RU2762240C1 - Excitation device of planar overlapping subarrays with contour directional diagrams - Google Patents
Excitation device of planar overlapping subarrays with contour directional diagrams Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762240C1 RU2762240C1 RU2021113132A RU2021113132A RU2762240C1 RU 2762240 C1 RU2762240 C1 RU 2762240C1 RU 2021113132 A RU2021113132 A RU 2021113132A RU 2021113132 A RU2021113132 A RU 2021113132A RU 2762240 C1 RU2762240 C1 RU 2762240C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixing unit
- input
- output
- signal mixing
- peripheral
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
Abstract
Description
Изобретение относится к фазированным антенным решеткам (ФАР), а более конкретно к планарным перекрывающимся подрешеткам с контурными диаграммами направленности.The invention relates to phased array antennas (PAR), and more specifically to planar overlapping subarrays with contour radiation patterns.
Известно устройство возбуждения планарных перекрывающихся подрешеток, содержащее излучатели, делители мощности и направленные ответвители. Работа устройства основана на использовании каскадного соединения линейных перекрывающихся подрешеток, расположенных перпендикулярно друг другу (Скобелев С.П. Фазированные антенные решетки с секторными парциальными диаграммами направленности. М: Физматлит, 2010, рисунок 2.11).Known is a device for exciting planar overlapping subarrays containing emitters, power dividers and directional couplers. The operation of the device is based on the use of a cascade connection of linear overlapping subarrays located perpendicular to each other (Skobelev S.P. Phased antenna arrays with sectorial partial radiation patterns. M: Fizmatlit, 2010, Figure 2.11).
Недостатками известного излучателя является существенное (почти в два раза) увеличение продольного размера ФАР.The disadvantages of the known emitter is a significant (almost twofold) increase in the longitudinal size of the HEADLIGHTS.
Известно устройство возбуждения планарных перекрывающихся подрешеток, содержащее делитель мощности, блок смешения сигналов, излучатели и направленные ответвители (патент US 9374145, опубл. 21.06.2016).A known device for exciting planar overlapping sublattices contains a power divider, a signal mixing unit, emitters and directional couplers (US patent 9374145, publ. 06.21.2016).
Данный известный излучатель принят в качестве ближайшего аналога к заявленному многослойному печатному излучателю.This known emitter is adopted as the closest analogue to the claimed multilayer printed emitter.
Недостатками известного излучателя является то, что формирование контурных диаграмм направленности с плоскими вершинами достигается только ценой некоторого снижения уровня плоской вершины в направлениях вблизи нормали к плоскости апертуры (в частности, по сравнению с аналогом) и снижения коэффициента использования поверхности (КИП) (Skobelev S. P. Some features of the overlapped subarrays built up of beam-forming matrices for shaping flat-topped radiation patterns. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2015. V. 63. №12. P. 5529-5535).The disadvantages of the known emitter are that the formation of contour radiation patterns with flat tops is achieved only at the cost of a certain decrease in the level of the flat top in the directions close to the normal to the plane of the aperture (in particular, in comparison with the analogue) and a decrease in the surface utilization factor (SP) (Skobelev SP Some features of the overlapped subarrays built up of beam-forming matrices for shaping flat-topped radiation patterns. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2015. V. 63. No. 12. P. 5529-5535).
Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является создание устройство возбуждения планарных перекрывающихся подрешеток с контурными диаграммами направленности, лишенного указанных недостатков.The technical problem solved by the present invention is the creation of a device for exciting planar overlapping subarrays with contour radiation patterns, devoid of the above disadvantages.
В результате достигается технический результат, заключающийся в формировании контурной диаграммы направленности с плоской вершиной с повышенным значением КИП при сохранении продольного размера ФАР.As a result, the technical result is achieved, which consists in the formation of a contour radiation pattern with a flat top with an increased value of the KPI while maintaining the longitudinal size of the HEADLIGHTS.
Указанный технический результат достигается созданием устройства возбуждения планарных перекрывающихся подрешеток с контурными диаграммами направленности, содержащего делитель мощности, блок смешения сигналов, излучатели и направленные ответвители. Вход делителя мощности выполнен с возможностью соединения с управляющим устройством. Центральный выход делителя мощности напрямую соединен с центральным входом блока смешения сигналов. Каждый из шести периферийных выходов делителя мощности соединен с первым входным портом соответствующего направленного ответвителя, первый выходной порт которого соединен с соответствующим входом блока смешения сигналов, второй его входной порт соединен с выходом соответствующего периферийного выхода соседнего делителя мощности, а второй выходной порт - с соответствующим периферийным входом соседнего блока смешения сигналов. Коэффициенты связи между перекрестными портами каждого из шести указанных направленных ответвителей равны и находятся в диапазоне от 0.33 до 0.48. Блок смешения сигналов выполнен с возможностью подачи сигнала напрямую с центрального входа на центральный выход. Первый периферийный вход блока смешения сигналов соединен с первым входным портом первого направленного ответвителя, первый выходной порт которого соединен со вторым входным портом пятого направленного ответвителя, второй выходной порт которого соединен с первым периферийным выходом блока смешения сигналов. Третий периферийный вход блока смешения сигналов соединен с первым входным портом третьего направленного ответвителя, первый выходной порт которого соединен со вторым входным портом первого направленного ответвителя, второй выходной порт которого соединен с третьим периферийным выходом блока смешения сигналов. Пятый периферийный вход блока смешения сигналов соединен с первым входным портом пятого направленного ответвителя, первый выходной порт которого соединен со вторым входным портом третьего направленного ответвителя, второй выходной порт которого соединен с пятым периферийным выходом блока смешения сигналов. Второй периферийный вход блока смешения сигналов соединен с первым входным портом второго направленного ответвителя, первый выходной порт которого соединен со вторым входным портом шестого направленного ответвителя, второй выходной порт которого соединен со вторым периферийным выходом блока смешения сигналов. Четвертый периферийный вход блока смешения сигналов соединен с первым входным портом четвертого направленного ответвителя, первый выходной порт которого соединен со вторым входным портом второго направленного ответвителя, второй выходной порт которого соединен с четвертым периферийным выходом блока смешения сигналов. Шестой периферийный вход блока смешения сигналов соединен с первым входным портом шестого направленного ответвителя, первый выходной порт которого соединен со вторым входным портом четвертого направленного ответвителя, второй выходной порт которого соединен с шестым периферийным выходом блока смешения сигналов. Коэффициенты связи между перекрестными портами первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого направленных ответвителей равны и находятся в диапазоне от 0.33 до 0.48. Излучатели сгруппированы в семиэлементные модули, таким образом, что один излучатель расположен в центре шестиугольника, а шесть других - в его вершинах. Центральный выход блока смешения сигналов соединен с излучателем, расположенным в центре шестиугольника, а каждый из периферийных выходов блока смешения сигналов соединен с соответствующим излучателем, расположенным в вершине упомянутого шестиугольника.The specified technical result is achieved by creating a device for exciting planar overlapping subarrays with contour radiation patterns, containing a power divider, a signal mixing unit, emitters and directional couplers. The power divider input is configured to be connected to the control device. The central output of the power divider is directly connected to the central input of the signal mixing unit. Each of the six peripheral outputs of the power divider is connected to the first input port of the corresponding directional coupler, the first output port of which is connected to the corresponding input of the signal mixing unit, its second input port is connected to the output of the corresponding peripheral output of the adjacent power divider, and the second output port is connected to the corresponding peripheral the input of the adjacent signal mixing block. The coupling factors between the cross ports of each of the six specified directional taps are equal and range from 0.33 to 0.48. The signal mixing unit is configured to feed a signal directly from the central input to the central output. The first peripheral input of the signal mixing unit is connected to the first input port of the first directional coupler, the first output port of which is connected to the second input port of the fifth directional coupler, the second output port of which is connected to the first peripheral output of the signal mixing unit. The third peripheral input of the signal mixing unit is connected to the first input port of the third directional coupler, the first output port of which is connected to the second input port of the first directional coupler, the second output port of which is connected to the third peripheral output of the signal mixing unit. The fifth peripheral input of the signal mixing unit is connected to the first input port of the fifth directional coupler, the first output port of which is connected to the second input port of the third directional coupler, the second output port of which is connected to the fifth peripheral output of the signal mixing unit. The second peripheral input of the signal mixing unit is connected to the first input port of the second directional coupler, the first output port of which is connected to the second input port of the sixth directional coupler, the second output port of which is connected to the second peripheral output of the signal mixing unit. The fourth peripheral input of the signal mixing unit is connected to the first input port of the fourth directional coupler, the first output port of which is connected to the second input port of the second directional coupler, the second output port of which is connected to the fourth peripheral output of the signal mixing unit. The sixth peripheral input of the signal mixing unit is connected to the first input port of the sixth directional coupler, the first output port of which is connected to the second input port of the fourth directional coupler, the second output port of which is connected to the sixth peripheral output of the signal mixing unit. The coupling factors between the cross ports of the first, second, third, fourth, fifth, and sixth directional taps are equal and range from 0.33 to 0.48. The emitters are grouped into seven-element modules, in such a way that one emitter is located in the center of the hexagon, and six others are at its vertices. The central output of the signal mixing unit is connected to a radiator located in the center of the hexagon, and each of the peripheral outputs of the signal mixing unit is connected to a corresponding radiator located at the vertex of said hexagon.
На фигуре 1 изображен общий вид устройства возбуждения планарных перекрывающихся подрешеток с контурными диаграммами направленности.The figure 1 shows a General view of the device for exciting planar overlapping subarrays with contour radiation patterns.
На фигуре 2а изображено схематическое расположение направленных ответвителей, связывающих соседние подрешетки.Figure 2a shows a schematic arrangement of directional couplers connecting adjacent subarrays.
На фигуре 2б изображена схема направленного ответвителя.Figure 2b shows a diagram of a directional coupler.
На фигурах 3а и 3б изображена структурная схема блока смешения сигналов.Figures 3a and 3b show a block diagram of a signal mixing unit.
На фигурах 4а и 4б изображено схематическое расположение излучателей в планарной решетке по частным вариантам исполнения.Figures 4a and 4b show a schematic arrangement of emitters in a planar array according to particular versions.
На фигуре 5 изображено амплитудное распределение сигналов возбуждения по излучателям в подрешетке.Figure 5 shows the amplitude distribution of the excitation signals over the emitters in the sub-array.
На фигуре 6 изображена контурная карта уровней нормированного множителя подрешетки при отсутствии связей между подрешетками.Figure 6 shows a contour map of the levels of the normalized sublattice factor in the absence of connections between the sublattices.
На фигуре 7 изображена контурная карта уровней нормированного множителя подрешетки, соответствующая наличию связей между модулями при q1=0.45 и q=0.36.Figure 7 shows a contour map of the levels of the normalized sublattice factor corresponding to the presence of connections between the modules at q 1 = 0.45 and q = 0.36.
На фигуре 8 изображена зависимость нормированного множителя подрешетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях для прототипа и заявленного изобретения.Figure 8 shows the dependence of the normalized multiplier of the sublattice in the horizontal and vertical planes for the prototype and the claimed invention.
На фигуре 9 изображена зависимость нормированного множителя подрешетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях при отсутствии и наличии связей между подрешетками.Figure 9 shows the dependence of the normalized sublattice factor in the horizontal and vertical planes in the absence and presence of connections between the sublattices.
Устройство возбуждения планарных перекрывающихся подрешеток с контурными диаграммами направленности, показанное на фигурах 1-4, содержит делитель мощности 1, блок смешения сигналов 2, излучатели 3а, 3b, 3с, 3d, 3е, 3f, 3g и направленные ответвители 4а, 4b, 4с, 4d, 4е, 4f.The device for exciting planar overlapping subarrays with contour radiation patterns, shown in Figures 1-4, contains a
Вход 5 делителя мощности 1 выполнен с возможностью соединения с управляющим устройством (на фигурах не показано). Управляющее устройство обеспечивает подачу на вход 5 сигнала с определенной амплитудой и фазой.The
Центральный выход 1g делителя мощности 1 напрямую соединен с центральным входом (на фигурах не показан) блока смешения сигналов 2.The central output 1g of the
Каждый из шести периферийных выходов 1a-1f делителя мощности 1 соединен с первым входным портом соответствующего направленного ответвителя (в частности, 1а с 4а1, остальные на фигурах не показаны, чтобы их не перегружать), первый выходной порт которого соединен с соответствующим входом блока смешения сигналов (в частности, 4а1, с 2а, остальные на фигурах не показаны, чтобы их не перегружать). Второй входной порт каждого из упомянутых направленных ответвителей соединен с соответствующим периферийным выходом соседнего делителя мощности (соседние (относящиеся к соседним подрешеткам) делители мощности 6, 7, 8, 9, 10, 11). В частности, второй входной порт 4а2 направленного ответвителя 4а соединен с выходом 8d соседнего делителя мощности 8, остальные позиции на фигурах не показаны, чтобы их не перегружать. Второй выходной порт соединен с соответствующим периферийным входом соседнего блока смешения сигналов (входы соседних блоков смешения сигналов на фигурах не показаны, чтобы их не перегружать). Коэффициенты связи между перекрестными портами (в частности 4a1 и 4а2', 4а2 и 4а1') шести указанных направленных ответвителей 4а, 4b, 4с, 4d, 4е, 4f равны между собой и находятся в диапазоне от 0.33 до 0.48.Each of the six peripheral outputs 1a-1f of the
Выбор пар периферийного выхода делителя мощности 1 периферийного выхода соседнего делителя мощности, между которыми устанавливаются направленные ответвители выполняется следующим образом. Берется периферийный выход делителя мощности 1 (например 1а), определяются такие же выходы на соседних делителях мощностях (см. фиг. 2, такие же периферийные выходы обозначены как 6а, 7а, 8а, 9а, 10а, 11а). По этим выходам определяются диаметрально противоположные (расположенные симметрично относительно центрального выхода) выходы (6d, 7d, 8d, 9d, 10d, 11d). Из них выбирается ближайший выход (для периферийного выхода 1а таким ближайшим выходом будет 8 г). Результат такого выбора показан на фиг. 2а.The selection of pairs of the peripheral output of the
Блок смешения сигналов 2, изображенный на фигурах 3а и 3б выполнен с возможностью подачи сигнала напрямую с центрального входа на центральный выход с помощью передающей линии (на фигурах не обозначена).The
Блок смешения сигналов 2 включает первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21, пятый 22 и шестой 23 направленные ответвители.The
Первый периферийный вход 2а блока смешения сигналов 2 соединен с первым входным портом 181 первого направленного ответвителя 18, первый выходной порт 181' которого соединен со вторым входным портом 222 пятого направленного ответвителя 22, второй выходной порт 221' которого соединен с первым периферийным выходом 2а' блока смешения сигналов 2. Третий периферийный вход 2 с блока смешения сигналов соединен с первым входным портом 201 третьего направленного ответвителя 20, первый выходной порт 201' которого соединен со вторым входным портом 182 первого направленного ответвителя 18, второй выходной порт 182' которого соединен с третьим периферийным выходом 2с' блока смешения сигналов 2. Пятый периферийный вход 2е блока смешения сигналов 2 соединен с первым входным портом 221 пятого направленного ответвителя 22, первый выходной порт 221' которого соединен со вторым входным портом 202 третьего направленного ответвителя 20, второй выходной порт 202' которого соединен с пятым периферийным выходом 2е' блока смешения сигналов 2.The first
Второй периферийный вход 2b блока смешения сигналов 2 соединен с первым входным портом 191 второго направленного ответвителя 19, первый выходной порт 191' которого соединен со вторым входным портом 232 шестого направленного ответвителя 23, второй выходной порт 232' которого соединен со вторым периферийным выходом 2b' блока смешения сигналов 2. Четвертый периферийный вход 2d блока смешения сигналов 2 соединен с первым входным портом 211 четвертого направленного ответвителя 21, первый выходной порт 211' которого соединен со вторым входным портом 192 второго направленного ответвителя 19, второй выходной порт 192' которого соединен с четвертым периферийным выходом 2d' блока смешения сигналов 2. Шестой периферийный вход 2f блока смешения сигналов 2 соединен с первым входным портом 231 шестого направленного ответвителя 23, первый выходной порт 231' которого соединен со вторым входным портом 212 четвертого направленного ответвителя 21, второй выходной порт 212' которого соединен с шестым периферийным выходом 2f блока смешения сигналов 2.The second
Коэффициент связи между перекрестными портами (181 и 182', 182 и 181', 191 и 192', 192 и 191' и т.д.) первого 18, второго 19, третьего 20, четвертого 21, пятого 22 и шестого 23 направленных ответвителей равны и находятся в диапазоне от 0.33 до 0.48.Coupling ratio between cross ports (18 1 and 18 2 ' , 18 2 and 18 1' , 19 1 and 19 2 ' , 19 2 and 19 1' , etc.) of the first 18, the second 19, the third 20, the fourth 21 The fifth 22 and sixth 23 directional couplers are equal and range from 0.33 to 0.48.
Излучатели 3a-3g сгруппированы в семиэлементные модули, таким образом, что один излучатель (3g) расположен в центре шестиугольника, а шесть других - в его вершинах. Центральный выход блока смешения сигналов 2 соединен с излучателем 3g, расположенным в центре шестиугольника, а каждый из периферийных выходов блока смешения сигналов соединен с соответствующим излучателем, расположенным в вершине упомянутого шестиугольника (2а' с 3а, 2b' с 3b, 2с' с 3с, 2d' с 3d, 2е' с 3е и 2f' с 3f).
Заявленное устройство возбуждения планарных перекрывающихся подрешеток с контурными диаграммами направленности работает следующим образом.The claimed device for exciting planar overlapping subarrays with contour radiation patterns operates as follows.
На вход 5 делителя мощности 1 с управляющего устройства подается сигнал необходимой амплитуды и фазы. Конкретные значения амплитуды и фазы выбираются исходя из получения требуемой диаграммы направленности, создаваемой всей фазированной антенной решетки, в состав которой входит подрешетка.A signal of the required amplitude and phase is supplied to the
Делитель мощности разделяет входящий сигнал на семь равных частей, подаваемых на центральный выход 1g и периферийные выходы 1a-1f делителя мощности 1.The power divider divides the input signal into seven equal parts fed to the center output 1g and the peripheral outputs 1a-1f of the
Сигнал с центрального выхода делителя мощности 1g с помощью линии передачи сигнала подается через блок смешения сигналов 2 (где не смешивается с другими сигналами) на центральный излучатель 3g.The signal from the central output of the power divider 1g using a signal transmission line is fed through the signal mixing unit 2 (where it is not mixed with other signals) to the
Сигнал с каждого из периферийных выходов 1a-1f с помощью линии передачи сигнала подается сначала на входной порт направленного ответвителя (4a-4f соответственно), где смешивается с сигналом, поступающим с соответствующего выхода соседнего делителя мощности, а потом на соответствующий вход (2a-2f) блока смешения сигналов 2.The signal from each of the peripheral outputs 1a-1f using the signal transmission line is first fed to the input port of the directional coupler (4a-4f, respectively), where it is mixed with the signal coming from the corresponding output of the adjacent power divider, and then to the corresponding input (2a-2f ) of the
На фигуре 2б представлена схема направленного ответвителя, где q1 -коэффициент связи между перекрестными портами и р1=(1-q1 2)1/2. При подаче сигнала амплитудой 1 на один из входных портов, на перекрестном выходном порту будем иметь сигнал i q1 (фаза сигнала смещена относительно сигнала на входном порту на 90 градусов), а на прямом выходном порту будем иметь сигнал р1=(1-q1 2)1/2 (в дальнейшем обозначения р1 и q1 относятся к направленным ответвителям 4а-4а, а обозначения р и q относятся к направленным ответвителям 18, 19, 20, 21, 22, 23).Figure 2b shows a diagram of a directional coupler, where q 1 is the coupling coefficient between the cross ports and p 1 = (1-q 1 2 ) 1/2 . When a signal with an amplitude of 1 is applied to one of the input ports, we will have a signal iq 1 at the cross output port (the signal phase is shifted relative to the signal at the input port by 90 degrees), and at the direct output port we will have a signal p 1 = (1-q 1 2 ) 1/2 (hereinafter p 1 and q 1 refer to
В блоке смешения сигналов 2 сигналы, поступающие на периферийные входы 2а, 2с и 2е смешивается между собой с помощью трех направленных ответвителей 18, 20 и 22. А сигналы, поступающие на периферийные входы 2b, 2d и 2f смешивается между собой с помощью трех направленных ответвителей 19, 21 и 23. После этого сигналы с периферийных выходов 2а'-2f' поступают на излучатели 3a-3f.In the
Определим коэффициенты связи между входами 2a-2f и выходами блока смешения 2. Пусть сигнал единичной амплитуды приходит на вход 2а блока смешения сигналов (см. фиг. 3б) и далее на входной порт 181 первого направленного ответвителя 18. В результате прохождения сигнала через ответвители 18, 20, 22, на входах 182, 202 и 222 ответвителей 18, 20 и 22 соответственно появятся сигналы с амплитудами В1, В2 и В3, (также указанные на фиг. 3б). Используя матрицу передачи направленных ответвителей (см. фиг. 2б), можем определить, что указанные амплитуды связаны между собой и с единичной амплитудой сигнала, поступающего на вход 2а соотношениями В1=р+iqB2, В2=iqB3, В3=iqB1, где q - коэффициент связи между перекрестными портами и p=(1-q2)1/2. Представленные соотношения не учитывают одинаковый для них множитель, соответствующий прохождению сигнала по линиям передачи, соединяющим соседние ответвители (но для дальнейшего расчета этот множитель не важен). Выражая В1, В2 и В3, получим:Let us determine the coupling coefficients between the
Используя снова параметры ответвителей 18, 20, 22 и найденные амплитуды В1, В2 и B3, получим амплитуды сигналов, поступивших на периферийные выходы 2а', 2с' и 2е' блока смешения 2:Using again the parameters of the
Заметим, что если подать сигналы единичной амплитуды на все три периферийных входа 2а, 2с и 2е одновременно, то амплитуды сигналов на периферийных выходах 2а', 2с' и 2е' окажутся одинаковыми и равными сумме амплитуд С1+С2+С3:Note that if signals of unit amplitude are applied to all three
Аналогичные выражения получаются и для другой тройки связанных входов 2b, 2d и 2f блока смешения 2.Similar expressions are obtained for another triple of
Полученные коэффициенты связи между периферийными входами 2а, 2b, 2с, 2d, 2е, 2f и периферийными выходами 2а', 2b', 2с', 2d', 2е' и 2f', позволяют рассчитать амплитудное распределение сигналов по излучателям 3a-3g подрешетки и множитель подрешетки.The obtained coupling coefficients between the
Предположим, что амплитуды сигналов на шести периферийных 1a-1f выходах делителя мощности 1 равны единице. Далее эти сигналы проходят через направленные ответвители 4a-4f, блок 3, содержащий направленные ответвителя 18-23, и поступают в излучатели 3a-3f. В результате, в раскрыве подрешетки формируется симметричное амплитудное распределение, показанное на фиг. 5, где незаполненные круги соответствуют невозбужденным излучателям.Let us assume that the amplitudes of the signals at the six peripheral outputs 1a-1f of the
Амплитуды А1 соответствуют сигналам, прошедшим между прямыми портами направленных ответвителей 4a-4f (4а1-4a1', 4b1-4b1' и т.д.), и равномерному возбуждению входов блока смешения сигналов 2 (обеспечиваемому равенством коэффициентов связи между перекрестными портами направленных ответвителей 4a-4f.Amplitudes A 1 correspond to signals transmitted between the direct ports of
Амплитуды А2 соответствуют прохождению сигналов между перекрестными портами направленных ответвителей 4 (4а1-4а2',4b1-4b2' и т.д.), а также прохождениюThe amplitudes A 2 correspond to the passage of signals between the cross ports of directional couplers 4 (4a 1 -4a 2 ' , 4b 1 -4b 2' , etc.), as well as the passage
через соседний бок смешения сигналов(12, 13, 14, 15, 16, 17) по пути аналогичному пути 2а-2а' в блоке смешения сигналов 2 (см. фиг. 3б):through the adjacent side of mixing signals (12, 13, 14, 15, 16, 17) along a path similar to the
Амплитуды А3, и А4 также соответствую прохождению сигналов между перекрестными входами ответвителей 4 (4а1-4а2', 4b1-4b2' и т.д.), а также прохождению через соседний бок смешения сигналов(12, 13, 14, 15, 16, 17) по пути аналогичному путям 2а-2с' (для амплитуды A3) и 2а-2е' (для амплитуды А4) в блоке смешения сигналов 2 (см. фиг. 3б):The amplitudes A 3 , and A 4 also correspond to the passage of signals between the cross inputs of the couplers 4 (4a 1 -4a 2 ' , 4b 1 -4b 2' , etc.), as well as the passage through the adjacent mixing side of signals (12, 13, 14, 15, 16, 17) by way
Комплексная амплитуда А0 сигнала в центральном излучателе 3g подрешетки определяется только делителем мощности 1 и длиной линии передачи от центрального выхода lg делителя мощности 1 до центрального излучателя 3g. Эта амплитуда определяется следующими соображениями. Если все входы делителей мощности решетки (которая состоит из подрешеток) возбуждаются равномерно, а амплитуды сигналов на всех периферийных выходах делителей мощности равны единице, то все входы блоков смесителей сигнала будут возбуждаться равномерно сигналами с амплитудой p1+iq1. Следовательно, амплитуды сигналов на выходах блоков смешения сигналов и на входах излучателей, подключенным к ним, будут определяться формулойThe complex amplitude A 0 of the signal in the
гдеwhere
Ф=arctan(q1/р1)+arctanq.Ф = arctan (q 1 / p 1 ) + arctanq.
Естественный выбор, соответствующий обеспечению равномерного амплитудного распределения сигналов по всем излучателям решетки, включая центральные, соответствует тому, что А0 должна быть равна амплитуде , модуль которой равен единице. Отсюда следует то требование к делителю мощности 1, что он должен обеспечивать равномерное деление входного сигнала на все семь его выходов 1а-11g. Необходимая фаза сигнала, поступающего на центральные излучатели каждого модуля, должна быть согласована с фазой Ф=arctan(q1/p1)+arctanq либо путем подбора длины передающей линии от центрального выхода 1g делителя мощности 1 до излучателя 3g, либо установкой фиксированного фазовращателя в указанной линии.The natural choice, corresponding to ensuring a uniform amplitude distribution of signals over all radiators of the array, including the central ones, corresponds to the fact that A 0 should be equal to the amplitude , the modulus of which is equal to one. Hence follows the requirement for the
Определив амплитудное распределение сигналов по излучателям подрешетки, показанное (фиг. 5), легко рассчитать множитель подрешетки, определяемый формулойHaving determined the amplitude distribution of signals over the emitters of the sublattice, shown (Fig. 5), it is easy to calculate the subarray factor determined by the formula
где U=kau, V=kbν, k=2π/λ - волновое число, u=sinθcosϕ ν=sinθsinϕ - направляющие косинусы точки наблюдения, характеризуемой углом θ, отмеряемым от нормали к раскрыву, и углом ϕ, отмеряемым от оси х.where U = kau, V = kbν, k = 2π / λ is the wavenumber, u = sinθcosϕ ν = sinθsinϕ are the direction cosines of the observation point, characterized by the angle θ, measured from the normal to the aperture, and the angle ϕ, measured from the x axis.
Результаты расчета модуля множителя подрешетки f(u,ν), нормированного на его максимум, равный 7, представленные на фиг.6а, для решетки с а=0.7λ и что соответствует гексагональной сетке расположения излучателей (см. фиг. 4а). В случае отсутствия связи между подрешетками, реализуемом при q1=0, возбуждаются излучатели только центрального модуля сигналами одинаковой амплитуды. Карта уровней нормированного множителя подрешетки |f(u,ν)|/7, соответствующая указанному случаю, показана на фиг. 6. Наличие связи между подрешетками (при q1>0) приводит к образованию перекрывающихся подрешеток. Исследование влияния параметров q1 и q на форму множителя подрешетки показало, что при 0.33<q, q<0.48, 0.33<q1, q1<0.48 формируется плоская вершина множителя подрешетки, требуемая в оптимальных ФАР, предназначенных для сканирования в узкой угловой области пространства. Пример карты уровней нормированного множителя подрешетки с такой вершиной, полученной при q1=0.45 и q=0.36, показан на фиг. 7. Сравнивая результаты на фигурах 6 и 7, видно, что область, ограниченная, например, линией уровня 0.9, оказывается заметно шире для случая ФАР с перекрывающимися подрешетками.The results of calculating the modulus of the sublattice factor f (u, ν), normalized to its maximum equal to 7, presented in Fig. 6a, for a lattice with a = 0.7λ and which corresponds to the hexagonal grid of the location of the emitters (see Fig. 4a). In the absence of communication between the sublattices, which is realized at q 1 = 0, only the emitters of the central module are excited by signals of the same amplitude. The level map of the normalized factor of the sublattice | f (u, ν) | / 7 corresponding to this case is shown in Fig. 6. The presence of a bond between the sublattices (for q 1 > 0) leads to the formation of overlapping sublattices. The study of the influence of the parameters q 1 and q on the shape of the sublattice factor showed that at 0.33 <q, q <0.48, 0.33 <q 1 , q 1 <0.48, a flat top of the sublattice factor is formed, which is required in optimal PARs intended for scanning in a narrow angular region space. An example of a level map of the normalized sublattice factor with such a vertex, obtained for q 1 = 0.45 and q = 0.36, is shown in Fig. 7. Comparing the results in Figures 6 and 7, it can be seen that the region bounded, for example, by the line of the 0.9 level, turns out to be noticeably wider for the case of PAR with overlapping sublattices.
Сечения модуля множителя подрешетки, соответствующего горизонтальной и вертикальной плоскостях для прототипа и заявленного изобретения (при q1=0.45 и q=0.36) показаны на фиг. 8.Sections of the modulus of the sublattice factor corresponding to the horizontal and vertical planes for the prototype and the claimed invention (at q 1 = 0.45 and q = 0.36) are shown in Fig. eight.
Сечения модуля множителя подрешетки, соответствующего рассматриваемым случаям перекрывающихся и неперекрывающихся подрешеток в вертикальной и горизонтальной плоскостях, показаны на фиг. 9.The sections of the modulus of the sublattice multiplier corresponding to the considered cases of overlapping and non-overlapping sublattices in the vertical and horizontal planes are shown in Fig. 9.
Сравнение полученных здесь результатов с множителем подрешетки, соответствующим применению схемы из прототипа для межэлементных расстояний, указанных выше, показывает, что предлагаемая здесь схема обеспечивает 100% эффективность раскрыва в направлении нормали (и, следовательно, максимальный КИП) и тем самым более высокий уровень множителя подрешетки по сравнению с прототипом.Comparison of the results obtained here with the sublattice multiplier corresponding to the application of the prototype scheme for the interelement distances indicated above shows that the proposed scheme provides 100% efficiency of the aperture in the normal direction (and, consequently, the maximum EIA) and thus a higher level of the sublattice multiplier compared to the prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021113132A RU2762240C1 (en) | 2021-05-04 | 2021-05-04 | Excitation device of planar overlapping subarrays with contour directional diagrams |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021113132A RU2762240C1 (en) | 2021-05-04 | 2021-05-04 | Excitation device of planar overlapping subarrays with contour directional diagrams |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2762240C1 true RU2762240C1 (en) | 2021-12-16 |
Family
ID=79175385
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021113132A RU2762240C1 (en) | 2021-05-04 | 2021-05-04 | Excitation device of planar overlapping subarrays with contour directional diagrams |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2762240C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5812088A (en) * | 1994-12-19 | 1998-09-22 | Agence Spatiale Europeenne | Beam forming network for radiofrequency antennas |
WO2007103589A2 (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Multi-beam tile array module for phased array systems |
RU2480869C1 (en) * | 2012-09-13 | 2013-04-27 | Петр Николаевич Башлы | Method for generation of contour directivity diagram of antenna array |
US9374145B2 (en) * | 2012-11-26 | 2016-06-21 | Agence Spatiale Europeenne | Beam-forming network for an array antenna and array antenna comprising the same |
-
2021
- 2021-05-04 RU RU2021113132A patent/RU2762240C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5812088A (en) * | 1994-12-19 | 1998-09-22 | Agence Spatiale Europeenne | Beam forming network for radiofrequency antennas |
WO2007103589A2 (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Multi-beam tile array module for phased array systems |
RU2480869C1 (en) * | 2012-09-13 | 2013-04-27 | Петр Николаевич Башлы | Method for generation of contour directivity diagram of antenna array |
US9374145B2 (en) * | 2012-11-26 | 2016-06-21 | Agence Spatiale Europeenne | Beam-forming network for an array antenna and array antenna comprising the same |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
С.П. Скобелев, К.М. Сидоров. Схема возбуждения планарных перекрывающихся подрешеток с контурными диаграммами направленности, Радиотехника. 2021. Т. 85. номер 4. С. 15-23. * |
С.П. Скобелев. Фазированные антенные решетки с секторными парциальными диаграммами направленности, диссертация, ОАО РАДИОФИЗИКА, Москва, 2014. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103682573B (en) | Dual-beam sector antenna and array | |
US7724200B2 (en) | Antenna device, array antenna, multi-sector antenna, high-frequency wave transceiver | |
EP2822095A1 (en) | Antenna with fifty percent overlapped subarrays | |
WO2008065852A1 (en) | Coaxial line slot array antenna and method for manufacturing the same | |
EP1338061B1 (en) | Dual-beam antenna aperture | |
CN1823446A (en) | Wideband phased array radiator | |
CN106602265A (en) | Wave beam forming network, input structure thereof, input/output method of wave beam forming network, and three-beam antenna | |
CN106921047A (en) | A kind of waveguide feed all-metal dual polarized panel antennas array and its optimization method | |
CN109755766B (en) | CTS frequency-scanning antenna with large scanning frequency ratio | |
Casini et al. | A novel design method for Blass matrix beam-forming networks | |
RU2762240C1 (en) | Excitation device of planar overlapping subarrays with contour directional diagrams | |
CN108666769A (en) | A kind of nine beam array antenna of wideband | |
CN116885459A (en) | Design method of embedded widening angle scanning phased array antenna | |
CN112864622A (en) | Beam direction control method and device based on arc array antenna | |
CN109994840A (en) | A kind of strip line main frequency scanning antenna array of brick arrangement | |
CN103974405B (en) | Power divider and radio-frequency system | |
RU2300833C1 (en) | Antenna assembly | |
Sidorov et al. | Analysis of a network for feeding planar subarrays with flat-topped radiation patterns | |
RU2449435C1 (en) | Flat array of diffraction radiation antennas and power divider used in it | |
Skobelev et al. | Some features of shaping narrow flat-topped radiation patterns by overlapped subarrays in limited-scan waveguide phased array antennas | |
RU2156524C2 (en) | Microstrip antenna array | |
GB2243491A (en) | Frequency-scanned antenna arrays | |
CN115051144B (en) | Dual-frenquency common bore wave beam scanning antenna of big scanning scope | |
CN115498424B (en) | Dual-frequency common-caliber antenna combining periodic array and sparse array | |
SalarRahimi et al. | Compact butler network for 2D-steered array |