RU2755338C1 - Waveguide-slot radiator - Google Patents
Waveguide-slot radiator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755338C1 RU2755338C1 RU2020133587A RU2020133587A RU2755338C1 RU 2755338 C1 RU2755338 C1 RU 2755338C1 RU 2020133587 A RU2020133587 A RU 2020133587A RU 2020133587 A RU2020133587 A RU 2020133587A RU 2755338 C1 RU2755338 C1 RU 2755338C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- rectangular
- slots
- slot
- sections
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике, в частности к волноводно-щелевым антенным решеткам (ВЩАР) направленного излучения СВЧ-сигнала, и может быть использовано при разработке радиолокационных станций (РЛС) метеорологических, с синтезированной апертурой, обнаружения, сопровождения, управления оружием.The invention relates to antenna technology, in particular to waveguide-slot antenna arrays (WSCA) of directional radiation of a microwave signal, and can be used in the development of radar stations (radars) meteorological, with a synthetic aperture, detection, tracking, weapons control.
Среди антенн СВЧ диапазона особое место занимают волноводно-щелевые антенные решетки, использующиеся как в качестве самостоятельных приемных и передающих антенных систем, так и излучателей сложных антенных устройств. ВЩАР нашли многочисленные применения в радиолокационных, радионавигационных и связных системах. Повышенный интерес разработчиков антенной техники к ВЩАР обусловлен следующими их достоинствами:Among the antennas of the microwave range, a special place is occupied by waveguide-slot antenna arrays, which are used both as independent receiving and transmitting antenna systems, and as emitters of complex antenna devices. VSCHAR found numerous applications in radar, radio navigation and communication systems. The increased interest of developers of antenna technology in VSCHAR is due to the following advantages:
- отсутствием выступающих частей и компактностью, что позволяет совмещать излучающую поверхность ВЩАР с внешними обводами корпусов летательных аппаратов, не внося при этом дополнительного аэродинамического сопротивления;- the absence of protruding parts and compactness, which makes it possible to combine the emitting surface of the VSCHAR with the outer contours of the aircraft bodies, without introducing additional aerodynamic resistance;
- возможностью сравнительно легкой реализации требуемых амплитудно-фазовых распределений путем регулирования связи излучающих щелей с волноводом;- the possibility of relatively easy implementation of the required amplitude-phase distributions by regulating the connection of the radiating slots with the waveguide;
- высоким достижимым уровнем КИП-КПД, где КИП - коэффициент использования поверхности, КПД - коэффициент полезного действия.- high achievable level of instrumentation-efficiency, where instrumentation is the coefficient of surface utilization, efficiency is the coefficient of efficiency.
Наиболее распространенными типами излучающих щелей в прямоугольном волноводе являются: наклонная щель на узкой стенке волновода, продольная щель на широкой стенке волновода, смещенная от его средней линии, наклонная щель на широкой стенке волновода, поперечная щель на широкой стенке волновода, смещенная от его средней линии [1]. Как правило, длина излучающих щелей ВЩАР выбирается таким образом, чтобы щель представляла собой чисто активное сопротивление и не оказывала влияния на фазовую скорость в волноводе. Длина такой щели называется резонансной. Электрические свойства наклонных щелей на узкой стенке волновода по сравнению с другими типами излучающих щелей меньше зависят от частоты, однако решающим фактором при выборе типа излучающих щелей является требуемая поляризация излучаемой и принимаемой антенной электромагнитной волны.The most common types of radiating slits in a rectangular waveguide are: an inclined slit on a narrow waveguide wall, a longitudinal slit on a wide waveguide wall offset from its centerline, an inclined slit on a wide waveguide wall, a transverse slit on a wide waveguide wall offset from its centerline [ 1]. As a rule, the length of the radiating slots of the VSCAR is chosen in such a way that the slot is a purely active resistance and does not affect the phase velocity in the waveguide. The length of such a slit is called resonant. The electrical properties of inclined slots on a narrow wall of the waveguide are less dependent on frequency than other types of radiating slots; however, the decisive factor in choosing the type of radiating slots is the required polarization of the electromagnetic wave emitted and received by the antenna.
Известны ВЩАР, в которых для получения резонансной длины концы наклонных щелей на узкой стенке прямоугольного волновода охватывают волновод [1]. Для подавления паразитной составляющей поля наклонной щели в узкой стенке волновода (поляризованной поперечно волноводу) могут применяться дроссельные ловушки на узких стенках волновода или металлические разделительные блоки, размещаемые между излучающими щелями. Недостатком такого технического решения является невозможность реализации подобных щелей в ВЩАР, содержащей примыкающие друг к другу прямоугольные волноводы.Known VSCHAR, in which to obtain the resonant length, the ends of the inclined slots on the narrow wall of the rectangular waveguide cover the waveguide [1]. To suppress the parasitic component of the field of the inclined slit in the narrow wall of the waveguide (polarized transversely to the waveguide), choke traps on the narrow walls of the waveguide or metal dividing blocks placed between the emitting slits can be used. The disadvantage of this technical solution is the impossibility of realizing such slots in a VSCHAR containing rectangular waveguides adjacent to each other.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является ВЩАР [2], представляющая собой совокупность отрезков прямоугольных волноводов, попарно сопряженных внешними широкими стенками. Излучающие щели этой ВЩАР расположены на одной из узких стенок отрезков прямоугольных волноводов. Каждая из излучающих щелей выполнена в виде комбинации наклонной щели и двух дополнительных щелей. Дополнительные щели расположены под прямым углом к наклонной щели и по разные стороны от нее. Каждый из концов наклонной щели совпадает с концом дополнительной щели. На внешней поверхности узких стенок отрезков прямоугольных волноводов между наклонными щелями размещены прямоугольные призмы, предназначенные для подавления паразитной составляющей поля излучающих щелей.The closest in technical essence to the proposed invention (prototype) is VSCHAR [2], which is a set of segments of rectangular waveguides, coupled in pairs with external wide walls. The emitting slits of this VSCHAR are located on one of the narrow walls of the sections of rectangular waveguides. Each of the emitting slits is made in the form of a combination of an inclined slit and two additional slits. Additional slots are located at right angles to the inclined slot and on opposite sides of it. Each of the ends of the inclined slot coincides with the end of the additional slot. On the outer surface of the narrow walls of rectangular waveguide segments, rectangular prisms are placed between the inclined slots, designed to suppress the parasitic component of the field of the emitting slots.
Проводимость излучающей щели, расположенной на узкой стенке отрезка прямоугольного волновода, имеющей форму, предложенную в [2], характеризуется значительной крутизной кривой, описывающей зависимость проводимости излучающей щели от угла ее наклона, что приводит к повышенной чувствительности волноводно-щелевого излучателя к ошибкам изготовления, выражающейся в значительном отклонении ее параметров от теоретически возможных. Описанная в [2] конструкция ВЩАР не имеет в своем составе плоского радиопрозрачного обтекателя, предназначенного для защиты волноводно-щелевого излучателя от внешних воздействующих факторов. При необходимости такой защиты обычно применяются плоские радиопрозрачные обтекатели, устанавливаемые в ближней зоне волноводно-щелевого излучателя. Для уменьшения влияния на внешние и внутренние характеристики волноводно-щелевого излучателя в рабочем диапазоне частот в простейшем случае плоский радиопрозрачный обтекатель выполняют в виде однослойной конструкции из диэлектрика с малым значением тангенса угла диэлектрических потерь полуволновой толщины или толщины, существенно меньшей длины волны [3]. В коротковолновой части сантиметрового диапазона, а в еще большей степени в миллиметровом диапазоне длин волн, изготовление плоского радиопрозрачного обтекателя электрически малой толщины не представляется возможным. В силу ряда технологических ограничений (неоднородность диэлектрических свойств материала обтекателя по его объему, ошибки изготовления), наличия поддерживающих конструкций и диапазонных свойств, плоский радиопрозрачный обтекатель, имеющий полуволновую толщину, неизбежно ухудшает характеристики волноводно-щелевого излучателя.The conductivity of the radiating slit located on the narrow wall of the rectangular waveguide segment, which has the shape proposed in [2], is characterized by a significant steepness of the curve describing the dependence of the conductivity of the radiating slit on the angle of its inclination, which leads to an increased sensitivity of the waveguide-slit radiator to manufacturing errors, which is expressed in a significant deviation of its parameters from theoretically possible. The VSCHAR design described in [2] does not include a flat radio-transparent fairing designed to protect the waveguide-slotted radiator from external influencing factors. If such protection is necessary, flat radio-transparent fairings are usually used, installed in the near zone of the waveguide-slotted radiator. To reduce the effect on the external and internal characteristics of the waveguide-slotted radiator in the operating frequency range, in the simplest case, the flat radio-transparent fairing is made in the form of a single-layer dielectric structure with a small dielectric loss tangent of half-wave thickness or a thickness significantly less than the wavelength [3]. In the short-wavelength part of the centimeter range, and even more so in the millimeter wavelength range, it is not possible to manufacture a flat radio-transparent radome with an electrically small thickness. Due to a number of technological limitations (inhomogeneity of the dielectric properties of the fairing material in its volume, manufacturing errors), the presence of supporting structures and range properties, a flat radio-transparent fairing with a half-wave thickness inevitably degrades the characteristics of the waveguide-slotted radiator.
Целью настоящего изобретения является создание волноводно-щелевого излучателя технологичной конструкции, позволяющей получить параметры, близкие к теоретически возможным, и, при необходимости, оснащаемой плоским радиопрозрачным обтекателем, обеспечивающим надежную защиту волноводно-щелевого излучателя от воздействия широкого спектра как климатических, так и механических внешних факторов.The aim of the present invention is to create a waveguide-slotted radiator of a technological design, which allows obtaining parameters close to theoretically possible, and, if necessary, equipped with a flat radio-transparent fairing, which provides reliable protection of the waveguide-slotted radiator from a wide range of both climatic and mechanical external factors. ...
Предлагаемый волноводно-щелевой излучатель содержит параллельно расположенные отрезки прямоугольных волноводов, попарно сопряженные своими внешними широкими стенками, и прямоугольные призмы. В одной из узких стенок всех отрезков прямоугольных волноводов выполнены излучающие щели в виде комбинации наклонной щели и дополнительных щелей. Каждой из наклонных щелей соответствуют две дополнительные щели, которые расположены к наклонной щели под углом и по разные стороны от нее. Каждый из концов наклонной щели совпадает с концом одной из дополнительных щелей. Дополнительные щели параллельны широким стенкам отрезков прямоугольных волноводов. Прямоугольные призмы размещаются между излучающими щелями на поверхности волноводно-щелевого излучателя, образованной внешними поверхностями узких стенок отрезков прямоугольных волноводов. Грани прямоугольных призм перпендикулярны широким стенкам отрезков прямоугольных волноводов.The proposed slit-waveguide emitter contains parallel sections of rectangular waveguides, pairwise conjugated by their outer wide walls, and rectangular prisms. In one of the narrow walls of all sections of rectangular waveguides, radiating slits are made in the form of a combination of an inclined slit and additional slits. Each of the inclined slots corresponds to two additional slots, which are located to the inclined slot at an angle and on opposite sides of it. Each of the ends of the inclined slot coincides with the end of one of the additional slots. Additional slots are parallel to the wide walls of rectangular waveguide segments. Rectangular prisms are placed between the emitting slots on the surface of the waveguide-slotted radiator formed by the outer surfaces of the narrow walls of the rectangular waveguide segments. The faces of the rectangular prisms are perpendicular to the wide walls of the rectangular waveguide segments.
На грани прямоугольных призм, параллельные внешним поверхностям узких стенок отрезков прямоугольных волноводов, но не совпадающие с ними, для защиты волноводно-щелевого излучателя от внешних воздействующих факторов может быть установлен плоский радиопрозрачный обтекатель, представляющий собой лист диэлектрического материала с низким значением тангенса угла диэлектрических потерь.On the edges of rectangular prisms, parallel to the outer surfaces of the narrow walls of rectangular waveguide segments, but not coinciding with them, a flat radio-transparent fairing can be installed to protect the waveguide-slot radiator from external influencing factors, which is a sheet of dielectric material with a low value of the dielectric loss tangent.
При проведении расчета геометрии предлагаемого волноводно-щелевого излучателя проводимость излучающих щелей в виде комбинации наклонных щелей и дополнительных щелей определяется на основе решения уравнений Максвелла одним из известных численных методов (методами конечных областей или конечных разностей) или экспериментальным путем с учетом размеров прямоугольных призм, размещенных между наклонными щелями, и наличия и диэлектрических свойств материала плоского радиопрозрачного обтекателя. Учет этих параметров позволяет получить характеристики волноводно-щелевого излучателя, близкие к теоретически возможным.When calculating the geometry of the proposed waveguide-slotted radiator, the conductivity of the radiating slots in the form of a combination of inclined slots and additional slots is determined based on the solution of Maxwell's equations by one of the known numerical methods (methods of finite domains or finite differences) or experimentally, taking into account the dimensions of rectangular prisms located between inclined slots, and the presence and dielectric properties of the material of the flat radio-transparent fairing. Taking these parameters into account makes it possible to obtain the characteristics of the waveguide-slotted radiator, which are close to theoretically possible.
На фиг. 1 представлен общий вид одного из вариантов выполнения предлагаемого волноводно-щелевого излучателя. В узких стенках попарно сопряженных отрезков прямоугольных волноводов 1 выполнены излучающие щели в виде комбинации наклонной щели 2 и дополнительных щелей 3. Прямоугольные призмы 4 размещаются между излучающими щелями на поверхности волноводно-щелевого излучателя, образованной внешними поверхностями узких стенок отрезков прямоугольных волноводов. Грани прямоугольных призм перпендикулярны широким стенкам отрезков прямоугольных волноводов. На грани прямоугольных призм, параллельные внешним поверхностям узких стенок отрезков прямоугольных волноводов, но не совпадающие с ними, может быть установлен плоский радиопрозрачный обтекатель 5.FIG. 1 shows a general view of one of the embodiments of the proposed slotted waveguide emitter. In the narrow walls of pairwise conjugate sections of
В режиме передачи электромагнитная волна от передающего устройства РЛС, не входящего в состав заявляемого волноводно-щелевого излучателя, через диаграммо-образующее устройство РЛС, не входящее в состав заявляемого волноводно-щелевого излучателя, поступает на входы отрезков прямоугольных волноводов 1. Распространяясь по отрезкам прямоугольных волноводов 1, электромагнитная волна возбуждает излучающие щели, состоящие из комбинации наклонной щели 2 и дополнительных щелей 3. Далее электромагнитная волна через пазы, образованные прямоугольными призмами 4, и, при наличии, плоский радиопрозрачный обтекатель 5, излучается в свободное пространство. Прямоугольные призмы 4 предназначены для подавления паразитной составляющей поля излучающих щелей.In the transmission mode, an electromagnetic wave from the radar transmitting device, which is not part of the claimed waveguide-slotted emitter, through the diagram-forming radar device, which is not part of the claimed waveguide-slotted emitter, enters the inputs of the
В режиме приема отраженная от цели электромагнитная волна, пройдя, при наличии, через плоский радиопрозрачный обтекатель 5 и излучающие щели, состоящие из комбинации наклонных щелей 2 и дополнительных щелей 3, возбуждает отрезки прямоугольных волноводов 1 и через диаграммо-образующее устройство РЛС, не входящее в состав заявляемого волноводно-щелевого излучателя, поступает на вход приемного устройства РЛС, не входящего в состав заявляемого волноводно-щелевого излучателя.In the receiving mode, the electromagnetic wave reflected from the target, having passed, if available, through a flat radio-
На фиг. 2 представлены графики зависимости нормированной проводимости резонансной излучающей щели, расположенной на узкой стенке отрезка прямоугольного волновода, от угла наклона для формы излучающей щели, предложенной в [2] (прототипе) и в настоящем изобретении для отрезка прямоугольного волновода сечением 13×6,5 мм. Эта зависимость для излучающей щели, имеющей форму, предложенную в настоящем изобретении, имеет существенно меньшую крутизну, что обеспечивает меньшую чувствительность волноводно-щелевого излучателя к ошибкам изготовления.FIG. 2 shows the graphs of the dependence of the normalized conductivity of a resonant radiating slot located on a narrow wall of a rectangular waveguide segment on the tilt angle for the shape of the radiating slot proposed in [2] (prototype) and in the present invention for a rectangular waveguide segment with a section of 13 × 6.5 mm. This dependence for a radiating slot having the shape proposed in the present invention has a significantly lower slope, which provides a lower sensitivity of the waveguide-slot radiator to manufacturing errors.
Источники информацииSources of information
1. Рудольф Кюн. Микроволновые антенны: Ответственный (научный) редактор М.П. Долуханов. - Л.: Судостроение, 1967.1. Rudolf Kühn. Microwave antennas: Responsible (scientific) editor M.P. Dolukhanov. - L .: Shipbuilding, 1967.
2. Патент РФ №2566644 от 27.10.2015.2. RF patent No. 2566644 dated 27.10.2015.
3. В.А. Каплун. Обтекатели антенн СВЧ (Радиотехнический расчет и проектирование). - М.: Сов. Радио, 1974.3. V.A. Capon. Radomes for microwave antennas (Radio engineering calculation and design). - M .: Sov. Radio, 1974.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020133587A RU2755338C1 (en) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Waveguide-slot radiator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020133587A RU2755338C1 (en) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Waveguide-slot radiator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755338C1 true RU2755338C1 (en) | 2021-09-15 |
Family
ID=77745535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020133587A RU2755338C1 (en) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Waveguide-slot radiator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2755338C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1990007201A1 (en) * | 1988-12-20 | 1990-06-28 | Hughes Aircraft Company | Improved feed waveguide for an array antenna |
RU2017282C1 (en) * | 1991-06-28 | 1994-07-30 | Юмашев Михаил Михайлович | Slotted-guide radiator |
RU2206157C2 (en) * | 2001-07-02 | 2003-06-10 | НИИ Приборостроения им. В.В.Тихомирова | Waveguide-slot antenna array |
US8149177B1 (en) * | 2008-05-09 | 2012-04-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Slotted waveguide antenna stiffened structure |
RU2583341C1 (en) * | 2015-04-15 | 2016-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" | Slotted waveguide antenna array |
-
2020
- 2020-10-12 RU RU2020133587A patent/RU2755338C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1990007201A1 (en) * | 1988-12-20 | 1990-06-28 | Hughes Aircraft Company | Improved feed waveguide for an array antenna |
RU2017282C1 (en) * | 1991-06-28 | 1994-07-30 | Юмашев Михаил Михайлович | Slotted-guide radiator |
RU2206157C2 (en) * | 2001-07-02 | 2003-06-10 | НИИ Приборостроения им. В.В.Тихомирова | Waveguide-slot antenna array |
US8149177B1 (en) * | 2008-05-09 | 2012-04-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Slotted waveguide antenna stiffened structure |
RU2583341C1 (en) * | 2015-04-15 | 2016-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" | Slotted waveguide antenna array |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Alibakhshikenari et al. | Beam‐scanning leaky‐wave antenna based on CRLH‐metamaterial for millimetre‐wave applications | |
US5940036A (en) | Broadband circularly polarized dielectric resonator antenna | |
US11545757B2 (en) | Dual end-fed broadside leaky-wave antenna | |
US6211839B1 (en) | Polarized planar log periodic antenna | |
US4665405A (en) | Antenna having two crossed cylindro-parabolic reflectors | |
KR100964623B1 (en) | Waveguide slot array antenna and planar slot array antenna | |
Wu et al. | A 76.5 GHz microstrip comb-line antenna array for automotive radar system | |
Kachhia et al. | Logarithmic slots antennas using substrate integrated waveguide | |
RU2755338C1 (en) | Waveguide-slot radiator | |
US7289077B2 (en) | Frequency-dispersive antenna applied in particular to a meteorological radar | |
Murshed et al. | Designing of a both-sided MIC starfish microstrip array antenna for K-band application | |
Tan et al. | Design of a W-band one-dimensional beam scanning slotted waveguide antenna with narrow beam and low side lobe | |
US4103303A (en) | Frequency scanned corner reflector antenna | |
Xue et al. | Patch-fed planar dielectric slab waveguide Luneburg lens | |
Wu et al. | Wideband leaky‐wave antenna with consistent gain and wide beam scanning angle based on multilayered substrate integrated waveguide composite right/left‐handed transmission line | |
Niaz et al. | High-isolation antenna system for x-band synthetic aperture radar | |
Zhang et al. | Multibeam Rotman lens-fed patch antenna array using SISL technology for 24 GHz automotive radar | |
Zhang et al. | Design of an X-band dual circularly polarized offset reflector antenna | |
US3543276A (en) | Broadband circularly polarized fanshaped beam antenna | |
US20220278464A1 (en) | High-frequency device | |
Hong et al. | A monolithic missile radome with improved radiation patterns for application in frequency modulated continuous wave radar | |
Wahyu et al. | Design of an edge-slotted waveguide antenna array for ground-controlled interception radar | |
Karami et al. | Mm-Wave Monopulse Radar System for Detecting Space Debris in Satellite Exploration Missions | |
Agarwal et al. | A miniaturized CRLH based SIW leaky‐wave antenna for continuous backward‐to‐forward fast beam scanning with low side lobe levels | |
Dahri et al. | Mutual coupling reduction between asymmetric reflectarray resonant elements |