Principle of operation.

Линейная антенная решетка работает следующим образом. Возбуждение N одинаковых излучателей (4) вертикальной поляризации, размещенных с шагом S вдоль осевой линии опоры (6), и образующих линейную антенную решетку, производится от входа (10) через распределительную систему (1), состоящую из N-канального делителя мощности (2), реализующего амплитудно-фазовое распределение, необходимое для формирования требуемой угломестной ДН, и N одинаковых делителей мощности пополам (3), входы которых соединены с выходами делителя (3). Каждый излучатель (4) состоит из двух конформных щелевых излучателей (5), развернутых на 180° друг относительно друга в горизонтальной плоскости, и синфазно возбуждаемых делителем пополам (3), что позволяет сформировать круговую азимутальную ДН. Минимальная неравномерность ДН в азимутальной плоскости обеспечивается при оптимальном выборе длин щелей (около λ/2) конформных излучателей (5). При этом, так же, как и в прототипе, необходимость настройки ДН в азимутальной плоскости отсутствует.The linear antenna array works as follows. Excitation of N identical emitters (4) of vertical polarization, placed with a step S along the center line of the support (6), and forming a linear antenna array, is performed from the input (10) through the distribution system (1), consisting of an N-channel power divider (2 ), which implements the amplitude-phase distribution necessary to form the required elevation pattern, and N identical power dividers in half (3), the inputs of which are connected to the outputs of the divider (3). Each emitter (4) consists of two conformal slot emitters (5), rotated 180 ° relative to each other in the horizontal plane, and in-phase excited by a divider in half (3), which makes it possible to form a circular azimuthal pattern. The minimum irregularity of the pattern in the azimuthal plane is ensured with the optimal choice of slit lengths (about λ / 2) of conformal emitters (5). In this case, just as in the prototype, there is no need to adjust the pattern in the azimuthal plane.

Отличительной особенностью конструкции линейной антенной решетки является то, что распределительная система (1) расположена с внешней стороны вертикальной опоры (6), повторяя ее форму, что позволяет расширить рабочий диапазон частот распределительной системы без ухудшения ее КПД и, соответственно, коэффициента усиления антенны за счет возможности увеличения поперечного размера N-канального делителя мощности (2) при выравнивании длин его каналов более чем в 3 раза по сравнению с аналогичным размером делителя прототипа, размещенного внутри опоры такого же диаметра.A distinctive feature of the linear antenna array design is that the distribution system (1) is located on the outside of the vertical support (6), repeating its shape, which makes it possible to expand the operating frequency range of the distribution system without deteriorating its efficiency and, accordingly, the antenna gain due to the possibility of increasing the transverse size of the N-channel power divider (2) when the lengths of its channels are equalized by more than 3 times in comparison with the similar size of the prototype divider placed inside the support of the same diameter.

Кроме того, высота излучателей (5) заявляемой линейной антенной решетки позволяет производить их установку вдоль осевой линии вертикальной опоры (6) с шагом около λ/4, что в отличие от прототипа, обеспечивает возможность расширения рабочего сектора в угломестной плоскости при формировании ДН специальной формы, в том числе увеличения уровня косекансной ДН в области углов, близких к осевой линии опоры, без использования в верхней части антенны дополнительного излучателя круговой поляризации, усложняющего конструкцию.In addition, the height of the emitters (5) of the claimed linear antenna array allows them to be installed along the centerline of the vertical support (6) with a step of about λ / 4, which, unlike the prototype, provides the possibility of expanding the working sector in the elevation plane when forming a special shape pattern , including increasing the level of the cosecant pattern in the region of angles close to the center line of the support, without using an additional circular polarization radiator in the upper part of the antenna, which complicates the design.

Такое построение линейной антенной решетки позволяет использовать верхнюю и внутреннюю части вертикальной опоры (6) для размещения дополнительных элементов, в частности, внешней активной антенны (8) и радиочастотного кабеля (9) встраиваемого антенного канала стандарта ГЛОНАСС/GPS (7).This construction of a linear antenna array allows the use of the upper and internal parts of the vertical support (6) to accommodate additional elements, in particular, an external active antenna (8) and a radio frequency cable (9) for an embedded antenna channel of the GLONASS / GPS standard (7).

Азимутальная ДН линейной антенной решетки, состоящей из шестнадцати излучателей (4), показана на фиг. 4. Неравномерность азимутальной ДН не превышает 0,25 дБ на центральной частоте и 0,8 дБ в рабочем диапазоне, что так же, как и в прототипе, связано с конечным уровнем согласования конформных излучателей (5) и, соответственно, проблематичностью их возбуждения от делителя (3) с одинаковыми амплитудой и фазой во всей полосе рабочих частот.The azimuthal pattern of a linear antenna array consisting of sixteen radiators (4) is shown in FIG. 4. The irregularity of the azimuthal pattern does not exceed 0.25 dB at the center frequency and 0.8 dB in the operating range, which, as in the prototype, is associated with the final level of matching of conformal emitters (5) and, accordingly, the problematic nature of their excitation from divider (3) with the same amplitude and phase in the entire operating frequency band.

Угломестная ДН линейной антенной решетки, состоящей из шестнадцати излучателей (4), показана на фиг. 5. В рабочем диапазоне частот ДН имеет следующие характеристики: ширина на уровне минус 3 дБ - не более 10,3°, максимальный уровень боковых лепестков ДН - не более минус 20,4 дБ, уровень ДН в направлении горизонта - минус 3,1 дБ, коэффициент усиления - не менее 8,2 дБ.The angular antenna pattern of a linear antenna array consisting of sixteen radiators (4) is shown in Fig. 5. In the operating frequency range, the antenna pattern has the following characteristics: width at the level of minus 3 dB - no more than 10.3 °, the maximum level of the side lobes of the pattern - no more than minus 20.4 dB, the level of the pattern towards the horizon - minus 3.1 dB , the gain is at least 8.2 dB.

Достоверность результатов, представленных на фиг. 4 и фиг. 5, подтверждена электродинамическими расчетами компьютерной модели линейной антенной решетки, разработанной в соответствии со структурной схемой (фиг. 1), в пакете прикладных программ с использованием метода конечных элементов в частотной области, а также положительными результатами испытаний экспериментального образца антенны, изготовленного на предприятии-заявителе.The reliability of the results shown in FIG. 4 and FIG. 5, is confirmed by electrodynamic calculations of a computer model of a linear antenna array, developed in accordance with the structural diagram (Fig. 1), in an application package using the finite element method in the frequency domain, as well as positive test results of an experimental antenna sample manufactured at the applicant enterprise ...

Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации предложенного изобретения, является увеличение рабочего диапазона частот с сохранением высокого коэффициента усиления, что позволяет использовать антенную решетку при работе радиолокатора в режимах запроса и ответа, расширение рабочего сектора в угломестной плоскости при формировании диаграммы направленности специальной формы, в частности косекансной (позволяет увеличить зону обзора радиолокатора по углу места), а также наличие встроенного антенного канала стандарта ГЛОНАСС/GPS.Thus, the technical result achieved when implementing the proposed invention is to increase the operating frequency range while maintaining a high gain, which allows the antenna array to be used when the radar is operating in request and response modes, to expand the working sector in the elevation plane when forming a special shape radiation pattern, in particular, cosecant (allows you to increase the radar's viewing area in elevation), as well as the presence of a built-in antenna channel of the GLONASS / GPS standard.

Claims (3)

1. Линейная антенная решетка вертикальной поляризации с круговой азимутальной диаграммой направленности, включающая вертикальную опору в виде полого металлического цилиндра, распределительную систему, представляющую собой N-канальный делитель мощности, выходы которого соединены с входами N одинаковых делителей мощности пополам, и N одинаковых излучателей, размещенных вдоль осевой линии опоры, каждый из которых состоит из двух конформных излучателей, развернутых на 180° относительно друг друга в горизонтальной плоскости и синфазно возбуждаемых делителем мощности пополам, отличающаяся тем, что распределительная система и излучатели выполнены на основе конформной симметричной полосковой линии в виде многослойной структуры, состоящей из пяти нечетных токопроводящих слоев и четырех четных диэлектрических слоев, которые расположены с внешней стороны опоры и концентрично сопряжены с ее поверхностью, образуя топологию полосковых проводников и экраны N-канального делителя мощности, делителей мощности пополам и конформных излучателей, при этом соединение выходов N-канального делителя мощности с соответствующими входами делителей пополам выполнено в виде N токопроводящих перемычек и N токопроводящих П-образных экранов, проходящих насквозь через все слои структуры и образующих совместно отрезки симметричной полосковой линии.1. Linear antenna array of vertical polarization with a circular azimuth directional pattern, including a vertical support in the form of a hollow metal cylinder, a distribution system, which is an N-channel power divider, the outputs of which are connected to the inputs of N identical power dividers in half, and N identical radiators located along the centerline of the support, each of which consists of two conformal emitters rotated 180 ° relative to each other in the horizontal plane and in-phase excited by a power divider in half, characterized in that the distribution system and emitters are made on the basis of a conformal symmetric strip line in the form of a multilayer structure consisting of five odd conductive layers and four even dielectric layers, which are located on the outer side of the support and are concentrically conjugated to its surface, forming a topology of strip conductors and screens of an N-channel power divider, power in half and conformal emitters, while the connection of the outputs of the N-channel power divider with the corresponding inputs of the dividers in half is made in the form of N conductive jumpers and N conductive U-shaped screens passing through all layers of the structure and jointly forming segments of a symmetrical strip line. 2. Линейная антенная решетка вертикальной поляризации с круговой азимутальной диаграммой направленности по п. 1, отличающаяся тем, что каждый конформный излучатель выполнен в виде щели, возбуждаемой симметричной полосковой линией.2. Linear antenna array of vertical polarization with a circular azimuthal radiation pattern according to claim 1, characterized in that each conformal emitter is made in the form of a slot excited by a symmetrical strip line. 3. Линейная антенная решетка вертикальной поляризации с круговой азимутальной диаграммой направленности по п. 1, отличающаяся тем, что на верхней и во внутренней частях вертикальной опоры установлен антенный канал стандарта ГЛОНАСС/GPS.3. Linear antenna array of vertical polarization with a circular azimuth directional pattern according to claim 1, characterized in that an antenna channel of the GLONASS / GPS standard is installed on the upper and in the inner parts of the vertical support.
RU2020109968A 2020-03-06 2020-03-06 Linear vertical array of vertical polarization with circular azimuth pattern and built-in antenna channel of glonass/gps standard RU2738332C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109968A RU2738332C1 (en) 2020-03-06 2020-03-06 Linear vertical array of vertical polarization with circular azimuth pattern and built-in antenna channel of glonass/gps standard

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109968A RU2738332C1 (en) 2020-03-06 2020-03-06 Linear vertical array of vertical polarization with circular azimuth pattern and built-in antenna channel of glonass/gps standard

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738332C1 true RU2738332C1 (en) 2020-12-11

Family

ID=73835026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109968A RU2738332C1 (en) 2020-03-06 2020-03-06 Linear vertical array of vertical polarization with circular azimuth pattern and built-in antenna channel of glonass/gps standard

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738332C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805292C1 (en) * 2023-04-27 2023-10-13 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" Linear receiving antenna array of ads-b station with circular azimuth direction and built-in glonass/gps standard antenna channel

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2264009C1 (en) * 2004-07-01 2005-11-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Linear phased dipole array
RU103423U1 (en) * 2010-12-30 2011-04-10 Александр Игоревич Клименко ULTRABAND RADIATOR FOR PHASED ANTENNA ARRAY OF THE FREQUENCY OF THE RANGE OF 8.5-12.5 GHz
WO2012093392A1 (en) * 2011-01-05 2012-07-12 Beam Networks Ltd. Circularly and linearly polarized planar phased array antennae and network systems employing such
RU2639563C1 (en) * 2016-07-28 2017-12-21 Акционерное общество "Вектор" Omnidirectional antenna system with special direction pattern

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2264009C1 (en) * 2004-07-01 2005-11-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Linear phased dipole array
RU103423U1 (en) * 2010-12-30 2011-04-10 Александр Игоревич Клименко ULTRABAND RADIATOR FOR PHASED ANTENNA ARRAY OF THE FREQUENCY OF THE RANGE OF 8.5-12.5 GHz
WO2012093392A1 (en) * 2011-01-05 2012-07-12 Beam Networks Ltd. Circularly and linearly polarized planar phased array antennae and network systems employing such
RU2639563C1 (en) * 2016-07-28 2017-12-21 Акционерное общество "Вектор" Omnidirectional antenna system with special direction pattern

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805292C1 (en) * 2023-04-27 2023-10-13 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" Linear receiving antenna array of ads-b station with circular azimuth direction and built-in glonass/gps standard antenna channel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3936836A (en) Z slot antenna
US9972910B2 (en) Broadband antenna, multiband antenna unit and antenna array
US7365698B2 (en) Dipole antenna
US7639183B2 (en) Circularly polarized antenna and radar device using the same
US3969730A (en) Cross slot omnidirectional antenna
US10615513B2 (en) Efficient planar phased array antenna assembly
US4316194A (en) Hemispherical coverage microstrip antenna
US10283876B1 (en) Dual-polarized, planar slot-aperture antenna element
US4649391A (en) Monopulse cavity-backed multipole antenna system
US8830135B2 (en) Dipole antenna element with independently tunable sleeve
US11228113B2 (en) Wide-beam planar backfire and bidirectional circularly-polarized antenna
US7710342B2 (en) Crossed-dipole antenna for low-loss IBOC transmission from a common radiator apparatus and method
EP2950394A1 (en) Array antenna
US20180198194A1 (en) Miniaturization of quad port helical antenna
JP2015050669A (en) Antenna and sector antenna
RU2755403C1 (en) Non-directional antenna of horizontal polarization
CN114050410A (en) Circularly polarized antenna and reference station
Debbarma et al. 2-D beam steering performance of a triple mode horn antenna integrated with Risley prism and phase correcting surface
WO2015133458A1 (en) Array antenna and sector antenna
RU2738332C1 (en) Linear vertical array of vertical polarization with circular azimuth pattern and built-in antenna channel of glonass/gps standard
CN116885459A (en) Design method of embedded widening angle scanning phased array antenna
WO2015159871A1 (en) Antenna and sector antenna
CN114512813A (en) Circularly polarized antenna and navigation device
CN110690559B (en) Satellite-borne conformal measurement and control antenna
US8664807B2 (en) Planar tri-mode cavity