RU2784393C1 - Dual band antenna system - Google Patents
Dual band antenna system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784393C1 RU2784393C1 RU2021135293A RU2021135293A RU2784393C1 RU 2784393 C1 RU2784393 C1 RU 2784393C1 RU 2021135293 A RU2021135293 A RU 2021135293A RU 2021135293 A RU2021135293 A RU 2021135293A RU 2784393 C1 RU2784393 C1 RU 2784393C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- antenna array
- waveguides
- antenna
- frequency range
- Prior art date
Links
- 230000001808 coupling Effects 0.000 claims description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 11
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 201000001845 syndromic X-linked intellectual disability Snyder type Diseases 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, а именно к антенным системам с суммарно-разностной обработкой сигнала. Такие системы применяются в радиолокационных системах (РЛС) точного автоматического сопровождения цели и в обзорных моноимпульсных радиолокационных системах. Параметры антенной системы во многом определяют характеристики РЛС в целом.The invention relates to microwave technology, namely to antenna systems with sum-difference signal processing. Such systems are used in radar systems (RLS) for accurate automatic target tracking and in surveillance monopulse radar systems. The parameters of the antenna system largely determine the characteristics of the radar as a whole.
Известно моноимпульсное антенное устройство [Патент №2236729 МПК H01Q 13/10], которое содержит плоскую антенную решетку, разделенную, по крайней мере, на две подрешетки, соединенные с устройством суммарно-разностной обработки сигналов, выполненном на двойных волноводных тройниках.Known monopulse antenna device [Patent No. 2236729 IPC
Недостатком данного устройства является ограничение его работы лишь в одном частотном диапазоне, а так же невозможность настройки суммарно-разностной схемы отдельно от антенного устройства в целом.The disadvantage of this device is the limitation of its operation in only one frequency range, as well as the impossibility of setting up the sum-difference scheme separately from the antenna device as a whole.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является волноводно-щелевая антенная решетка, выполненная в виде многоуровневой системы волноводов и содержащая волноводную схему распределения мощности и излучающую антенную решетку, разделенную на несколько подрешеток. [Патент №2246156 МПК H01Q 21/00]Closest to the proposed invention is a slotted waveguide antenna array, made in the form of a multilevel system of waveguides and containing a waveguide power distribution circuit and a radiating antenna array divided into several subarrays. [Patent No. 2246156 IPC H01Q 21/00]
Недостатком данного устройства является ограничение его работы лишь в одном частотном диапазоне, что позволяет формировать только три независимых выходных СВЧ-сигнала. Так же невозможно настроить суммарно-разностную схему отдельно от антенного устройства в целом.The disadvantage of this device is the limitation of its operation in only one frequency range, which allows you to generate only three independent output microwave signals. It is also impossible to set up the sum-difference scheme separately from the antenna device as a whole.
Техническим результатом предлагаемой двухдиапазонной антенной системы является формирование восьми независимых выходных СВЧ-сигналов при увеличении коэффициента усиления и снижении уровня боковых лепестков антенной системы высокочастотного диапазона и предельно высоких характеристиках низкочастотной антенной системы.The technical result of the proposed dual-band antenna system is the formation of eight independent microwave output signals with an increase in gain and a decrease in the level of side lobes of the high-frequency range antenna system and extremely high characteristics of the low-frequency antenna system.
Предлагаемая двухдиапазонная антенная система включает волноводно-щелевую антенную решетку высокочастотного диапазона, выполненную в виде многоуровневой системы волноводов и содержащую волноводную схему распределения мощности и излучающую антенную решетку, разделенную на несколько подрешеток, излучающие элементы которых выполнены в виде сквозных отверстий в широких стенках параллельно расположенных прямоугольных излучающих волноводов, образующих первый уровень волноводно-щелевой антенной решетки, перпендикулярно которым на втором уровне волноводно-щелевой антенной решетки расположены по одному для каждой подрешетки возбуждающему волноводу, каждый из которых электромагнитно связан с излучающими волноводами через элементы связи в виде сквозных отверстий в их общих широких стенках и электромагнитно связан с расположенным на третьем уровне подводящим волноводом подрешетки через элемент связи в виде сквозных отверстий в общей широкой стенке этих волноводов, при этом все подводящие волноводы подрешеток соединены с волноводной схемой распределения мощности, разделенной на четыре квадранта, и антенную решетку низкочастотного диапазона, выполненную в виде излучателей, образующих четыре квадранта и расположенных на излучающей антенной решетке высокочастотного диапазона, причем каждый излучатель расположен между линейными решетками и поляризационно развязан с излучателями высокочастотного диапазона, суммарно-разностные схемы (СРС) высокочастотного и низкочастотного диапазонов образуют совместно с антенными решетками единую антенную систему, причем апертура антенн дополнительно включает широкополосную антенну, выполненную в виде излучателя низкочастотного диапазона и установленную на излучающей антенной решетке высокочастотного диапазона, и высокочастотный излучатель, выполненный в виде электрического вибратора.The proposed dual-band antenna system includes a waveguide-slot high-frequency antenna array, made in the form of a multilevel system of waveguides and containing a waveguide power distribution circuit and a radiating antenna array, divided into several subarrays, the radiating elements of which are made in the form of through holes in the wide walls of parallel rectangular radiating waveguides forming the first level of the waveguide-slot antenna array, perpendicular to which at the second level of the waveguide-slot antenna array there are one for each sub-array of the exciting waveguide, each of which is electromagnetically connected to the radiating waveguides through coupling elements in the form of through holes in their common wide walls and is electromagnetically connected to the input waveguide of the sublattice located on the third level through the coupling element in the form of through holes in the common wide wall of these waveguides, while all the input waveguides subarrays are connected to a waveguide power distribution scheme divided into four quadrants, and a low-frequency band antenna array made in the form of radiators forming four quadrants and located on a high-frequency band radiating antenna array, each radiator being located between the linear arrays and polarization decoupled from the high-frequency band radiators , the sum-difference circuits (SDS) of the high-frequency and low-frequency ranges, together with the antenna arrays, form a single antenna system, and the antenna aperture additionally includes a broadband antenna made in the form of a low-frequency range radiator and mounted on a high-frequency range radiating antenna array, and a high-frequency radiator made in in the form of an electric vibrator.
Многослойная конструкция волноводно-щелевой решетки может быть выполнена из соединенных друг с другом чередующихся проводящих тонких пластин и проводящих оснований, в которых выполнены сквозные отверстия, образующие каналы волноводов соответствующего уровня волноводно-щелевой антенной решетки, а в прилегающих тонких пластинах, образующих широкие стенки этих волноводов, выполнены сквозные отверстия, образующие на соответствующих уровнях волноводно-щелевой антенной решетки либо излучающие элементы, либо отверстия элементов связи между волноводами разных уровней, либо отверстия для подвода энергии, а излучающие элементы антенной решетки высокочастотного диапазона выполнены в виде продольных щелей в узких стенках волноводов, элементы связи между излучающими и возбуждающими волноводами выполнены в виде наклонных щелей.The multilayer structure of the waveguide-slotted array can be made of alternating conductive thin plates and conductive bases connected to each other, in which through holes are made, forming the channels of the waveguides of the corresponding level of the waveguide-slotted antenna array, and in the adjacent thin plates, forming the wide walls of these waveguides , through holes are made that form either radiating elements at the corresponding levels of the waveguide-slotted antenna array, or holes for coupling elements between waveguides of different levels, or holes for supplying energy, and the radiating elements of the high-frequency antenna array are made in the form of longitudinal slots in the narrow walls of the waveguides, the coupling elements between the radiating and exciting waveguides are made in the form of inclined slots.
Дополнительная широкополосная антенна низкочастотного диапазона может быть выполнена в виде микрополосковой печатной платы, установленной узкой стороной перпендикулярно антенной решетке высокочастотного диапазона.An additional low-frequency broadband antenna can be made in the form of a microstrip printed circuit board installed with its narrow side perpendicular to the high-frequency range antenna array.
Одиночный излучатель высокочастотного диапазона представляет собой электрический вибратор с вектором поляризации под углом 45° к вектору поляризации антенной решетки высокочастотного диапазона.A single high-frequency emitter is an electric vibrator with a polarization vector at an angle of 45° to the polarization vector of the high-frequency range antenna array.
Суммарно-разностная схема низкочастотного диапазона может быть выполнена в виде копланарной печатной платы, которая закреплена на обратной стороне основания антенны, через коаксиально-полосковые переходы связана с излучателями и имеет коаксиально-полосковые переходы для вывода суммарного и двух разностных сигналов.The sum-difference circuit of the low-frequency range can be made in the form of a coplanar printed circuit board, which is fixed on the reverse side of the antenna base, connected to the emitters through coaxial-strip junctions and has coaxial-strip junctions for outputting the total and two difference signals.
На выходе высокочастотной части двухдиапазонной антенной системы получаем СВЧ-сигналы: суммарный сигнал, угломестный разностный сигнал, азимутальный разностный сигнал, сигнал от одиночного излучателя. На выходе низкочастотной части получаем СВЧ-сигналы: суммарный сигнал, угломестный разностный сигнал, азимутальный разностный сигнал, сигнал от широкополосной антенны низкочастотного диапазона. Таким образом, предлагаемая двухдиапазонная антенная система формирует 8 независимых выходных СВЧ-сигналов.At the output of the high-frequency part of the dual-band antenna system, we obtain microwave signals: the sum signal, the elevation difference signal, the azimuth difference signal, the signal from a single emitter. At the output of the low-frequency part, we obtain microwave signals: a sum signal, an elevation difference signal, an azimuth difference signal, a signal from a low-frequency broadband antenna. Thus, the proposed dual-band antenna system generates 8 independent output microwave signals.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлена предлагаемая двухдиапазонная антенная системы, где:In FIG. 1 and FIG. 2 shows the proposed dual-band antenna system, where:
волноводно-щелевая антенная решетка высокочастотного диапазона - 1;waveguide-slotted antenna array of the high-frequency range - 1;
волноводная схема распределения мощности - 2;waveguide power distribution scheme - 2;
излучатель антенной решетки низкочастотного диапазона - 10;low-frequency antenna array emitter - 10;
широкополосная антенна в виде излучателя низкочастотного диапазона - 12;broadband antenna in the form of a low-frequency emitter - 12;
высокочастотный излучатель в виде электрического вибратора - 13.high-frequency emitter in the form of an electric vibrator - 13.
На фиг. 3 представлена схема многоуровневой системы волноводов предлагаемой двухдиапазонной антенной системы, где:In FIG. 3 shows a diagram of a multilevel waveguide system of the proposed dual-band antenna system, where:
подрешетка антенной решетки - 3;antenna array subarray - 3;
излучающий элемент - 4;radiating element - 4;
прямоугольный излучающий волновод - 5;rectangular radiating waveguide - 5;
возбуждающий волновод - 6;exciting waveguide - 6;
элемент связи возбуждающего волновода - 7.connection element of the exciting waveguide - 7.
На фиг. 4 представлены детали двухдиапазонной антенной системы в порядке их расположения в готовом изделии, где:In FIG. 4 shows the details of a dual-band antenna system in the order of their location in the finished product, where:
волноводная схема распределения мощности - 2;waveguide power distribution scheme - 2;
подводящий волновод - 8;incoming waveguide - 8;
элемент связи подводящего волновода - 9;connection element of the inlet waveguide - 9;
излучатель антенной решетки низкочастотного диапазона - 10;low-frequency antenna array emitter - 10;
суммарно-разностная схема (СРС) низкочастотного диапазона - 11.sum-difference circuit (SRS) of the low-frequency range - 11.
На фиг. 5 представлен излучатель 10 антенной решетки низкочастотного диапазона.In FIG. 5 shows the
ПримерExample
Двухдиапазонная антенная система включает волноводно-щелевую антенную решетку высокочастотного диапазона частот 1 (Ku-диапазон) и антенную решетку низкочастотного диапазона (Х-диапазон), выполненную в виде шестнадцати излучателей 10. Волноводно-щелевая решетка высокочастотного диапазона частот 1 выполнена в виде трехуровневой системы волноводов и содержит волноводную схему распределения мощности 2 и излучающую антенную решетку диаметром 164 мм, разделенную на 4 подрешетки 3, излучающие элементы 4 которых выполнены в виде сквозных отверстий в широких стенках параллельно расположенных излучающих волноводов 5. Перпендикулярно волноводам 5 на втором уровне волноводно-щелевой антенной решетки 1 расположены возбуждающие волноводы 6 по одному для каждой подрешетки 3. Каждый излучающий волновод 5 электромагнитно связан через отверстия 7 с возбуждающими волноводами 6.The dual-band antenna system includes a waveguide-slot antenna array of a high-frequency frequency range 1 (K u -band) and an antenna array of a low-frequency range (X-band) made in the form of sixteen
Каждый возбуждающий волновод 6 электромагнитно связан через отверстия 9 с подводящим волноводом 8, расположенным на третьем уровне. Все подводящие волноводы 8 подрешеток 3 связаны через с волноводной схемой распределения мощности 2.Each
Суммарно-разностная схема низкочастотной системы выполнена в виде двусторонней печатной платы на копланарных линиях и закреплена на обратной стороне стального основания. Копланарная печатная плата 11 схемы распределения мощности связана с излучателями 10 через коаксиально-полосковые переходы и имеет дополнительные коаксиально-полосковые переходы для вывода суммарного и двух разностных сигналов. Основанием, на которое крепится копланарная печатная плата 11, является обратная сторона апертурной части антенной системы. Шестнадцать излучателей 10 образуют четыре квадранта, причем каждый излучатель 10 расположен между линейными решетками и поляризационно развязан с излучателями 4 антенной решетки высокочастотного диапазона.The sum-difference circuit of the low-frequency system is made in the form of a double-sided printed circuit board on coplanar lines and is fixed on the reverse side of the steel base. The coplanar printed
Излучатель 10 антенной решетки низкочастотного диапазона выполнен на двусторонней печатной плате и имеет размеры 11×13 мм. Плата установлена узкой стороной перпендикулярно к излучающей антенной решетке высокочастотного диапазона 1.The
Широкополосная антенна установлена на излучающей антенной решетке высокочастотного диапазона 1. Излучатель широкополосной антенны низкочастотного диапазона 12 выполнен так же, как излучатель 10, и установлен напротив электрического вибратора высокочастотного диапазона частот 13 с вектором поляризации под углом 45° к вектору поляризации антенной решетки высокочастотного диапазона.The broadband antenna is mounted on a high-frequency radiating antenna array 1. The emitter of the low-
На выходе высокочастотной части двухдиапазонной антенной системы получены СВЧ-сигналы: суммарный сигнал, угломестный разностный сигнал, азимутальный разностный сигнал, сигнал от одиночного излучателя. На выходе низкочастотной части получены СВЧ-сигналы: суммарный сигнал, угломестный разностный сигнал, азимутальный разностный сигнал, сигнал от широкополосной антенны низкочастотного диапазона. Итого, двухдиапазонная антенная система формирует 8 независимых выходных СВЧ-сигналов.At the output of the high-frequency part of the dual-band antenna system, microwave signals were received: the sum signal, the elevation difference signal, the azimuth difference signal, and the signal from a single emitter. At the output of the low-frequency part, microwave signals were received: a sum signal, an elevation difference signal, an azimuth difference signal, a signal from a broadband low-frequency antenna. In total, the dual-band antenna system generates 8 independent output microwave signals.
Проведенный электродинамический расчет модели антенной системы высокочастотного диапазона и оптимизация результатов позволили получить увеличение коэффициента усиления и снижение уровня боковых лепестков диаграмм направленности. А выбранный способ изготовления деталей антенны по технологии прецизионной лазерной обработки позволил получить максимально близкие к расчетам результаты. Расчеты проводились с учетом взаимовлияния всех элементов антенной системы, полученные характеристики низкочастотной части предлагаемой антенной системы оказались ожидаемо высокими.The electrodynamic calculation of the high-frequency range antenna system model and optimization of the results made it possible to obtain an increase in the gain and a decrease in the level of side lobes of the radiation patterns. And the chosen method of manufacturing antenna parts using precision laser processing technology made it possible to obtain results as close as possible to the calculations. The calculations were carried out taking into account the mutual influence of all elements of the antenna system, the obtained characteristics of the low-frequency part of the proposed antenna system turned out to be expectedly high.
Предлагаемое устройство работает следующим образомThe proposed device works as follows
В режиме приема высокочастотная часть двухдиапазонной антенной системы работает следующим образом: волноводно-щелевая антенная решетка высокочастотного диапазона 1 принимает падающую на нее волну через излучающие элементы 4 подрешеток 3 расположение которых в широких стенках прямоугольных излучающих волноводов 5 определяется требуемым амплитудным распределением. Принятый сигнал из излучающих волноводов 5 через элементы связи 7 передается в возбуждающие волноводы 6, и далее через элементы связи 9 в подводящие волноводы 8 четырех подрешеток 3. Сигналы из подводящих волноводов 8 поступают на суммарно-разностную схему 2, которая формирует три диаграммы направленности: суммарную и две разностные, по азимуту и углу места.In the reception mode, the high-frequency part of the dual-band antenna system operates as follows: the waveguide-slot antenna array of the high-frequency range 1 receives the wave incident on it through the radiating elements 4 of the
В режиме передачи сигнал подводится к суммарному входу, с помощью суммарно-разностной схемы 2 делится на четыре равные части, затем через подводящие волноводы 8 поступает в возбуждающие волноводы 6. Из возбуждающих волноводов 6 через элементы связи в виде сквозных отверстий 7 сигнал поступает в излучающие волноводы 5, и через излучающие элементы 4 подрешеток 3 сигнал уходит в свободное пространство.In the transmission mode, the signal is fed to the total input, with the help of the sum-
В режиме приема низкочастотная антенная система работает следующим образом. Низкочастотная антенная решетка принимает падающую волну излучателями 10. Далее сигнал через коаксиальный кабель и коаксиально-полосковый переход передается на суммарно-разностную схему 11. После преобразований в суммарно-разностной схеме формируется три диаграммы направленности: суммарная и две разностные, по азимуту и углу места. Эти сигналы снимаются с коаксиально-полосковых переходов, припаянных к стальному основанию антенной системы.In receive mode, the low-frequency antenna system operates as follows. The low-frequency antenna array receives the incident wave by
Предлагаемая двухдиапазонная антенная система позволяет формировать восемь независимых выходных СВЧ-сигналов: четыре на выходе высокочастотной части и четыре на выходе низкочастотной части.The proposed dual-band antenna system makes it possible to generate eight independent output microwave signals: four at the output of the high-frequency part and four at the output of the low-frequency part.
На выходе высокочастотной части двухдиапазонной антенной системы получают СВЧ-сигналы: суммарный сигнал, угломестный разностный сигнал, азимутальный разностный сигнал, сигнал от одиночного излучателя. На выходе низкочастотной части получают СВЧ-сигналы: суммарный сигнал, угломестный разностный сигнал, азимутальный разностный сигнал, сигнал от широкополосной антенны низкочастотного диапазона. Диаграммы направленности предлагаемой антенны имеют увеличенный коэффициент усиления и сниженный уровень боковых лепестков.At the output of the high-frequency part of the dual-band antenna system, microwave signals are received: the sum signal, the elevation difference signal, the azimuth difference signal, the signal from a single emitter. At the output of the low-frequency part, microwave signals are obtained: a sum signal, an elevation difference signal, an azimuth difference signal, a signal from a low-frequency broadband antenna. The radiation patterns of the proposed antenna have an increased gain and a reduced level of side lobes.
Claims (5)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2784393C1 true RU2784393C1 (en) | 2022-11-24 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2236729C1 (en) * | 2003-02-04 | 2004-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Single-pulse antenna assembly |
RU2246156C1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Slotted waveguide antenna array |
US20180329029A1 (en) * | 2015-12-22 | 2018-11-15 | Waymo Llc | 3D Compact Reactive Beam Forming Network for Automotive Radars |
EP3451452B1 (en) * | 2017-09-05 | 2021-08-25 | Honeywell International Inc. | Slot radar antenna with gas-filled waveguide and pcb radiating slots |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2236729C1 (en) * | 2003-02-04 | 2004-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Single-pulse antenna assembly |
RU2246156C1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Slotted waveguide antenna array |
US20180329029A1 (en) * | 2015-12-22 | 2018-11-15 | Waymo Llc | 3D Compact Reactive Beam Forming Network for Automotive Radars |
EP3451452B1 (en) * | 2017-09-05 | 2021-08-25 | Honeywell International Inc. | Slot radar antenna with gas-filled waveguide and pcb radiating slots |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10686251B2 (en) | Wideband beam broadening for phased array antenna systems | |
TWI460923B (en) | Feed network for antenna subarray and antenna subarray thereof | |
KR101174637B1 (en) | Active phased array antenna and active phased array ladar having the same | |
CN107834212B (en) | High-gain high-order die cavity array antenna based on novel super surface | |
JPH06232621A (en) | Active transmission phased array antenna | |
CN1823446A (en) | Wideband phased array radiator | |
JPH07221532A (en) | Phased array antenna | |
US11848496B2 (en) | Lens-enhanced communication device | |
US11742586B2 (en) | Lens-enhanced communication device | |
CN112424995A (en) | Antenna device for beam steering and focusing | |
CN108232439B (en) | Linear array antenna and planar array antenna of substrate integrated waveguide slot feed | |
CN106684575B (en) | Switchable beam antenna device and method | |
EP0888649B1 (en) | Array feed for axially symmetric and offset reflectors | |
USH1773H (en) | Ultra-wideband active electronically scanned antenna | |
RU2784393C1 (en) | Dual band antenna system | |
CN113113781A (en) | Active phased array antenna line is presented | |
CN116885459A (en) | Design method of embedded widening angle scanning phased array antenna | |
CN201498599U (en) | Multimode monopulse antenna | |
RU2541888C1 (en) | Multibeam microwave linear antenna array and two-dimensional antenna array based thereon | |
US3343165A (en) | Directional radio and tracking systems | |
CN217788798U (en) | MxN millimeter wave terahertz planar dipole end-fire array antenna | |
WO2021106003A1 (en) | Metal waveguide connected antenna array | |
JP2003032033A (en) | Active phased array antenna and transmitter using it | |
CN110867651A (en) | Zero-order resonance patch antenna and transmission type low-cost monopulse phased array antenna device | |
CN220420906U (en) | C-band low-sidelobe sum-difference beam microstrip patch array antenna |