RU2761101C1 - Ultra-broadband horn antenna - Google Patents

Ultra-broadband horn antenna Download PDF

Info

Publication number
RU2761101C1
RU2761101C1 RU2020127765A RU2020127765A RU2761101C1 RU 2761101 C1 RU2761101 C1 RU 2761101C1 RU 2020127765 A RU2020127765 A RU 2020127765A RU 2020127765 A RU2020127765 A RU 2020127765A RU 2761101 C1 RU2761101 C1 RU 2761101C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ultra
waveguide
horn
antenna
coaxial
Prior art date
Application number
RU2020127765A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Константинович Васильев
Original Assignee
Акционерное общество "Калужский научно-исследовательский радиотехнический институт"
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 Акционерное общество "Калужский научно-исследовательский радиотехнический институт" filed Critical Акционерное общество "Калужский научно-исследовательский радиотехнический институт"
Priority to RU2020127765A priority Critical patent/RU2761101C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2761101C1 publication Critical patent/RU2761101C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02Waveguide horns

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

FIELD: antennas.
SUBSTANCE: invention relates to the field of ultra-broadband horn antennas based on double-ridge (with an H-shaped section) waveguides. The technical result is achieved by the fact that the antenna containing: a pyramidal horn with an H-shaped section; a waveguide-to-coaxial adapter (WGCA) connected thereto, made of a segment of a waveguide with an H-shaped section and a coaxial connector, differs from the prototype by the fact that in the WGCA, outside of the inputs of short symmetrical ridges, the walls thereof are smoothly expanded in pairs on both sides, and an ultra-broadband balancing apparatus based on an irregular strip transmission line is introduced into this irregular waveguide chamber, wherein the strips and metallisation of the asymmetric input of the balancing apparatus are connected to the central conductor of the coaxial connector and to the body thereof connected with the back wall of the irregular waveguide chamber, and the symmetrical outputs of the balancing apparatus are connected to the inputs of short symmetrical ridges of the WGCA.
EFFECT: significant increase in the bandwidth of the horn antenna, improved matching in the ultra-broad frequency band.
1 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к области широкополосных и сверхширокополосных рупорных антенн, выполненных на основе двухгребневых (Н-образного сечения) прямоугольных или круглых волноводов. Уровень техникиThe invention relates to the field of broadband and ultra-wideband horn antennas made on the basis of two-ridge (H-shaped section) rectangular or circular waveguides. State of the art

Из уровня техники известна пирамидальная рупорная антенна Н-образного сечения, статья «Исследование излучающих свойств пирамидальной рупорной антенны Н-образного сечения» / Е.Л. Варенцов [и др.], ж. «Антенны», выпуск 7 (158), 2010 [1]. Антенна содержит пирамидальный рупор Н-образного сечения и, подключенный к нему коаксиально-волноводный переход, выполненный из отрезка волновода Н-образного сечения и коаксиального разъема, установленного на его широкой стенке и поперечно подключенного центральным проводником к приливу дальнего гребня на определенном расстоянии от короткозамыкающей задней стенки упомянутого волновода.A pyramidal horn antenna of H-shaped cross section is known from the prior art, the article "Investigation of the radiating properties of a pyramidal horn antenna of H-shaped cross section" Varentsov [and others], f. "Antennas", issue 7 (158), 2010 [1]. The antenna contains a pyramidal horn of H-shaped cross section and a coaxial-waveguide junction connected to it, made of a segment of an H-shaped waveguide and a coaxial connector installed on its wide wall and transversely connected by a central conductor to the tide of the far ridge at a certain distance from the short-circuiting rear the walls of the said waveguide.

Недостатками аналога являются: недостаточная широкополосность (в соответствии с текстом [1] (стр. 36) «полученная полоса частот при КСВ=2,5 3,3-15,2 ГГц»), недостаточное согласование («КСВ=2,5»), большая неравномерность графика частотной зависимости коэффициента усиления антенны (в соответствии с рис. 12 [1] (стр. 37) измеренная неравномерность не менее 4 дБ).The disadvantages of the analogue are: insufficient broadband (in accordance with the text [1] (p. 36) "the resulting frequency band at SWR = 2.5 3.3-15.2 GHz"), insufficient matching ("SWR = 2.5" ), large unevenness of the frequency dependence of the antenna gain (in accordance with Fig. 12 [1] (p. 37) the measured unevenness is not less than 4 dB).

Одной из причин недостаточной широкополосности, недостаточного согласования КСВ (КСВ - коэффициент стоячей волны) и большой неравномерности графика частотной зависимости коэффициента усиления рассматриваемой антенны, как и ряда других аналогичных отечественных и зарубежных антенн, приведенных в книге «Линии передачи сантиметровых волн». Пер. с англ. Г.А. Ремеза. - М.: Изд-во «Сов. Радио», 1951, стр. 366-368 [2], по мнению автора, является то, что симметричная конструкция пирамидального рупора Н-образного сечения возбуждается несимметричным высокочастотным (ВЧ) током.One of the reasons for insufficient broadband, insufficient matching of SWR (SWR - standing wave ratio) and large irregularity of the frequency dependence of the gain of the antenna in question, as well as a number of other similar domestic and foreign antennas, given in the book "Centimeter Wave Transmission Lines". Per. from English G.A. Remeza. - M .: Publishing house "Sov. Radio ", 1951, pp. 366-368 [2], according to the author, is that the symmetrical design of the pyramidal horn of the H-shaped section is excited by an asymmetric high-frequency (HF) current.

Второй причиной недостаточной широкополосности, недостаточного согласования (КСВ) и большой неравномерности графика частотной зависимости коэффициента усиления рассматриваемой антенны, по мнению автора, является то, что широко применяемыми в антеннах поперечными устройствами возбуждения формируются в щели между гребнями пирамидального рупора две волны. При этом волна, распространяющаяся к задней короткозамыкающей стенке волновода, отразившись от нее, суммируется с основной волной (распространяющейся к раскрыву антенны) не синфазно из-за разных частотных набегов фазы рабочих сигналов.The second reason for insufficient broadband, insufficient matching (VSWR) and a large irregularity of the frequency dependence of the gain of the antenna under consideration, according to the author, is that the transverse excitation devices widely used in antennas are formed in the gap between the crests of the pyramidal horn two waves. In this case, the wave propagating to the rear short-circuiting wall of the waveguide, having reflected from it, is summed up with the main wave (propagating to the antenna opening) out of phase due to different frequency incursions of the phase of the operating signals.

Примечание. Известен сложный и дорогой, не всегда удачный способ расчета и выполнения ступенчатых задних короткозамыкающих объемных стенок волноводов и рефлекторов антенн, на основе которого разработаны и изготавливаются для отдельных участков диапазона частот зарубежные широкополосные антенны HF-906 (компания ROHDE&SCHWARZ GmbH&Co.KG) и GP2000-281 (итальянского производства).Note. A complex and expensive, not always successful method of calculating and performing stepped rear short-circuiting bulk walls of waveguides and antenna reflectors is known, on the basis of which foreign broadband antennas HF-906 (company ROHDE & SCHWARZ GmbH & Co.KG) and GP2000-281 have been developed and manufactured for individual parts of the frequency range (made in Italy).

Также из уровня техники известна сверхширокополосная рупорная гребневая антенна (Сверхширокополосная рупорная гребневая антенна с частичным диэлектрическим заполнением / К.И. Кисиленко, Е.П. Тимофеев, ж. «Антенны», вып. 7 (239), 2017 [3]). Антенна содержит: металлический единый рупор с двумя одинаковыми (симметричными) металлическими гребнями и коаксиальным разъемом, установленным на его узком конце; две диэлектрические линзы; два поглотителя волн высших типов и согласующее устройство, выполненное на двусторонней печатной плате, соединенное металлизацией с корпусом рупора, а входным полоском с центральным проводником коаксиального разъема.Also known from the prior art is an ultra-wideband horn ridge antenna (Ultra-wideband horn ridge antenna with partial dielectric filling / K.I. Kisilenko, E.P. Timofeev, J. "Antenna", issue 7 (239), 2017 [3]). The antenna contains: a single metal horn with two identical (symmetrical) metal ridges and a coaxial connector installed at its narrow end; two dielectric lenses; two absorbers of higher types of waves and a matching device, made on a double-sided printed circuit board, connected by metallization to the housing of the horn, and the input strip with the central conductor of the coaxial connector.

К недостаткам этого устройства относятся: недостаточная широкополосность (это следует из графика измеренных значений зависимости коэффициента усиления антенны от частоты, представленного на рис. 8 [2]); недостаточное согласование (в соответствии с графиком измеренных значений КСВ, приведенного на рис. 7.1 [2], даже в узкой полосе частот от 2 до 8 ГГц, КСВ не менее 2,5); большая неравномерность графика зависимости коэффициента усиления антенны от частоты (из графика зависимости коэффициента усиления антенны от частоты, представленного на рис. 8 [2], видно, что даже в узкой полосе частот от 2 до 8 ГГц неравномерность не менее 5 дБ).The disadvantages of this device include: insufficient broadband (this follows from the graph of the measured values of the antenna gain versus frequency, shown in Fig. 8 [2]); insufficient matching (in accordance with the graph of the measured values of the SWR, shown in Fig. 7.1 [2], even in a narrow frequency band from 2 to 8 GHz, the SWR is not less than 2.5); large irregularity of the antenna gain versus frequency graph (from the antenna gain versus frequency graph shown in Fig. 8 [2], it can be seen that even in a narrow frequency band from 2 to 8 GHz, the irregularity is not less than 5 dB).

Одной из причин недостаточной широкополосности, недостаточного согласования и большой неравномерности графика зависимости коэффициента усиления антенны от частоты является, по мнению автора, то, что симметричная конструкция единого рупора Н-образного сечения возбуждается несимметричным ВЧ током. Отметим, что в материалах статьи на сверхширокополосную рупорную гребневую антенну указано, что она (антенна) возбуждается через несимметричное согласующее устройство «на двухсторонней печатной плате (диэлектрическая подложка с металлизацией)». При этом конкретно не указано, как оно выполнено и как подключено к двум симметричным металлическим гребням единого рупора.One of the reasons for the insufficient broadband, insufficient matching and a large irregularity of the antenna gain versus frequency graph is, according to the author, the fact that the symmetrical design of a single H-shaped horn is excited by an asymmetric HF current. Note that in the materials of the article on the UWB horn antenna it is indicated that it (the antenna) is excited through an asymmetric matching device "on a double-sided printed circuit board (dielectric substrate with metallization)". It is not specifically stated how it is made and how it is connected to two symmetrical metal ridges of a single horn.

В статье «Широкополосная рупорная гребневая антенна» / Е.П. Тимофеев [и др.]. Ж. «Вопросы радиоэлектроники», серия РЛТ, выпуск 1, 2013 [4] в аннотации указано, что «…предложена новая, более простая, конструкция согласующего перехода на базе экранированной несимметричной полосковой линии. Показано также, что расширение частотного диапазона антенны возможно при эффективном избирательном подавлении волн высших типов, без заметного влияния на основную волну».In the article “Broadband horn antenna ridge” / E.P. Timofeev [and others]. J. "Questions of radio electronics", series RLT, issue 1, 2013 [4] in the annotation it is indicated that "... a new, simpler, design of a matching transition based on a shielded asymmetric strip line is proposed. It is also shown that the expansion of the frequency range of the antenna is possible with effective selective suppression of higher types of waves, without a noticeable effect on the main wave. "

Второй вероятной причиной недостаточной широкополосности, недостаточного согласования (КСВ) и большой неравномерности графика зависимости коэффициента усиления антенны от частоты является, по мнению автора, то, что печатная плата примененного согласующего устройства помещена в узкую горловину единого рупора антенны и потому подвержена сильному влиянию его близко расположенных стенок.The second probable reason for insufficient broadband, insufficient matching (VSWR) and large irregularities in the antenna gain versus frequency graph is, in the author's opinion, that the printed circuit board of the applied matching device is placed in the narrow throat of a single antenna horn and is therefore strongly influenced by its closely located walls.

В качестве прототипа выбрана пирамидальная рупорная антенна Н-образного сечения, опубликованная в [1], содержащая: пирамидальный рупор Н-образного сечения, подключенный к нему коаксиально-волноводный переход, выполненный из отрезка волновода Н-образного сечения и коаксиального разъема, установленного на его широкой стенке и поперечно подключенного к приливу дальнего гребня на определенном расстоянии от коротко замыкающей задней стенки упомянутого волновода.As a prototype, a pyramidal horn antenna with an H-shaped section, published in [1], was chosen, containing: a pyramidal horn of an H-shaped section, a coaxial-waveguide junction connected to it, made of a segment of an H-shaped waveguide and a coaxial connector installed on it wide wall and transversely connected to the tide of the distal ridge at a certain distance from the short-circuiting rear wall of the said waveguide.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: пирамидальный рупор Н-образного сечения; подключенный к нему коаксиально-волноводный переход, выполненный из отрезка волновода Н-образного сечения и коаксиального разъема.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed invention: pyramidal horn of H-shaped section; a coaxial-waveguide junction connected to it, made of a section of an H-shaped waveguide and a coaxial connector.

Недостатками прототипа являются: недостаточная широкополосность, недостаточное согласование, большая неравномерность графика зависимости коэффициента усиления антенны от частоты. Одной из причин недостаточной широкополосности, недостаточного согласования (КСВ) и большой неравномерности графика частотной зависимости коэффициента усиления антенны-прототипа, по мнению автора, является то, что симметричная конструкция пирамидального рупора Н-образного сечения возбуждается несимметричным ВЧ током.The disadvantages of the prototype are: insufficient broadband, insufficient matching, large irregularities in the graph of the dependence of the antenna gain on frequency. According to the author, one of the reasons for insufficient broadband, insufficient matching (VSWR) and large irregularities in the frequency dependence of the gain of the prototype antenna is that the symmetrical design of the pyramidal horn of the H-shaped section is excited by an asymmetric HF current.

Второй причиной недостаточной широкополосности, недостаточного согласования (КСВ) и большой неравномерности графика частотной зависимости коэффициента усиления антенны-прототипа является то, что примененным в ней поперечным устройством возбуждения (известны также штыревые или зондовые и продольные устройства возбуждения, которые тоже имеют недостатки) формируются две волны в щели между гребнями пирамидального рупора. При этом волна, распространяющаяся к задней короткозамыкающей стенке волновода, отразившись от нее, суммируется с основной волной (распространяющейся к раскрыву антенны) не синфазно из-за разных частотных набегов фазы рабочих сигналов.The second reason for insufficient broadband, insufficient matching (SWR) and large irregularities in the frequency dependence of the gain of the prototype antenna is that the transverse excitation device used in it (pin or probe and longitudinal excitation devices are also known, which also have disadvantages), two waves are formed in the gap between the crests of the pyramidal horn. In this case, the wave propagating to the rear short-circuiting wall of the waveguide, having reflected from it, is summed up with the main wave (propagating to the antenna opening) out of phase due to different frequency incursions of the phase of the operating signals.

Техническим результатом изобретения является значительное увеличение широкополосности рупорной антенны, улучшение согласования (КСВ) в сверхширокой полосе частот и уменьшение неравномерности графика зависимости коэффициента усиления от частоты. Раскрытие сущности изобретенияThe technical result of the invention is a significant increase in the broadband of the horn antenna, improved matching (VSWR) in an ultra-wide frequency band and a decrease in the unevenness of the graph of the dependence of the gain on frequency. Disclosure of the essence of the invention

Задачей изобретения является создание сверхширокополосной рупорной антенны, лишенной недостатков аналогов.The objective of the invention is to create an ultra-wideband horn antenna, devoid of the disadvantages of analogs.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в известной пирамидальной рупорной антенне, содержащей пирамидальный рупор Н-образного сечения, подключенный к нему коаксиально-волноводный переход, выполненный из отрезка волновода Н-образного сечения и коаксиальный разъем, предусмотрены следующие отличия: в коаксиально-волноводном переходе, за пределами входов коротких симметричных гребней, плавно попарно расширены с обеих сторон его стенки и, в образовавшуюся нерегулярную волноводную камеру, дополнительно введено сверхширокополосное симметрирующее устройство, выполненное, например, на основе нерегулярной полосковой линии передачи. Причем, полосок и металлизация несимметричного входа сверхширокополосного симметрирующего устройства подключены соответственно к центральному проводнику коаксиального разъема и его корпусу, соединенному также с задней стенкой нерегулярной волноводной камеры, а симметричные выходы сверхширокополосного симметрирующего устройства подключены к входам коротких симметричных гребней коаксиально-волноводного перехода.The problem is solved due to the fact that in the well-known pyramidal horn antenna containing a pyramidal horn of the H-shaped cross-section, a coaxial-waveguide junction connected to it, made of a section of an H-shaped waveguide and a coaxial connector, the following differences are provided: in the coaxial-waveguide junction , outside the inputs of short symmetric ridges, are smoothly expanded in pairs on both sides of its walls and, in the formed irregular waveguide chamber, an ultra-wideband balun is additionally introduced, made, for example, on the basis of an irregular strip transmission line. Moreover, the strips and metallization of the unbalanced input of the ultra-wideband balun are connected, respectively, to the central conductor of the coaxial connector and its body, also connected to the rear wall of the irregular waveguide chamber, and the symmetrical outputs of the ultra-wideband balun are connected to the inputs of the short symmetrical ridges of the coaxial-waveguide junction.

Существенные признаки предлагаемой сверхширокополосной рупорной антенны: пирамидальный рупор Н-образного сечения; подключенный к нему коаксиально-волноводный переход, выполненный из отрезка волновода Н-образного сечения и коаксиального разъема, при этом, в коаксиально-волноводном переходе за пределами входов коротких симметричных гребней, плавно попарно расширены с обеих сторон его стенки; в образовавшуюся нерегулярную волноводную камеру дополнительно введено сверхширокополосное симметрирующее устройство, выполненное, например, на основе нерегулярной полосковой линии передачи; причем, полосок и металлизация несимметричного входа сверхширокополосного симметрирующего устройства подключены соответственно к центральному проводнику коаксиального разъема и его корпусу, соединенному также с задней стенкой нерегулярной волноводной камеры, а симметричные выходы сверхширокополосного симметрирующего устройства подключены к входам упомянутых коротких симметричных гребней коаксиально-волноводного перехода.Essential features of the proposed ultra-wideband horn antenna: pyramidal horn of H-shaped section; a coaxial-waveguide junction connected to it, made of an H-shaped section of a waveguide and a coaxial connector, while, in a coaxial-waveguide junction outside the inputs of short symmetrical ridges, smoothly expanded in pairs on both sides of its walls; an ultra-wideband balun is additionally introduced into the formed irregular waveguide chamber, made, for example, on the basis of an irregular strip transmission line; moreover, the strips and metallization of the unbalanced input of the ultra-wideband balun are connected, respectively, to the central conductor of the coaxial connector and its body, which is also connected to the rear wall of the irregular waveguide chamber, and the symmetrical outputs of the ultra-wideband balun are connected to the inputs of the mentioned short symmetrical ridges of the coaxial-waveguide junction.

В первом (общем) признаке показано, что пирамидальный рупор выполнен на основе Н-образного волновода. Между двумя его симметричными гребнями образована плавно расходящаяся, например, по экспоненте излучающая (приемная) щелевая линия хорошо согласованная со свободным пространством и эффективно работающая в сверхшироком диапазоне частот при возбуждении входов упомянутых гребней симметричным ВЧ током. Во втором (общем) признаке показано, что коаксиально-волноводный переход (выходная его часть) также выполнен на основе Н-образного волновода.In the first (general) feature, it is shown that the pyramidal horn is made on the basis of an H-shaped waveguide. Between its two symmetrical ridges, a smoothly diverging, for example, exponentially emitting (receiving) slit line is formed, which is well matched with free space and effectively operates in an ultra-wide frequency range when the inputs of these ridges are excited by a symmetric HF current. In the second (general) feature, it is shown that the coaxial-waveguide junction (its output part) is also made on the basis of an H-shaped waveguide.

В отличительных признаках показано, что в коаксиально-волноводном переходе применены короткие симметричные гребни; как образуется нерегулярная (т.е. с изменяемыми размерами в сечениях по длине) волноводная камера (представляющая собой обратно включенный дополнительный рупор меньших размеров, в котором плавно увеличивающиеся по длине сечения нерегулярной волноводной камеры способствуют лучшему согласованию с основным пирамидальным рупором Н-образного сечения и существенно уменьшают негативное влияние разнесенных и наклоненных в пространстве его стенок на введенное внутрь устройство); что в нее введено и как оно (сверхширокополосное симметрирующее устройство) соединено с коаксиальным разъемом, задней стенкой нерегулярной волноводной камеры и короткими симметричными гребнями коаксиально-волноводного перехода. Последние необходимы для гальванического подключения к ним симметричных выходов сверхширокополосного симметрирующего устройства, а также для соединения (выходными торцами) с симметричными гребнями основного пирамидального рупора Н-образного сечения (с помощью свинчиваемых волноводных фланцев, расположенных на выходе коаксиально-волноводного перехода и на входе основного пирамидального рупора).The distinguishing features show that short symmetric ridges are used in the coaxial-waveguide junction; how an irregular (i.e., with variable dimensions in sections along the length) waveguide chamber is formed (which is a back-connected additional horn of smaller dimensions, in which the sections of the irregular waveguide chamber smoothly increasing along the length contribute to better matching with the main pyramidal horn of the H-shaped section and significantly reduce the negative impact of the spaced and inclined in space of its walls on the device inserted inside); what is introduced into it and how is it (ultra-wideband balun) connected to the coaxial connector, the rear wall of the irregular waveguide chamber and the short symmetrical ridges of the coaxial-waveguide junction. The latter are necessary for galvanic connection of the symmetrical outputs of the ultra-wideband balun to them, as well as for connection (output ends) with the symmetrical ridges of the main pyramidal horn of the H-shaped section (using screw-on waveguide flanges located at the output of the coaxial-waveguide junction and at the input horn).

Технический результат в предлагаемой сверхширокополосной рупорной антенне достигается за счет того, что в ней симметричный пирамидальный рупор Н-образного сечения вместе с подключенным к нему коротким симметричным отрезком волновода Н-образного сечения (входящего в состав коаксиально-волноводного перехода), возбуждаются симметричным ВЧ током с помощью дополнительно введенного и помещенного внутрь увеличенного объема образованной нерегулярной волноводной камеры сверхширокополосного симметрирующего устройства. Последнее, выполнено аналогично устройству «согласующий трансформатор (СТ) для кольцевых смесителей», условно приведенным в книге «Твердотельные устройства СВЧ в технике связи», Л.Г. Гассанов [и др.], - М. «Радио и связь», 1988, стр. 121, абз. 3 [5]. Лабораторные макеты согласующего трансформатора были изготовлены автором на основании имеющегося опыта, найдены оптимальные размеры, проведены исследования в диапазоне частот от 0,03 до 18 ГГц. Аналогичные лабораторные макеты СТ широко применялись в качестве сверхширокополосных симметрирующих устройств в исследуемых макетах антенн в полосковом и воздушно-полосковом исполнениях. При применении упомянутых сверхширокополосных симметрирующих устройств (для возбуждения симметричных гребней симметричным током) практически отсутствуют ВЧ волны, отраженные от задних короткозамыкающих стенок коаксиально-волноводных переходов, что улучшает согласование и широкополосность антенны.The technical result in the proposed ultra-wideband horn antenna is achieved due to the fact that in it a symmetric pyramidal horn of the H-shaped section, together with a short symmetric section of the H-shaped waveguide connected to it (included in the coaxial-waveguide junction), are excited by a symmetric HF current with with the help of an ultra-wideband balun device additionally introduced and placed inside the increased volume of the formed irregular waveguide chamber. The latter is made similar to the device "matching transformer (ST) for ring mixers", conventionally given in the book "Solid-state microwave devices in communication technology", L.G. Gassanov [and others], - M. "Radio and Communication", 1988, p. 121, paragraph. 3 [5]. Laboratory models of the matching transformer were made by the author on the basis of the available experience, the optimal dimensions were found, and research was carried out in the frequency range from 0.03 to 18 GHz. Similar laboratory prototypes of ST were widely used as ultra-wideband baluns in the studied prototypes of antennas in stripline and air-stripe designs. When using the above-mentioned ultra-wideband baluns (for exciting symmetrical ridges with a symmetric current), there are practically no HF waves reflected from the back short-circuiting walls of the coaxial-waveguide junctions, which improves the matching and broadband of the antenna.

В таблице 1 приведена причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом.Table 1 shows the causal relationship between the set of essential features of the claimed object and the achieved technical result.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Предлагаемое изобретение позволяет изготавливать сверхширокополосные рупорные гребневые антенны с хорошим согласованием, малой неравномерностью графика частотной зависимости коэффициента усиления антенны для сверхширокополосных средств связи, сверхширокополосных радиотехнических устройств и для сверхширокополосных измерительных установок. Краткое описание чертежейThe proposed invention makes it possible to manufacture ultra-wideband horn ridge antennas with good matching, small irregularities in the frequency dependence of the antenna gain for ultra-wideband communications, ultra-wideband radio devices and for ultra-wideband measuring installations. Brief Description of Drawings

Техническая сущность и принцип действия прототипа и заявляемой сверхширокополосной рупорной антенны поясняются чертежами и графиками, на которых:The technical essence and principle of operation of the prototype and the claimed ultra-wideband horn antenna are illustrated by drawings and graphs, in which:

Фиг. 1а Изображена предлагаемая сверхширокополосная рупорная антенна (вид слева).FIG. 1a Shows the proposed UWB horn antenna (left side view).

Фиг. 1б Изображена предлагаемая сверхширокополосная рупорная антенна (вид справа).FIG. 1b depicts the proposed UWB horn antenna (right side view).

Фиг. 2 Изображены графики измеренных значений согласования (КСВ) и коэффициентов передачи (Кп) в диапазоне рабочих частот предлагаемой сверхширокополосной рупорной антенны (ее лабораторного макета) -изображены красным цветом и близкого аналога прототипа - изображены черным цветом.FIG. 2 The graphs of the measured matching values (SWR) and transmission coefficients (K p ) in the operating frequency range of the proposed ultra-wideband horn antenna (its laboratory layout) are shown - shown in red and a close analogue of the prototype - shown in black.

Примечания:Notes:

1. Лабораторный макет сверхширокополосной рупорной антенны (выполненный по предлагаемому техническому решению) имеет размеры: в раскрыве рупора - 172×172 мм; в месте сочленения пирамидального рупора с коаксиально-волноводным переходом (в горловине) - 55×55 мм (при длине гребневого рупора 340 мм); в месте расположения задней коротко замыкающей стенки нерегулярной волноводной камеры - 95×95 мм (при длине комбинированного коаксиально-волноводного перехода - 130 мм). При этом он хорошо работает в полосе частот от 1,31 до 18 ГГц.1. The laboratory model of the ultra-wideband horn antenna (made according to the proposed technical solution) has dimensions: in the horn opening - 172 × 172 mm; at the junction of the pyramidal horn with the coaxial-waveguide transition (in the throat) - 55 × 55 mm (with a ridge horn length of 340 mm); at the location of the rear short-circuit wall of the irregular waveguide chamber - 95 × 95 mm (with the length of the combined coaxial-waveguide junction - 130 mm). However, it performs well in the 1.31 to 18 GHz frequency band.

2. Для получения рабочей полосы частот предлагаемой сверхширокополосной рупорной антенны от 1 до 18 ГГц необходимо увеличить длину рупора упомянутого лабораторного макета предлагаемой сверхширокополосной рупорной антенны до получения размеров его раскрыва (172×1,31)×(172×1,31) мм т.е. до размеров (225×225×445) мм.2. To obtain the operating frequency band of the proposed ultra-wideband horn antenna from 1 to 18 GHz, it is necessary to increase the length of the horn of the mentioned laboratory layout of the proposed ultra-wideband horn antenna until the dimensions of its aperture (172 × 1.31) × (172 × 1.31) mm are obtained. e. up to sizes (225 × 225 × 445) mm.

3. Упомянутый (в тексте к фигуре 2) измеренный между испытуемой и «эталонной» антеннами (разнесенными на определенное расстояние друг от друга) коэффициент передачи (Кп) пропорционален коэффициенту усиления антенны (G).3. The aforementioned (in the text to figure 2) measured between the test and the "reference" antennas (separated by a certain distance from each other) transmission coefficient (Kp) is proportional to the antenna gain (G).

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Возможность осуществления заявляемого изобретения показана на рисунках: фиг. 1а и фиг. 1б.The possibility of implementing the claimed invention is shown in the figures: FIG. 1a and FIG. 1b.

Предложенная сверхширокополосная рупорная антенна состоит из:The proposed UWB horn antenna consists of:

1) пирамидального рупора Н-образного сечения; подключенного к нему (с помощью волноводных фланцев) коаксиально-волноводного перехода, выполненного из отрезка волновода Н-образного сечения, за пределами входов коротких симметричных гребней которого плавно попарно расширены с обеих сторон его стенки и образована нерегулярная волноводная камера (увеличенного объема);1) pyramidal horn of H-shaped section; a coaxial-waveguide junction connected to it (with the help of waveguide flanges), made of a section of an H-shaped waveguide, outside the inputs of short symmetric ridges of which are smoothly expanded in pairs on both sides of its walls and an irregular waveguide chamber (increased volume) is formed;

2) дополнительно введенного и помещенного внутрь упомянутой нерегулярной волноводной камеры сверхширокополосного симметрирующего устройства; коаксиального разъема;2) an ultra-wideband balun additionally introduced and placed inside the said irregular waveguide chamber; coaxial connector;

3) пирамидального рупора 1; симметричных гребней 2 и 3; волноводных фланцев 4 и 5; отрезков коротких симметричных гребней 6 и 7 (входящих в коаксиально-волноводный переход); плавно попарно расширенных стенок коаксиально-волноводного перехода 8, 9 и 10, 11 (образовавших нерегулярную волноводную камеру увеличенного объема); печатного сверхширокополосного симметрирующего устройства 12 с полоском 13-14 (на виде слева) и 15-16 (на виде справа); задней коротко замыкающей стенки 17 и коаксиального разъема 18.3) pyramidal horn 1; symmetrical ridges 2 and 3; waveguide flanges 4 and 5; segments of short symmetric ridges 6 and 7 (included in the coaxial-waveguide transition); smoothly pairwise expanded walls of the coaxial-waveguide junction 8, 9 and 10, 11 (forming an irregular waveguide chamber of increased volume); printed ultra-wideband balun 12 with stripes 13-14 (left view) and 15-16 (right view); rear short-circuit wall 17 and coaxial connector 18.

Предлагаемая сверхширокополосная рупорная антенна работает следующим образом.The proposed ultra-wideband horn antenna operates as follows.

При подаче на входной коаксиальный разъем мощности СВЧ сигнала (допустимая мощность входного сигнала составляет несколько Вт при использовании в предлагаемой антенне печатного сверхширокополосного симметрирующего устройства и порядка 100 Вт при использовании воздушно-полоскового сверхширокополосного симметрирующего устройства) она (мощность) распространяясь через подключенное к нему сверхширокополосное симметрирующее устройство, доходит до входов симметричных гребней и возбуждает их симметричным ВЧ током. Далее СВЧ мощность по излучающей расходящейся щели, образованной между симметричными гребнями пирамидального рупора Н-образного сечения, распространяется к раскрыву последнего и «комфортно» (так как волновое сопротивление щели в раскрыве пирамидального рупора практически равно волновому сопротивлению свободного пространства) излучается в свободное пространство.When a microwave signal power is applied to the input coaxial connector (the permissible input signal power is several W when using a printed ultra-wideband balun in the proposed antenna and about 100 W when using an ultra-wideband air-strip balun), it (power) propagates through the ultra-wideband balun connected to it. the device, reaches the inputs of the balanced combs and excites them with a balanced RF current. Further, the microwave power through the radiating diverging slit formed between the symmetrical crests of the pyramidal horn of the H-shaped section spreads to the opening of the latter and “comfortably” (since the wave resistance of the slit in the opening of the pyramidal horn is practically equal to the wave impedance of free space) is radiated into free space.

В процессе настройки (проверки) предлагаемой сверхширокополосной рупорной антенны, ее проверяют на соответствие чертежу, проверяют качество ее сборки, отсутствие деформаций (вмятин) на ее корпусе и измеряют ее согласование (т.е. значение КСВ), диаграмму направленности и значения коэффициентов усиления антенны в полосе рабочих частот (к графику частотной зависимости коэффициента усиления антенны).In the process of tuning (checking) the proposed ultra-wideband horn antenna, it is checked for compliance with the drawing, the quality of its assembly, the absence of deformations (dents) on its body are checked, and its matching (i.e., the SWR value), the directional pattern and the values of the antenna gains are measured in the band of operating frequencies (to the graph of the frequency dependence of the antenna gain).

Описанной выше сверхширокополосной рупорной антенной пользуются следующим образом: подготовить предлагаемую сверхширокополосную рупорную антенну к работе, для чего извлечь ее из штатной упаковки, снять защитный колпачок с ее коаксиального разъема и установить ее на соответствующем рабочем месте. Затем подключить к ее коаксиальному разъему соответствующий кабель от выхода усилителя мощности передатчика (или от входа приемного устройства) и приступить к работе.The above-described ultra-wideband horn antenna is used as follows: prepare the proposed ultra-wideband horn antenna for operation, for which to remove it from the standard package, remove the protective cap from its coaxial connector and install it at the appropriate workplace. Then connect the corresponding cable from the output of the transmitter power amplifier (or from the input of the receiving device) to its coaxial connector and start working.

Литература:Literature:

1. Варенцов Е.Л., Данилов А.А., Илларионов И.А., Кашин А.В. Исследование излучающих свойств пирамидальной рупорной антенны Н-образного сечения / Антенны. 2010. Выпуск 7 (158). С. 33-37.1. Varentsov E.L., Danilov A.A., Illarionov I.A., Kashin A.V. Investigation of the radiating properties of a pyramidal H-shaped horn antenna / Antenna. 2010. Issue 7 (158). S. 33-37.

2. Линии передачи сантиметровых волн. Пер. с англ. Г.А. Ремеза. Москва: Изд-во «Сов. Радио». 1951.2. Lines of transmission of centimeter waves. Per. from English G.A. Remeza. Moscow: Publishing house "Sov. Radio". 1951.

3. Кисиленко К.И., Тимофеев Е.П. Сверхширокополосная рупорная гребневая антенна с частичным диэлектрическим заполнением / Антенны. 2017. Выпуск 7 (239). С. 56-61.3. Kisilenko K.I., Timofeev E.P. UWB Partially Filled Horn Ridge Antenna / Antennas. 2017. Issue 7 (239). S. 56-61.

4. Е.П. Тимофеев [и др.]. Широкополосная рупорная гребневая антенна / Вопросы радиоэлектроники. 2013. Серия РЛТ. Выпуск 1.4. E.P. Timofeev [and others]. Broadband horn ridge antenna / Questions of radio electronics. 2013. RLT series. Issue 1.

5. Гасанов Л.Г. [и др.]. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи / Москва, «Радио и связь». 1988.5. Gasanov L.G. [and etc.]. Solid-state microwave devices in communication technology / Moscow, "Radio and communication". 1988.

6. Тимофеев Е.П. [и др.] Широкополосная рупорная гребневая антенна / Вопросы радиоэлектроники, серия РЛТ, 2013 г.6. Timofeev E.P. [and others] Broadband horn ridge antenna / Questions of radio electronics, RLT series, 2013

Claims (1)

Сверхширокополосная рупорная антенна, содержащая: пирамидальный рупор Н-образного сечения; подключенный к нему коаксиально-волноводный переход, выполненный из отрезка волновода Н-образного сечения и коаксиального разъема, отличающаяся тем, что в коаксиально-волноводном переходе за пределами входов коротких симметричных гребней плавно попарно расширены с обеих сторон его стенки и в образовавшуюся нерегулярную волноводную камеру дополнительно введено сверхширокополосное симметрирующее устройство, выполненное на основе нерегулярной полосковой линии передачи, при этом полосок и металлизация несимметричного входа сверхширокополосного симметрирующего устройства подключены соответственно к центральному проводнику коаксиального разъема и его корпусу, соединенному также с задней стенкой нерегулярной волноводной камеры, а симметричные выходы сверхширокополосного симметрирующего устройства подключены к входам коротких симметричных гребней коаксиально-волноводного перехода.An ultra-wideband horn antenna comprising: a pyramidal H-shaped horn; a coaxial-waveguide junction connected to it, made of a section of an H-shaped waveguide section and a coaxial connector, characterized in that in the coaxial-waveguide junction outside the inputs of short symmetric ridges, smoothly in pairs expanded from both sides of its walls and into the formed irregular waveguide chamber additionally an ultra-wideband balun is introduced, made on the basis of an irregular strip transmission line, while the strips and metallization of the unbalanced input of the ultra-wideband balun are connected, respectively, to the central conductor of the coaxial connector and its body, also connected to the rear wall of the irregular waveguide chamber, and the symmetrical outputs of the ultra-wideband balun are connected to the inputs of the short symmetrical crests of the coaxial-waveguide junction.
RU2020127765A 2020-08-18 2020-08-18 Ultra-broadband horn antenna RU2761101C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127765A RU2761101C1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Ultra-broadband horn antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127765A RU2761101C1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Ultra-broadband horn antenna

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2761101C1 true RU2761101C1 (en) 2021-12-03

Family

ID=79174187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127765A RU2761101C1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Ultra-broadband horn antenna

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2761101C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU221563U1 (en) * 2023-08-02 2023-11-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН) DEVICE FOR GENERATING BROADBAND SIGNALS

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2250542C1 (en) * 2003-06-30 2005-04-20 Орлов Александр Борисович Horn antenna
RU2427060C1 (en) * 2010-01-11 2011-08-20 Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" Ultra-wideband horn antenna
EP2904661A4 (en) * 2012-10-08 2016-06-15 Wayne Yang Wideband deformed dipole antenna for lte and gps bands
CN105874649B (en) * 2014-04-30 2019-05-03 华为技术有限公司 A kind of feeder equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2250542C1 (en) * 2003-06-30 2005-04-20 Орлов Александр Борисович Horn antenna
RU2427060C1 (en) * 2010-01-11 2011-08-20 Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" Ultra-wideband horn antenna
EP2904661A4 (en) * 2012-10-08 2016-06-15 Wayne Yang Wideband deformed dipole antenna for lte and gps bands
CN105874649B (en) * 2014-04-30 2019-05-03 华为技术有限公司 A kind of feeder equipment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВАРЕНЦОВ Е.Л. et al. "ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗЛУЧАЮЩИХ СВОЙСТВ ПИРАМИДАЛЬНОЙ РУПОРНОЙ АНТЕННЫ Н-ОБРАЗНОГО СЕЧЕНИЯ"/АНТЕННЫ, 2010, ВЫПУСК 7 (158). *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU221563U1 (en) * 2023-08-02 2023-11-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН) DEVICE FOR GENERATING BROADBAND SIGNALS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114188686B (en) H-face waveguide/microstrip probe conversion device
RU2761101C1 (en) Ultra-broadband horn antenna
Varshney et al. Aerodynamic slotted SIW-to-MS line transition using mitered end taper for satellite and RADAR communications
Balanis Circular waveguides
Liu et al. A millimeter wave high-order TE 13 mode converter
Meyer et al. Broadband offset quad-ridged waveguide orthomode transducer
Richter et al. A broadband transition between dielectric and planar waveguides at millimeterwave frequencies
Schulz et al. Investigation of a circular TE11-TE01-mode converter in stepped waveguide technique
RU2735360C1 (en) Coaxial-waveguide broadband junction
Mehrdadian et al. Design and implementation of 0.7 to 7 GHz broadband double-ridged horn antenna
JP2014174156A (en) Dielectric property measuring device
Rudakov et al. Compact over-octave horn antenna with stable radiation pattern
RU2237954C1 (en) Broadband horn-type waveguide radiator
Berdnik et al. E-plane T-junction of rectangular waveguides with vibrator-slot coupling between arms
JP4389857B2 (en) Mode converter and microwave device provided with the same
Qiu et al. Design and simulation of ultra-wideband quad-ridged horn antenna
Johnston Wideband Balun design for the pyramidal sinuous antenna
de Villiers et al. Design of a wideband orthomode transducer
RU2121736C1 (en) Directional coupler of shf power
Jankovic et al. Planar transitions from substrate integrated coaxial line to single-layer transmission lines and waveguides
Wang et al. Design and implementation of X-band waveguide slot antenna
RU2436203C1 (en) Contradirectional strip coupler
KR101306394B1 (en) Radio frequency(rf) device
RU189909U1 (en) MINIATURE THREE-SHLIFT DIRECTED DETECTOR
RU2574172C1 (en) Cylindrical slit antenna