RU2802177C1 - Vibrator antenna system - Google Patents

Vibrator antenna system Download PDF

Info

Publication number
RU2802177C1
RU2802177C1 RU2023108681A RU2023108681A RU2802177C1 RU 2802177 C1 RU2802177 C1 RU 2802177C1 RU 2023108681 A RU2023108681 A RU 2023108681A RU 2023108681 A RU2023108681 A RU 2023108681A RU 2802177 C1 RU2802177 C1 RU 2802177C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
halves
transmission lines
antenna system
adjacent
pair
Prior art date
Application number
RU2023108681A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Петрович Горбачев
Андрей Андреевич Колесников
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2802177C1 publication Critical patent/RU2802177C1/en

Links

Abstract

FIELD: antenna systems.
SUBSTANCE: printed vibrator antenna system contains a rectangular dielectric substrate 1 with front 2 and back 3 surfaces, having a pair of large 4, 5 and a pair of small 6, 7 sides. On the front surface 2, parallel to the large side 4, in close proximity to it, two identical elongated narrow conductors are made, divided in the middle by gaps 8 into two coaxial halves 9, 10 and 11, 12 with adjacent 13, 14 and 15, 16, as well as remote 17, 18 and 19, 20 ends. In this case, the orientation of the halves 9, 10 and 11, 12 on the common axis is opposite. Near the other large side 5, three identical two-channel equal-amplitude power distributors are made without ballast resistors, connected to each other according to an aluminum alloy herringbone ladder, forming a 4-channel common-mode power divider. The divider input is located on the large side 5 and is the input of the antenna system. Two spaced apart outputs 28 and 32 of the divider are connected to adjacent ends 16 and 13 of halves 12 and 9 via two identical two-stage segments of transmission lines 30 and 34, respectively. Two adjacent outputs 29 and 33 of the divider are connected by similar two-stage segments 31, 35 with adjacent distant ends 19 and 18 of halves 11 and 10, respectively.
EFFECT: creation of a more compact and advanced printed linearly polarized vibrator antenna system with a differential radiation pattern having a pronounced saddle in the direction perpendicular to the end of the large side.
1 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемая вибраторная антенная система (ВАС) относится к области радиотехники диапазона сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использована в радиолокационных и радионавигационных системах различного назначения для определения направления на пеленгуемый объект по разностной диаграмме направленности, близкий к нулю минимум которой лежит на одной прямой, соединяющей радиолокатор с пеленгуемым объектом. Актуальность совершенствования таких ВАС обусловлена всё возрастающими требованиями к пеленгационным радиотехническим системам в отношении их габаритов и массы, надёжности, а также необходимостью повышения уровня производственной и эксплуатационной технологичности.The proposed vibrator antenna system (VAS) belongs to the field of microwave radio engineering and can be used in radar and radio navigation systems for various purposes to determine the direction to the direction-finding object according to the differential radiation pattern, the minimum of which is close to zero lies on one straight line connecting radar with direction finding object. The relevance of improving such AAS is due to the ever-increasing requirements for direction-finding radio engineering systems in terms of their dimensions and weight, reliability, as well as the need to increase the level of production and operational manufacturability.

Известна ВАС, описанная 29 марта 1988года в патенте США № 4734700 под названием “Group antenna with electronically phase-controlled beam”. Согласно резюме (Abstract) в этом патенте предложено реализовать в воображаемом трёхмерном объёме [например, в объёме в виде сферы, - см. фиг. 5 полного Описания этого патента] восемь областей со смежными границами, содержащих множественность индивидуальных излучателей, питаемых линиями передачи СВЧ диапазона. После компоновки и необходимых электрических соединений этих излучателей и вспомогательных элементов данная антенная система формирует суммарный сигнал, один угломестный разностный сигнал и два азимутальных разностных сигнала, используемые для радиолокации цели и её сопровождения при перемещении. Как следует далее из полного Описания этого патента, выходы каналов с вышеупомянутыми сигналами, а также вспомогательные нерабочие выходы ВАС соединены с согласованными нагрузками во избежание электромагнитных отражений [см. столбец 1, строки 56 – 66 Описания]. При этом в качестве вспомогательных элементов используются синфазно-противофазные кольцевые делители мощности [см. фигуры 7 – 12 Описания], а также можно применить двойные волноводные тройники (магические Т) [см. столбец 1, строки 45 – 50 Описания]. В процессе построения данной ВАС в коаксиальном, полосковом или волноводном исполнениях возникают многочисленные пересечения линий передачи, которые следует должным образом реализовать [см. столбец 2, строки 9 – 49 Описания]. BAC is known, described March 29, 1988 in US patent No. 4734700 under the name "Group antenna with electronically phase-controlled beam". According to the Abstract, this patent proposes to implement in an imaginary three-dimensional volume [for example, in a volume in the form of a sphere - see Fig. 5 of the full Description of this patent] eight areas with adjacent boundaries containing a plurality of individual emitters fed by microwave transmission lines. After the arrangement and necessary electrical connections of these emitters and auxiliary elements, this antenna system generates a sum signal, one elevation difference signal and two azimuth difference signals used for target radar and its tracking when moving. As follows from the full Description of this patent, the outputs of the channels with the above signals, as well as the auxiliary non-operating outputs of the BAC, are connected to matched loads to avoid electromagnetic reflections [see. column 1, lines 56 - 66 of the Description]. In this case, in-phase-anti-phase ring power dividers are used as auxiliary elements [see. figures 7 - 12 of the Description], and you can also use double waveguide tees (magic T) [see. column 1, lines 45 - 50 of the Description]. In the process of building this VAS in coaxial, stripline or waveguide versions, numerous transmission line intersections occur, which should be properly implemented [see. column 2, lines 9 - 49 Descriptions].

В качестве предложенного технического воплощения данной ВАС, рекомендовано использовать горизонтально поляризованные петлевые или дипольные (другими словами, вибраторные) излучатели [см. столбец 5, строки 31 – 42, а также фигуру 5 Описания]. При этом подчёркивается уверенность, что при таких излучателях необходимые для радиопеленгации сигналы будут должным образом сформированы [см. многоступенчатую Формулу изобретения этого патента].As a proposed technical embodiment of this VAS, it is recommended to use horizontally polarized loop or dipole (in other words, vibrator) emitters [see. column 5, lines 31-42, and figure 5 of the Description]. At the same time, the confidence is emphasized that with such emitters the signals necessary for direction finding will be properly formed [see. multi-step claims of this patent].

Однако практическая реализация трёхмерных конструкций в диапазоне СВЧ неизбежно ограничивается требованиями качественного и надёжного электрического соединения всех излучателей и вспомогательных элементов между собой при необходимости обеспечить требуемое взаимное расположение последних в пространстве компоновки. Этим обстоятельством обусловлено стремление добиться максимально возможной производственной и эксплуатационной технологичности изделий диапазона СВЧ. И в этом плане описанная волноводная реализация ВАС не позволяет существенно продвинуться к достижению требуемых на сегодняшний день показателей миниатюризации и технологичности.However, the practical implementation of three-dimensional structures in the microwave range is inevitably limited by the requirements of a high-quality and reliable electrical connection of all emitters and auxiliary elements to each other, if necessary, to ensure the required relative position of the latter in the layout space. This circumstance determines the desire to achieve the highest possible production and operational manufacturability of microwave products. And in this regard, the described waveguide implementation of the VAS does not allow significant progress towards achieving the miniaturization and manufacturability indicators required today.

Известна также ВАС, описанная 12 апреля 1994 года в патенте США № 5302961 под названием “Antenna aperture with main lobe jammer nulling capability”. Из резюме (Abstract) этого патента следует, что в нём предусмотрена непрямоугольная антенная апертура, содержащая четыре прямоугольные области для приёма электромагнитных сигналов. При этом реализована способность формировать в окружающем пространстве предписанные суммарный луч (суммарную диаграмму направленности), первый и второй разностные лучи, а также двойной разностный луч, так что произведение первого и второго разностных лучей равны произведению суммарного и двойного разностного лучей. Упомянутая способность обеспечивается применением в этом устройстве должным образом соединённых классических базовых элементов, как то: волноводы, усилители, аттенюаторы, приёмо-передающие модули, двойные волноводные тройники (другими словами: магическое «Т») [см. столбец 3, строки 48-60, а также столбец 16, строки 2-14 Описания патента США № 5302961]. Там задействованы также вибраторные (дипольные) элементы[см. столбец 7, строки 5-18, а также столбец 15, строки 10-16 Описания]. При этом указывается, что данная система может быть применена как для приёма, так и для передачи зондирующих радиосигналов [см. столбец 4, строки 31-53 Описания]. Also known is BAC, described April 12, 1994 in US patent No. 5302961 under the name "Antenna aperture with main lobe jammer nulling capability". From the Abstract of this patent, it follows that it provides a non-rectangular antenna aperture containing four rectangular areas for receiving electromagnetic signals. At the same time, the ability to form in the surrounding space the prescribed total beam (total radiation pattern), the first and second difference beams, and also the double difference beam is implemented, so that the product of the first and second difference beams is equal to the product of the total and double difference beams. This ability is ensured by the use of properly connected classic basic elements in this device, such as: waveguides, amplifiers, attenuators, transceiver modules, double waveguide tees (in other words: the magic "T") [see. column 3, lines 48-60, and also column 16, lines 2-14 of US Pat. No. 5,302,961]. Vibrator (dipole) elements are also involved there [see. column 7, lines 5-18, and also column 15, lines 10-16 of the Description]. At the same time, it is indicated that this system can be used both for receiving and transmitting probing radio signals [see. column 4, lines 31-53 of the Description].

В результате, описанная ВАС при соответствующем исполнении формирует в окружающем пространстве разностные лучи как с неодинаковыми [см. фигуры 4b, 4c, 4d Описания], так и с почти одинаковыми [см. фигуры 4f, 4g Описания] боковыми лепестками, что можно использовать для решения задач пеленгации и радиолокации.As a result, the described VAS, with an appropriate design, forms difference beams in the surrounding space as with unequal ones [see Fig. figures 4b, 4c, 4d Description], and with almost identical [see. Figures 4f, 4g Description] side lobes, which can be used to solve the problems of direction finding and radar.

Однако, волноводное исполнение элементов ВАС, включая вибраторные излучатели, приводит к весьма громоздким конструкциям, собирать и настраивать которые весьма трудоёмко по времени и сопровождается существенными затратами сил и средств. However, the waveguide design of the VAS elements, including vibrator radiators, leads to very bulky structures, which are very time consuming to assemble and adjust and are accompanied by significant expenditures of effort and money.

Таким образом, описанная в патенте США трёхмерная вибраторная антенная система не удовлетворяет современным требованиям в отношении эксплуатационной технологичности из-за трудоёмкости сборки, значительных габаритов, массы и стоимости изделия, а также его надёжности из-за большого количества волноводных фланцев, соединяемых винтами с гайками.Thus, the three-dimensional vibrator antenna system described in the US patent does not meet modern requirements for operational manufacturability due to the complexity of assembly, significant dimensions, weight and cost of the product, as well as its reliability due to the large number of waveguide flanges connected by screws with nuts.

Известна также антенная система, которая при использовании полуволновых вибраторов может быть названа «Вибраторной антенной системой» (ВАС), описанная 10 ноября 1992 года в патенте США № 5162804 под названием “Amplitude distributed scanning switch system”. В этой системе формируются несколько независимых друг от друга (то есть, развязанных по соответствующим входам устройства) диаграмм направленности (лучей), в том числе и разносная диаграмма. В основе блок-схемы этой системы лежит классическая 8-лучевая матрица Батлера, дополненная ансамблем вспомогательных делителей мощности СВЧ и фазовращателей [см. фигуру 1 Описания этого патента]. В соответствии с данной блок-схемой описаны алгоритмы формирования лучей при условии использования круговой фазированной антенной решётки с восемью излучателями [см. фигуру 5 Описания]. Каких-либо рекомендаций о конкретном конструктивном исполнении этих излучателей [позиции 201 – 208 на фигуре 5] в патенте не приводится. По-видимому, они могут быть любыми, пригодными для решения задач радиопеленгации. Заявитель полагает, что это могут быть и вибраторные/дипольные излучатели, включая печатное их исполнение на фольгированных листовых органических диэлектриках.An antenna system is also known, which, when using half-wave vibrators, can be called the "Vibrator Antenna System" (VAS), described November 10, 1992 in US patent No. 5162804 under the name "Amplitude distributed scanning switch system". In this system, several independent of each other (that is, decoupled by the corresponding inputs of the device) directional patterns (beams), including the spacing pattern, are formed. The block diagram of this system is based on the classic 8-beam Butler matrix, supplemented by an ensemble of auxiliary microwave power dividers and phase shifters [see Fig. figure 1 of the Description of this patent]. In accordance with this block diagram, the beamforming algorithms are described under the condition of using a circular phased array antenna with eight radiators [see. figure 5 of the Description]. Any recommendations about the specific design of these emitters [items 201 - 208 in figure 5] in the patent is not given. Apparently, they can be any suitable for solving radio direction finding problems. The Applicant believes that these can also be vibrator/dipole emitters, including their printed version on foil sheet organic dielectrics.

В процессе описания принципа действия данной ВАС был обоснован механизм формирования разностной диаграммы направленности (луча) с минимумом сигнала, лежащем на соответствующем направлении на цель [см. столбец 5, строки 12 – 17 Описания] с уровнем ослабления порядка 12 дБ относительно максимумов [см. фигуру 7 Описания]. In the process of describing the principle of operation of this VAS, a mechanism was substantiated for the formation of a differential radiation pattern (beam) with a signal minimum lying in the corresponding direction to the target [see. column 5, lines 12-17 of the Description] with an attenuation level of about 12 dB from the peaks [see figure 7 of the Description].

Однако при практической реализации описанной ВАС вряд ли целесообразно использовать стандартные прямоугольные волноводы, поскольку как матрица Батлера, так и круговая антенная решётка в волноводном исполнении весьма громоздки и характеризуются недостаточным уровнем производственной и эксплуатационной технологичности. Если же использовать печатное полосковое или микрополосковое исполнение элементов и излучателей, то для сборки всей ВАС неизбежно потребуются соединительные коаксиальные кабели (их должно быть как минимум восемь) между выходами планарной печатной 8-лучевой матрицы Батлера и входами излучателей 8-элементной трёхмерной круговой антенной решётки. Наличие таких кабелей не позволяет обеспечить высокий уровень надёжности радиопеленгации по минимуму разностной диаграммы направленности и эксплуатационной технологичности.However, in the practical implementation of the described VAS, it is hardly advisable to use standard rectangular waveguides, since both the Butler matrix and the circular antenna array in the waveguide design are very bulky and are characterized by an insufficient level of production and operational manufacturability. If, however, printed strip or microstrip versions of elements and emitters are used, then to assemble the entire VAS, connecting coaxial cables (there must be at least eight of them) between the outputs of a planar printed 8-beam Butler matrix and the inputs of the emitters of an 8-element three-dimensional circular antenna array will inevitably be required. The presence of such cables does not allow to provide a high level of radio direction finding reliability in terms of a minimum differential radiation pattern and operational manufacturability.

Прототипом предлагаемого изобретения выбрана вибраторная антенна, описанная 27 сентября 2015 года в патенте Российской Федерации № 2571156. Эта антенна может рассматриваться как частный случай простейшей вибраторной антенной системы (ВАС), в которой содержатся один полуволновый вибратор и один равноамплитудный квадратурный распределитель мощности СВЧ. Если электрические соединения выполнены согласно Формуле изобретения этого патента, то максимум диаграммы направленности антенны отклонён на 20 градусов от направления, перпендикулярного осевой линии обеих половин полуволнового вибратора [см. фигуру 7 Описания].The prototype of the proposed invention is the vibrator antenna described on September 27, 2015 in the patent of the Russian Federation No. 2571156. This antenna can be considered as a special case of the simplest vibrator antenna system (VAS), which contains one half-wave vibrator and one equal-amplitude quadrature microwave power distributor. If the electrical connections are made according to the Claims of this patent, then the maximum of the antenna pattern is deviated by 20 degrees from the direction perpendicular to the center line of both halves of the half-wave vibrator [see. figure 7 of the Description].

Однако форма диаграммы направленности в плоскости yoz электрического вектора Е [см. фигуры 2, 4 и 7 Описания] имеет вид «восьмёрки», ось которой отклонена на 20 градусов от перпендикуляра к вышеупомянутой осевой линии обеих половин диполя.However, the shape of the radiation pattern in the yoz plane of the electric vector E [see Figures 2, 4 and 7 of the Description] has the form of a “figure eight”, the axis of which is deflected by 20 degrees from the perpendicular to the aforementioned axial line of both halves of the dipole.

Таким образом, данная простейшая ВАС не обеспечивает формирование диаграммы направленности с достаточно глубоким минимумом/седловиной в направлении разностного сигнала и не может быть использована для радиопеленгации.Thus, this simple VAS does not provide the formation of a radiation pattern with a sufficiently deep minimum/saddle in the direction of the difference signal and cannot be used for radio direction finding.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является создание более компактной и технологичной печатной вибраторной антенной системы с разностной диаграммой направленности, минимумы которой ярко выражены и расположены в плоскости, перпендикулярной как к осевой линии вибраторов, так и к плоскости подложки.The objective (technical result) of the invention is to create a more compact and technologically advanced printed vibrator antenna system with a differential radiation pattern, the minima of which are pronounced and located in a plane perpendicular to both the vibrator centerline and the substrate plane.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известную вибраторную антенную систему, содержащую вытянутый узкий проводник с малым поперечным сечением, разделённый в середине зазором на две половины со смежными и удалёнными концами по отношению друг к другу,The solution of this problem is ensured by the fact that in a well-known vibrator antenna system containing an elongated narrow conductor with a small cross section, divided in the middle by a gap into two halves with adjacent and distant ends relative to each other,

двухканальный равноамплитудный распределитель мощности, один из выходов которого соединён со смежным концом одной из половин проводника, а второй его выход соединён с удалённым концом другой половины проводника идентичными отрезками линий передачи, дополнительно введены идентичный узкий проводник с двумя половинами и соответствующими концами, первый и второй аналогичные распределители мощности, первая пара идентичных отрезков линий передачи, а также вторая пара одноступенчатых отрезков линий передачи, длина которых одинакова, но произвольна, при этом оба вытянутых узких проводника с двумя половинами каждый расположены соосно на общей оси, причём ориентация узких проводников на этой оси противоположна, при этом первый дополнительно введённый распределитель мощности соединён со смежным и удалённым концами дополнительно введённого узкого проводника первой дополнительно введённой парой идентичных отрезков линий передачи, два выхода второго дополнительно введённого распределителя мощности соединены с входами двух предыдущих распределителей второй дополнительно введённой парой одноступенчатых отрезков линий передачи, причём вход этого распределителя является входом вибраторной антенной системы, все три распределителя мощности выполнены синфазными, а идентичные отрезки линий передачи реализованы двухступенчатыми.two-channel equal-amplitude power distributor, one of the outputs of which is connected to the adjacent end of one of the halves of the conductor, and its second output is connected to the remote end of the other half of the conductor by identical segments of transmission lines, an identical narrow conductor with two halves and corresponding ends is additionally introduced, the first and second are similar power distributors, the first pair of identical sections of transmission lines, as well as the second pair of single-stage sections of transmission lines, the length of which is the same, but arbitrary, while both elongated narrow conductors with two halves each are located coaxially on a common axis, and the orientation of the narrow conductors on this axis is opposite , wherein the first additionally introduced power distributor is connected to the adjacent and remote ends of the additionally introduced narrow conductor by the first additionally introduced pair of identical sections of transmission lines, two outputs of the second additionally introduced power distributor are connected to the inputs of the two previous distributors by the second additionally introduced pair of single-stage sections of transmission lines, and the input of this distributor is the input of the vibrator antenna system, all three power distributors are made in-phase, and identical segments of transmission lines are implemented as two-stage.

На фиг.1 изображена структурно-компоновочная схема вибраторной антенной системы, созданная на основе топологии её печатной платы, на фиг. 2 представлен фрагмент топологии лицевой стороны печатной платы ВАС, на фиг. 3 показаны совмещённые топологии лицевой и обратной сторон печатной платы ВАС, на фиг. 4 изображены те же совмещённые топологии с указанием направлений соответствующих токов, на фиг. 5 представлены теоретическая частотная характеристика модуля коэффициента отражения и результаты измерений, на фиг. 6 показаны теоретическая диаграмма направленности ВАС и результаты эксперимента.Figure 1 shows a structural layout diagram of a vibrator antenna system, created on the basis of the topology of its printed circuit board, in Fig. 2 shows a fragment of the topology of the front side of the BAC printed circuit board, in Fig. 3 shows the combined topologies of the front and back sides of the printed circuit board BAC, in Fig. 4 shows the same co-located topologies with directions of the respective currents, FIG. 5 shows the theoretical frequency response of the reflectance modulus and measurement results, FIG. 6 shows the theoretical radiation pattern of the EAC and the results of the experiment.

Предлагаемая вибраторная антенная система (фиг. 1) содержит тонкую прямоугольную диэлектрическую подложку 1 толщиной Н с лицевой 2 и обратной 3 поверхностями, имеющую пару больших 4, 5 и пару малых 6, 7 сторон. На лицевой поверхности 2 параллельно большой стороне 4 на небольшом расстоянииот неё выполнены два идентичных вытянутых узких проводника с малым поперечным сечением, разделённые в середине зазорами 8 длиной на две половины, образованные проводниками 9, 10 и 11, 12 соответственно. При этом левый (на фиг. 1) вытянутый узкий проводник присутствовал в прототипе, а правый вытянутый узкий проводник является дополнительно введённым согласно Формуле предлагаемого изобретения. Проводники каждой из четырёх половин имеют смежные 13, 14 и 15, 16 концы. Эти же проводники 9, 10 и 11, 12 имеют и удалённые по отношению к смежным концы 17, 18 и 19, 20 соответственно. При этом все проводники 9, 10, 11 и 12 (другими словами: все четыре половины) имеют одинаковую длину и ширину . Они сформированы на лицевой поверхности 2 двухсторонне фольгированной изначально диэлектрической подложки 1 технологическими методами фотолитографии и избирательного/селективного травления медной фольги толщиной с пробельных мест (см. работу: Бушминский И.П., Морозов Г.В., «Технологическое проектирование микросхем СВЧ», - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001, 356 с.: ил.). Как правило, толщина медной фольги для отечественных фольгированных диэлектриков составляет 35 микрометров: = 0,035 мм. В тоже время, расстояние , характеризующее краевые технологические поля как вдоль больших 4, 5, так и вдоль малых 6, 7 сторон и ближайшими кромками печатных фольговых проводников любых проводящих фрагментов, назначается в отечественной конструкторско-технологической документации в пределах 0,2 – 0,5 мм: = 0,2…0,5 мм. В этой же документации и вышеупомянутой работе И.П. Бушминского, Г.В. Морозова ширина проводников 9, 10, 11 и 12 назначается, исходя из адгезионных свойств фольгированных диэлектриков, и имеет минимальное значение в пределах 1,0 – 1,5 мм: = 1,0…1,5 мм. При этом оба вышеупомянутых вытянутых узких проводника с двумя половинами 9, 10 и 11, 12 каждый расположены соосно на общей оси «а» - «а» и удалены друг от друга на расстояние порядка (3 – 5) толщин подложки. В результате, расстояние между удалённым концом 18 проводящей половины 10, относящейся к левому (фиг. 1) вытянутому узкому проводнику, и удалённым концом 19 проводящей половины 11, относящейся к правому вытянутому узкому проводнику, составит = (3…5)Н. The proposed vibrator antenna system (Fig. 1) contains a thin rectangular dielectric substrate 1 with a thickness H with front 2 and back 3 surfaces, having a pair of large 4, 5 and a pair of small 6, 7 sides. On the front surface 2 parallel to the large side 4 at a short distance two identical elongated narrow conductors with a small cross section are made from it, separated in the middle by gaps 8 in length into two halves formed by conductors 9, 10 and 11, 12, respectively. In this case, the left (in Fig. 1) elongated narrow conductor was present in the prototype, and the right elongated narrow conductor is additionally introduced according to the Claims of the present invention. The conductors of each of the four halves have adjacent 13, 14 and 15, 16 ends. The same conductors 9, 10 and 11, 12 also have ends 17, 18 and 19, 20 remote with respect to adjacent ones. In this case, all conductors 9, 10, 11 and 12 (in other words: all four halves) have the same length and width . They are formed on the front surface 2 of a double-sided foil initially dielectric substrate 1 by technological methods of photolithography and selective/selective etching of copper foil with a thickness from gaps (see the work: Bushminsky I.P., Morozov G.V., “Technological design of microwave microcircuits”, - M .: Publishing House of the Moscow State Technical University named after N.E. Bauman, 2001, 356 pp.: ill .). As a rule, the thickness of copper foil for domestic foil dielectrics is 35 micrometers: = 0.035 mm. At the same time, the distance , which characterizes the edge technological fields both along the large 4, 5, and along the small 6, 7 sides and the nearest edges of the printed foil conductors of any conductive fragments, is assigned in the domestic design and technological documentation within 0.2 - 0.5 mm: = 0.2…0.5 mm. In the same documentation and the aforementioned work, I.P. Bushminsky, G.V. Morozov width of conductors 9, 10, 11 and 12 is assigned based on the adhesive properties of foil dielectrics, and has a minimum value within 1.0 - 1.5 mm: = 1.0…1.5 mm. At the same time, both of the above-mentioned elongated narrow conductors with two halves 9, 10 and 11, 12 are each located coaxially on a common axis "a" - "a" and are separated from each other by a distance order (3 – 5) of the substrate thickness. As a result, the distance between the remote end 18 of the conductive half 10, related to the left (Fig. 1) elongated narrow conductor, and the remote end 19 of the conductive half 11, related to the right elongated narrow conductor, will be = (3…5) N .

Три идентичных двухканальных равноамплитудных синфазных распределителя мощности выполнены также на лицевой поверхности 2 подложки 1 (фиг. 1). При этом левый верхний распределитель присутствовал в прототипе, а правый верхний и центральный нижний распределители дополнительно введены согласно Формуле предлагаемого изобретения, причём вход 21 центрального нижнего распределителя является входом всей предлагаемой ВАС. Конец печатного проводника этого входа отстоит от большой стороны 5 подложки 1 на величину ширины краевого технологического поля. Два выхода 22, 23 второго дополнительно введённого распределителя мощности, являющегося также центральным нижним распределителем (фиг. 1), соединены с входами 24, 25 двух предыдущих левого и правого распределителей второй дополнительно введённой парой одноступенчатых отрезков линий передачи 26, 27, длина которых одинакова, но произвольна.Three identical two-channel equal-amplitude in-phase power distributors are also made on the front surface 2 of the substrate 1 (Fig. 1). At the same time, the upper left distributor was present in the prototype, and the upper right and central lower distributors were additionally introduced according to the Formula of the present invention, and the input 21 of the central lower distributor is the input of the entire proposed EAC. The end of the printed conductor of this input is separated from the large side 5 of the substrate 1 by the value of the width edge technological field. Two outputs 22, 23 of the second additionally introduced power distributor, which is also the central lower distributor (Fig. 1), are connected to the inputs 24, 25 of the two previous left and right distributors of the second additionally introduced pair of single-stage segments of transmission lines 26, 27, the length of which is the same, but arbitrary.

В свою очередь, выходы 28, 29 первого дополнительно введённого распределителя мощности, являющегося правым верхним распределителем (фиг. 1), соединены соответственно со смежным 16 и удалённым 19 концами половин 12 и 11 дополнительно введённого узкого вытянутого проводника, являющегося на фиг. 1 правым узким вытянутым проводником. Соединение осуществлено первой дополнительно введённой парой идентичных двухступенчатых отрезков линий передачи 30 и 31. При этом два выхода 32, 33 левого верхнего распределителя мощности соединены соответственно со смежным 13 и удалённым 18 концами половин 9 и 10 первого узкого вытянутого проводника, являющегося на фиг. 1 левым узким вытянутым проводником. Соединение реализовано с использованием пары идентичных двухступенчатых отрезков линий передачи 34, 35. В результате, двухступенчатые отрезки 30, 31, 34 и 35 идентичны и характеризуются длиной каждой секции, а также ширинами и узкой и широкой секций соответственно. При этом ориентация узких вытянутых проводников, разделённых двумя зазорами 8 на две половины каждый, противоположна на оси «а» - «а» (фиг. 1), а все три идентичных двухканальных равноамплитудных синфазных распределителя мощности и дополнительно введённая пара одноступенчатых отрезков соединительных линий передачи 26, 27 между ними характеризуются различной шириной печатных проводников и , указанных на отдельном печатном фрагменте заявляемой ВАС (фиг. 2, серый цвет). In turn, the outputs 28, 29 of the first additionally introduced power distributor, which is the upper right distributor (Fig. 1), are connected respectively to the adjacent 16 and remote 19 ends of the halves 12 and 11 of the additionally introduced narrow elongated conductor, which is in Fig. 1 right narrow elongated conductor. The connection is made by the first additionally introduced pair of identical two-stage sections of transmission lines 30 and 31. At the same time, two outputs 32, 33 of the left upper power distributor are connected, respectively, to the adjacent 13 and remote 18 ends of the halves 9 and 10 of the first narrow elongated conductor, which is in Fig. 1 left narrow elongated conductor. The connection is made using a pair of identical two-stage transmission line segments 34, 35. As a result, the two-stage segments 30, 31, 34 and 35 are identical and have a length each section, as well as the widths And narrow and wide sections, respectively. In this case, the orientation of narrow elongated conductors, divided by two gaps 8 into two halves each, is opposite on the axis "a" - "a" (Fig. 1), and all three identical two-channel equal-amplitude common-mode power distributors and an additionally introduced pair of single-stage segments of connecting transmission lines 26, 27 between them are characterized by different widths of printed conductors And indicated on a separate printed fragment of the claimed BAC (Fig. 2, gray color).

Таким образом, на лицевой поверхности 2 подложки 1 сформированы проводящие печатные фрагменты (фиг. 1, светло-серый цвет), находящиеся под потенциалом мощности генератора излучаемого сигнала, подводимого 50-омным коаксиальным кабелем к входу 21 ВАС. Для подключения кабеля на большой стороне 5 подложки 1 предусмотрена установка малогабаритного коаксиально-микрополоскового соединителя/разъёма типа SMA, центральный штырёк которого гальванически (например, пайкой) соединяется с печатным проводником входа 21 (на фиг. 1 разъём условно не показан). Thus, on the front surface 2 of the substrate 1, conductive printed fragments (Fig. 1, light gray) are formed, which are under the power potential of the generator of the emitted signal, supplied by a 50-ohm coaxial cable to the VAC input 21. To connect the cable on the large side 5 of the substrate 1, a small-sized coaxial-microstrip connector/connector of the SMA type is provided, the central pin of which is galvanically (for example, soldered) connected to the printed conductor of the input 21 (the connector is conventionally not shown in Fig. 1).

Отводы корпуса разъёма также гальванически соединяются с обширным печатным заземлённым проводником 36, реализованным на обратной стороне 3 диэлектрической подложки 1 (фиг. 1, тёмно-серый цвет). На этой же стороне реализованы 4 печатных идентичных прямоугольных пьедестала 37, 38, 39 и 40 с размерами , верхние (на фиг. 1) основания которых являются продолжениями заземлённого проводника 36. Пьедесталы расположены под широкими линиями передачи двухступенчатых идентичных отрезков 30, 31, 34 и 35 (фиг. 1) на всю длину широких линий так, что вертикальные оси пьедесталов совпадают с вертикальными осями широких линий передачи, а именно: пьедестал 37 расположен под широкой линией двухступенчатого отрезка 30, пьедестал 38 – под широкой линией отрезка 31, пьедестал 39 – под широкой линией отрезка 35, пьедестал 40 – под широкой линией отрезка 34. Это обстоятельство иллюстрируется на фиг. 3, где изображена заявляемая ВАС с совмещёнными проводящими фрагментами обеих сторон 2 и 3 подложки 1 (фрагменты лицевой стороны 2 – светло-серый цвет, заземлённые фрагменты обратной стороны 3 – тёмно-серый цвет).The taps of the connector housing are also galvanically connected to a large printed grounded conductor 36, implemented on the reverse side 3 of the dielectric substrate 1 (Fig. 1, dark gray). On the same side, 4 printed identical rectangular pedestals 37, 38, 39 and 40 with dimensions , the upper (in Fig. 1) bases of which are continuations of the grounded conductor 36. The pedestals are located under the wide transmission lines of two-stage identical segments 30, 31, 34 and 35 (Fig. 1) for the entire length wide lines so that the vertical axes of the pedestals coincide with the vertical axes of the wide transmission lines, namely: pedestal 37 is located under the wide line of the two-stage segment 30, pedestal 38 - under the wide line of segment 31, pedestal 39 - under the wide line of segment 35, pedestal 40 - under the broad line segment 34. This circumstance is illustrated in FIG. 3, which shows the claimed BAC with combined conductive fragments of both sides 2 and 3 of substrate 1 (fragments of the front side 2 are light gray, grounded fragments of the reverse side 3 are dark gray).

Принцип действия предлагаемой ВАС состоит в следующем.The principle of operation of the proposed EAC is as follows.

Пусть к входу 21 через коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом от генератора с внутренним вещественным сопротивлением (на фиг. 1 генератор, кабель и коаксиально-микрополосковый разъём условно не показаны) подводится гармонический СВЧ сигнал, амплитуда которого остаётся неизменной в полосе частот с нижней и верхней границами при центральной частоте . Напряжение поданного сигнала тремя синфазными равноамплитудными распределителями мощности, соединёнными между собой по схеме «ёлочка», делится на частоте на четыре равных части. При этом ширины и полосковых линий, указанные на фиг. 2, должны быть рассчитаны по хорошо известной методике (см., например, работу: «Справочник по элементам полосковой техники» /Под ред. А. Л. Фельдштейна. – М.: Связь, 1979, раздел 6.3, рис. 6.12), в которой заключительный этап модифицируется тем, что балластные резисторы с целью упрощения технологии реализации во всех трёх распределителях не используются. Последнее допустимо, поскольку оба излучателя предлагаемой ВАС, образованные двумя вытянутыми узкими проводниками, разделёнными в середине зазорами 8 на две половины 9, 10 и 11, 12 (фиг. 1), являются излучателями, описанными в прототипе и характеризующимися относительной полосой рабочих частот порядка (4…6)%. Фактически, в заявляемой ВАС используются два излучателя дипольного вида, у которых синфазные возбуждающие напряжения поступают с выходов 28, 29 и 32, 33 распределителей на одно смежное и одно удалённое плечо/конец в правом и левом излучателе (фиг. 1) соответственно. При этом, в отличие от прототипа, все три распределителя мощности являются синфазными, а идентичные отрезки линий передачи 30, 31, 34 и 35, хотя и реализованы двухступенчатыми, но они синфазность возбуждающих напряжений на концах 13, 18 и 16, 19 не искажают, осуществляя лишь трансформацию высоких значений вещественной части входного сопротивления (порядка 550…750 Ом) описанного в прототипе излучателя дипольного вида с центрально-концевым питанием до уровня волнового сопротивления = 71 Ом микрополосковых линий синфазных выходов 28, 29 и 32, 33 верхних (на фиг. 1) идентичных распределителей мощности. При этом волновые сопротивления и , величины которых необходимы для расчёта ширин и ступеней двухступенчатых отрезков линий передачи 30, 31, 34 и 35 (фиг. 1), определяются по классической методике проектирования двухступенчатых/двухсекционных трансформаторов сопротивлений, описанной, например, в работе: «Устройства СВЧ и антенны» /Под ред. Д. И. Воскресенского. – М.: Радиотехника, 2016, раздел 4.3, рис. 4.10.Let to input 21 through coaxial cable with characteristic impedance 50 ohms from a generator with internal real resistance (in Fig. 1, the generator, cable and coaxial-microstrip connector are conventionally not shown) a harmonic microwave signal is supplied, the amplitude of which remains unchanged in the frequency band from the lower and top borders at the center frequency . The voltage of the applied signal by three common-mode equal-amplitude power distributors connected to each other according to the “herringbone” scheme is divided by the frequency into four equal parts. At the same time, the width And strip lines shown in Fig. 2, should be calculated according to a well-known method (see, for example, the work: "Handbook of the elements of strip technology" / Edited by A. L. Feldstein. - M .: Svyaz, 1979, section 6.3, Fig. 6.12), in which the final stage is modified by the fact that ballast resistors are not used in all three distributors in order to simplify the implementation technology. The latter is permissible, since both emitters of the proposed EAC, formed by two elongated narrow conductors, divided in the middle by gaps 8 into two halves 9, 10 and 11, 12 (Fig. 1), are emitters described in the prototype and characterized by a relative operating frequency band of the order ( 4…6)%. In fact, the claimed BAS uses two dipole-type emitters, in which common-mode excitation voltages come from the outputs 28, 29 and 32, 33 of the distributors to one adjacent and one remote arm/end in the right and left emitters (Fig. 1) respectively. At the same time, unlike the prototype, all three power distributors are in-phase, and identical segments of transmission lines 30, 31, 34 and 35, although they are implemented as two-stage, they do not distort the in-phase excitation voltage at the ends 13, 18 and 16, 19, carrying out only the transformation of high values of the real part of the input resistance (of the order of 550 ... 750 Ohms) described in the prototype of the dipole type emitter with center-end power to the level of wave impedance = 71 Ohm microstrip lines common-mode outputs 28, 29 and 32, 33 top (in Fig. 1) identical power distributors. At the same time, the wave resistance And , the values of which are necessary for calculating the widths And stages of two-stage segments of transmission lines 30, 31, 34 and 35 (Fig. 1) are determined by the classical method for designing two-stage / two-section impedance transformers, described, for example, in the work: “Microwave Devices and Antennas” /Ed. D. I. Voskresensky. - M .: Radio engineering, 2016, section 4.3, fig. 4.10.

В результате синфазного питания, как левый, так и правый (фиг. 1) излучатели дипольного вида с излучающими половинами 9, 10 и 11, 12 соответственно формировали бы, будучи уединёнными, в окружающем свободном пространстве две диаграммы направленности, максимумы которых были бы ориентированы в положительном направлении оси (то есть, по направлению орта ). В противоположном направлении (орт ) каждая из двух диаграмм направленности характеризуется значениями на 15…18 децибел меньше значений в положительном направлении оси (орт ). Это обусловлено существенным влиянием обширного заземленного печатного фрагмента 36, реализованного за излучателями на обратной стороне 3 подложки 1 и соединённого с заземлённым металлическим корпусом коаксиально-микрополоскового разъёма. Этот фрагмент вместе с пьедесталами 37, 38, 39 и 40 необходим как обратный проводник микрополосковых линий всех трёх двухканальных равноамплитудных синфазных распределителей и четырёх идентичных отрезков 30, 31, 34 и 35 соединительных линий передачи, реализованных двухступенчатыми (фиг. 1).As a result of in-phase power, both the left and right (Fig. 1) dipole-type emitters with radiating halves 9, 10 and 11, 12, respectively, would form, being solitary, in the surrounding free space, two radiation patterns, the maxima of which would be oriented in positive axis direction (that is, in the direction of the ortho ). In the opposite direction (orth ) each of the two radiation patterns is characterized by values 15 ... 18 decibels less than the values in the positive direction of the axis (ort ). This is due to the significant influence of an extensive grounded printed fragment 36 implemented behind the emitters on the reverse side 3 of the substrate 1 and connected to the grounded metal case of the coaxial microstrip connector. This fragment, together with pedestals 37, 38, 39 and 40, is required as a return conductor of microstrip lines of all three two-channel equal-amplitude common-mode distributors and four identical segments 30, 31, 34 and 35 of connecting transmission lines implemented as two-stage (Fig. 1).

В результате токи , , и выходных концов широких микрополосковых линий с размером идентичных двухступенчатых линий передачи 30, 31, 34 и 35 являются синфазными и равноамплитудными: . Их направления в некоторый момент времени показаны на фиг. 4. Эти токи, покидая широкие отрезки микрополосковых линий с обратными заземлёнными проводниками в виде пьедесталов 37, 38, 39 и 40, на основании закона непрерывности полного тока приводят к появлению и поддержанию поверхностных токов проводимости , , и , которые будут нести на себе ничем не экранированные половины 9, 10, 11 и 12 обоих вытянутых узких проводников с малым поперечным сечением (фиг. 4). Именно эти синфазные и равноамплитудные поверхностные токи проводимости являются источниками электромагнитного излучения в окружающее свободное пространство. Фактически, согласно рекомендациям работы Г. Т. Марков, Д. М. Сазонов «Антенны», М.: Энергия, 1975. – 528 с., упомянутые поверхностные токи проводимости на половинах 9, 10, 11 и 12 можно считать «нитевидными», то есть, локализованными вдоль продольной оси «а» - «а». Изменяющиеся во времени «нитевидные» гармонические высокочастотные токи проводимости, протекающие по поверхности неэкранированных половин 9, 10, 11 и 12, согласно уравнениям Д. К. Максвелла неизбежно приводят к возникновению и поддержанию в окружающем пространстве переменных во времени электромагнитных полей. Эти поля, интерферируя в дальней зоне Фраунгофера, формируют в этой зоне итоговое электромагнитное излучение всей заявляемой ВАС. As a result, currents , , And output ends of wide microstrip lines with a size identical two-stage transmission lines 30, 31, 34 and 35 are in-phase and equal amplitude: . Their directions at some point in time are shown in Fig. 4. These currents, leaving wide sections of microstrip lines with reverse grounded conductors in the form of pedestals 37, 38, 39 and 40, on the basis of the law of continuity of the total current, lead to the appearance and maintenance of surface conduction currents , , And , which will carry the unshielded halves 9, 10, 11 and 12 of both elongated narrow conductors with a small cross section (Fig. 4). It is these in-phase and equal-amplitude surface conduction currents are sources of electromagnetic radiation into the surrounding free space. In fact, according to the recommendations of the work of G. T. Markov, D. M. Sazonov "Antennas", M .: Energia, 1975. - 528 p., The mentioned surface conduction currents on halves 9, 10, 11 and 12 can be considered "filamentous" , that is, localized along the longitudinal axis "a" - "a". Time-varying "filamentous" harmonic high-frequency conduction currents flowing over the surface of unshielded halves 9, 10, 11 and 12, according to the equations of D.K. Maxwell, inevitably lead to the emergence and maintenance of time-varying electromagnetic fields in the surrounding space. These fields, interfering in the far Fraunhofer zone, form in this zone the final electromagnetic radiation of the entire claimed VAS.

В то же время, на общей оси «а» - «а» ориентация первого (левого) на фигурах 1 и 4 узкого вытянутого проводника, разделённого зазором 8 на две половины 9 и 10, противоположна ориентации второго (правого) идентичного узкого вытянутого проводника, разделённого аналогичным зазором 8 на две половины 11 и 12. Поэтому, несмотря на синфазность во времени «нитевидных» поверхностных токов проводимости , , и , их направления (другими словами: пространственная ориентация) попарно противоположны. Иными словами, токи и сонаправлены, синфазны во времени и равноамплитудны. Аналогично характеризуются токи и . Но первая пара токов в некоторый момент времени течёт влево, а вторая пара токов, будучи синфазной во времени (другими словами: будучи синхронизированной по времени) с первой парой, в тот же момент времени течёт вправо от вертикальной оси заявляемой ВАС (фиг. 4). Между тем, согласно материалам вышеупомянутой работы Г. Т. Маркова, Д. М. Сазонова, электромагнитные интерференционные процессы в дальней зоне Фраунгофера зависят не только от амплитуд и фаз «нитевидных» поверхностных токов проводимости, но и от пространственной ориентации этих токов, которая, в свою очередь, определяется конфигурацией топологии проводящих слоёв/рисунков лицевой 2 и обратной 3 поверхностей подложки 1 (фиг. 1). At the same time, on the common axis "a" - "a", the orientation of the first (left) narrow elongated conductor in figures 1 and 4, divided by a gap 8 into two halves 9 and 10, is opposite to the orientation of the second (right) identical narrow elongated conductor, divided by a similar gap 8 into two halves 11 and 12. Therefore, despite the in-phase nature of the "filamentous" surface conduction currents in time , , And , their directions (in other words: spatial orientation) are pairwise opposite. In other words, currents And co-directed, in-phase in time and equal in amplitude. Currents are similarly characterized And . But the first pair of currents at some point in time flows to the left, and the second pair of currents, being in-phase in time (in other words: being synchronized in time) with the first pair, at the same time flows to the right of the vertical axis claimed BAC (Fig. 4). Meanwhile, according to the materials of the above-mentioned work by G. T. Markov, D. M. Sazonov, electromagnetic interference processes in the far Fraunhofer zone depend not only on the amplitudes and phases of the “filamentous” surface conduction currents, but also on the spatial orientation of these currents, which, in turn, is determined by the configuration of the topology of the conductive layers/patterns of the front 2 and back 3 surfaces of the substrate 1 (Fig. 1).

В результате, перечисленные обстоятельства приводят к исчезновению (при практической реализации: к ярко выраженному ослаблению) электромагнитного поля в точках дальней зоны Фраунгофера, лежащих в плоскости , проходящей через ось перпендикулярно плоскости подложки 1, что соответствует азимутальному углу (отсчитываемому от оси в направлении оси ), равному или . При изменении угла в ту или иную стороны интенсивность излучения ВАС начинает возрастать. Вместе с тем, интенсивность излучения зависит и от угла места , отсчитываемого от положительного направления оси к отрицательному. Количественную оценку интенсивности излучения целесообразно дать с использованием трёхмерной системы электромагнитного моделирования “CST Studio Suite”, бессрочная лицензия на использование которой приобретена Заявителем в 2019 году. За счёт использования встроенного оптимизатора этой системы возможно подобрать геометрические размеры топологии (другими словами: настроить ВАС) с целью добиться её качественного согласования с генератором сигналов. Результаты оптимизации будут также использоваться далее при изготовлении опытного образца, что позволит заметно сократить объём работы и затраты средств по экспериментальной отработке ВАС. As a result, the above circumstances lead to the disappearance (in practical implementation: to a pronounced weakening) of the electromagnetic field at points of the far Fraunhofer zone lying in the plane passing through the axis perpendicular to the plane of the substrate 1, which corresponds to the azimuthal angle (measured from the axis in axis direction ) equal to or . When changing the angle in one direction or another, the intensity of the EAS radiation begins to increase. However, the radiation intensity also depends on the elevation angle , counted from the positive direction of the axis to the negative. It is advisable to quantify the radiation intensity using the three-dimensional electromagnetic modeling system “CST Studio Suite”, a perpetual license for the use of which was acquired by the Applicant in 2019. Due to the use of the built-in optimizer of this system, it is possible to select the geometric dimensions of the topology (in other words: adjust the VAC) in order to achieve its high-quality coordination with the signal generator. The optimization results will also be used further in the manufacture of a prototype, which will significantly reduce the amount of work and cost of funds for the experimental development of the VAS.

Таким образом, при правильной настройке ВАС, то есть, при соответствующем расчёте ширины полосковых проводников и выверенной реализации одинаковости соответствующих длин, возникает ярко выраженный минимум электромагнитного излучения в точках плоскости . При этом в плоскости электрического вектора диаграмма направленности имеет ярко выраженный минимум (седловину) и характеризуется двухвершинной формой. Экстремумы этой диаграммы отклонены от оси в обе стороны на угол , величина которого определяется на конкретной частоте характером интерференционного процесса в дальней зоне Фраунгофера. Несмотря на формирование седловины в диаграмме направленности, согласование ВАС с генератором сохраняется, так как седловина обусловлена не эффектами отражения высокочастотных токов/напряжений от элементов печатной топологии, а взаимной компенсацией излучённых половинами 9, 10 и 11, 12 (фиг. 1) электромагнитных полей в точках дальней зоны Фраунгофера, лежащих в плоскости . Иными словами, в топологии предлагаемой ВАС отсутствуют какие-либо фрагменты, обладающие полосно-заграждающими свойствами, за счёт чего и наблюдался бы значительный уровень отражений высокочастотных токов/напряжений обратно к источнику сигнала, подключённого к входу 21 ВАС. Thus, with the correct setting of the BAC, that is, with the appropriate calculation of the width of the strip conductors and the verified implementation of the uniformity of the corresponding lengths, a pronounced minimum of electromagnetic radiation occurs at the points of the plane . However, in the plane electric vector the radiation pattern has a pronounced minimum (saddle) and is characterized by a two-peak shape. The extremes of this chart are off axis both sides at the corner , the value of which is determined at a specific frequency by the nature of the interference process in the far Fraunhofer zone. Despite the formation of a saddle in the radiation pattern, the coordination of the VAS with the generator is preserved, since the saddle is not due to the effects of the reflection of high-frequency currents/voltages from the elements of the printed topology, but to the mutual compensation of the electromagnetic fields radiated by halves 9, 10 and 11, 12 (Fig. 1) in points of the far Fraunhofer zone lying in the plane . In other words, in the topology of the proposed VAS, there are no fragments with band-blocking properties, due to which a significant level of reflections of high-frequency currents / voltages back to the signal source connected to the VAS input 21 would be observed.

Конкретные величины геометрических размеров топологии предлагаемой печатной ВАС (иными словами: её настройка в целом) находятся как результат корректного расчёта ключевых геометрических размеров с использованием вышеупомянутой литературы, создавая тем самым начальный/стартовый облик ВАС для последующей оптимизации этих начальных размеров нелинейным оптимизатором системы “CST Studio Suite”. При этом реализуется возможность учёта диссипативных потерь в тонких фольговых проводниках фрагментов обеих сторон 2 и 3 подложки 1 (фиг. 1), а также потерь в материале её диэлектрика. Кроме того, полноволновое трёхмерное моделирование и оптимизация в “CST Studio Suite” позволяет учесть эффекты отражения (пусть хотя и малые) от изгибов печатных полосковых линий и скачков их геометрических размеров на стыках полосок, а также ввести в анализ расчёт влияния высших типов волн (другими словами: учесть многомодовую структуру локальных электромагнитных полей), которые возникают (хотя и быстро затухают при удалении от места возникновения) в областях перехода от несимметричных микрополосковых линий шириной к абсолютно не экранированным излучающим половинам 9, 10, 11 и 12 шириной каждая (фиг. 1). The specific dimensions of the geometric dimensions of the topology of the proposed printed HAS (in other words: its adjustment as a whole) are found as a result of the correct calculation of the key geometric dimensions using the above literature, thereby creating the initial / starting shape of the HAS for subsequent optimization of these initial dimensions by the non-linear optimizer of the “CST Studio” system Suite". In this case, it is possible to take into account dissipative losses in thin foil conductors of fragments of both sides 2 and 3 of substrate 1 (Fig. 1), as well as losses in its dielectric material. In addition, full-wave 3D modeling and optimization in the “CST Studio Suite” makes it possible to take into account the effects of reflection (albeit small) from the bends of printed strip lines and jumps in their geometric dimensions at the junctions of the strips, as well as to introduce into the analysis the calculation of the influence of higher types of waves (by other words: take into account the multimode structure of local electromagnetic fields), which arise (although they quickly decay with distance from the place of origin) in the transition regions from asymmetric microstrip lines of width to absolutely unshielded radiating halves 9, 10, 11 and 12 wide each (Fig. 1).

В результате нахождения оптимальной совокупности геометрических размеров (другими словами: настройки) предлагаемая ВАС при использовании фольгированного стеклотекстолита FR-4 (= 4,58; производитель: ООО «Электроконнект», 630090, г. Новосибирск, ул. Инженерная, дом 4) толщиной = 1 мм характеризуется для волнового сопротивления = 50 Ом и центральной частоты = 2,8 ГГц следующими ключевыми размерами, указанными на фигурах 1 и 2 и упомянутыми выше в тексте Описания (в миллиметрах): As a result of finding the optimal set of geometric dimensions (in other words: settings), the proposed BAC when using foil fiberglass FR-4 ( = 4.58; manufacturer: Electroconnect LLC, 630090, Novosibirsk, st. Engineering, house 4) thick = 1 mm is characterized for wave impedance = 50 ohms and center frequency = 2.8 GHz with the following key dimensions indicated in figures 1 and 2 and mentioned above in the text of the Description (in millimeters):

На этих же фигурах указаны и дополнительные параметры, формирующие полное представление о размерах (в миллиметрах) топологии предлагаемой ВАС, причём строчными буквами «» с индексами обозначены дополнительные размеры лицевой стороны 2 подложки 1, а строчными буквами «» - обратной стороны 3 (фигуры 1 и 2):The same figures also indicate additional parameters that form a complete idea of the dimensions (in millimeters) of the topology proposed by the BAC, and in lowercase letters " » with indices indicate additional dimensions of the front side 2 of the substrate 1, and lowercase letters « "- back side 3 (figures 1 and 2):

Совокупность этих размеров обеспечивает хорошее согласование ВАС с генератором, что следует из частотной характеристики модуля входного коэффициента отражения оптимизированной/настроенной антенны (фиг. 5, позиция 41, сплошная кривая – теоретическая величина). Это подтверждает обоснованность механизма интерференции в дальней зоне Фраунгофера электромагнитных полей «нитевидных» поверхностных токов проводимости , , и , которые несут на себе излучающие половины 9, 10, 11 и 12 обоих идентичных вытянутых узких проводников с малым поперечным сечением, разделённых в середине зазорами 8 с размером (фиг. 1). The combination of these dimensions ensures good matching between the VAS and the generator, which follows from the frequency response of the input reflectance modulus of the optimized/tuned antenna (Fig. 5, position 41, the solid curve is the theoretical value). This confirms the validity of the interference mechanism in the far Fraunhofer zone of electromagnetic fields of "filamentous" surface conduction currents , , And , which carry the radiating halves 9, 10, 11 and 12 of both identical elongated narrow conductors with a small cross section, separated in the middle by gaps 8 with a size (Fig. 1).

Для экспериментального подтверждения результатов решения поставленной задачи был изготовлен опытный образец предлагаемой ВАС с вышеприведенными геометрическими размерами и питанием коаксиальным кабелем РК 50-1-11 (= 50 Ом), причём размеры подложки 1 (фиг. 1) составили:For experimental confirmation of the results of solving the problem, a prototype of the proposed VAS was made with the above geometric dimensions and powered by a coaxial cable RK 50-1-11 ( = 50 Ohm), and the dimensions of the substrate 1 (Fig. 1) were:

- длина больших сторон 4 и 5: 96 мм;- length of large sides 4 and 5: 96 mm;

- длина малых сторон 6 и 7: 25 мм.- length of small sides 6 and 7: 25 mm.

Согласование ВАС с генератором проверялось в безэховой камере с использованием векторного анализатора электрических цепей Rohde & Schwarz RS-ZVL-13 и отражено на фиг. 5 точками в позициях 42. Диаграмма направленности (в терминах коэффициента усиления) измерялась по общепринятой методике для дальней зоны Фраунгофера с применением стандартной калибровки и измерений с использованием линейно поляризованного рупорного облучателя, генератора сигналов E8257D PSG и поворотных устройств по азимуту и углу места с точностью установки углов . Результаты измерений для плоскости электрического вектора представлены на фиг. 6 точками в позициях 43. Там же для сравнения показана диаграмма направленности, рассчитанная в системе “CST Studio Suite” (сплошная кривая в позиции 44). The matching of the BAC to the generator was verified in an anechoic chamber using a Rohde & Schwarz RS-ZVL-13 vector network analyzer and is shown in FIG. 5 points at 42 positions. Radiation pattern (in terms of gain) was measured using conventional far-field Fraunhofer method using standard calibration and measurements using a linearly polarized feed horn, E8257D PSG signal generator, and azimuth and elevation rotators with setpoint accuracy corners . Measurement results for plane electric vector shown in Fig. 6 dots at positions 43. Also shown for comparison is the radiation pattern calculated in the CST Studio Suite system (solid curve at position 44).

Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о решении поставленной задачи: создание более компактной и технологичной печатной вибраторной антенной системы с разностной диаграммой направленности, минимумы которой ярко выражены и расположены в плоскости, перпендикулярной как к осевой линии вибраторов, так и к плоскости подложки. В практически реализованной печатной ВАС минимальное значение диаграммы направленности в её седловине отличается от максимальных значений диаграммы на 19 децибел.Thus, the presented results testify to the solution of the task: the creation of a more compact and technologically advanced printed vibrator antenna system with a differential radiation pattern, the minima of which are pronounced and located in a plane perpendicular to both the axial line of the vibrators and the substrate plane. In a practically implemented printed VAS, the minimum value of the radiation pattern in its saddle differs from the maximum values of the pattern by 19 decibels.

Данные обстоятельства в совокупности позволяют рекомендовать предлагаемую вибраторную антенную систему для использования в стационарных и мобильных радиолокационных и радионавигационных системах различного назначения для определения направления на пеленгуемый объект по линейно поляризованной разностной диаграмме направленности, когда к системам предъявляются повышенные (более жёсткие) требования к отличию максимальных значений диаграммы направленности от значения в её седловине.These circumstances together make it possible to recommend the proposed vibrator antenna system for use in stationary and mobile radar and radio navigation systems for various purposes to determine the direction to the direction-finding object using a linearly polarized difference radiation pattern, when systems are subject to increased (more stringent) requirements for the difference in the maximum values of the diagram direction from the value in its saddle.

Claims (1)

Вибраторная антенная система, содержащая вытянутый узкий проводник с малым поперечным сечением, разделённый в середине зазором на две половины со смежными и удалёнными концами по отношению друг к другу, двухканальный равноамплитудный распределитель мощности, один из выходов которого соединён со смежным концом одной из половин проводника, а второй его выход соединён с удалённым концом другой половины проводника идентичными отрезками линий передачи, отличающаяся тем, что в неё дополнительно введены идентичный узкий проводник с двумя половинами и соответствующими концами, первый и второй аналогичные распределители мощности, первая пара идентичных отрезков линий передачи, а также вторая пара одноступенчатых отрезков линий передачи, длина которых одинакова, но произвольна, при этом оба вытянутых узких проводника с двумя половинами каждый расположены соосно на общей оси, причём ориентация узких проводников на этой оси противоположна, при этом первый дополнительно введённый распределитель мощности соединён со смежным и удалённым концами дополнительно введённого узкого проводника первой дополнительно введённой парой идентичных отрезков линий передачи, два выхода второго дополнительно введённого распределителя мощности соединены с входами двух предыдущих распределителей второй дополнительно введённой парой одноступенчатых отрезков линий передачи, причём вход этого распределителя является входом вибраторной антенной системы, все три распределителя мощности выполнены синфазными, а идентичные отрезки линий передачи реализованы двухступенчатыми.Vibrator antenna system containing an elongated narrow conductor with a small cross section, divided in the middle by a gap into two halves with adjacent and distant ends relative to each other, a two-channel equal-amplitude power distributor, one of the outputs of which is connected to the adjacent end of one of the halves of the conductor, and its second output is connected to the remote end of the other half of the conductor by identical segments of transmission lines, characterized in that an identical narrow conductor with two halves and corresponding ends is additionally introduced into it, the first and second similar power distributors, the first pair of identical segments of transmission lines, as well as the second a pair of single-stage segments of transmission lines, the length of which is the same, but arbitrary, while both elongated narrow conductors with two halves each are located coaxially on a common axis, and the orientation of the narrow conductors on this axis is opposite, while the first additionally introduced power distributor is connected to an adjacent and remote by the ends of the additionally introduced narrow conductor by the first additionally introduced pair of identical segments of transmission lines, two outputs of the second additionally introduced power distributor are connected to the inputs of the two previous distributors by the second additionally introduced pair of single-stage segments of transmission lines, and the input of this distributor is the input of the vibrator antenna system, all three power distributors are made in-phase, and identical segments of transmission lines are implemented as two-stage.
RU2023108681A 2023-04-06 Vibrator antenna system RU2802177C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802177C1 true RU2802177C1 (en) 2023-08-22

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5162804A (en) * 1991-05-17 1992-11-10 Hughes Aircraft Company Amplitude distributed scanning switch system
US5274384A (en) * 1992-12-28 1993-12-28 General Electric Company Antenna beamformer
US5592178A (en) * 1994-06-01 1997-01-07 Raytheon Company Wideband interference suppressor in a phased array radar
RU2206156C1 (en) * 2002-01-03 2003-06-10 Орлов Александр Борисович Dipole antenna
RU2210146C2 (en) * 1996-03-29 2003-08-10 Сарантел Лимитед Radio communications device and system, antenna assembly, duplexer for connection to antenna, and antenna operating process
RU2571156C2 (en) * 2014-03-20 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Dipole antenna
CN103762427B (en) * 2014-01-28 2016-02-24 南京邮电大学 A kind of broadband Eelectric-magnetic vibrator combined antenna of micro-band-slot excitation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5162804A (en) * 1991-05-17 1992-11-10 Hughes Aircraft Company Amplitude distributed scanning switch system
US5274384A (en) * 1992-12-28 1993-12-28 General Electric Company Antenna beamformer
US5592178A (en) * 1994-06-01 1997-01-07 Raytheon Company Wideband interference suppressor in a phased array radar
RU2210146C2 (en) * 1996-03-29 2003-08-10 Сарантел Лимитед Radio communications device and system, antenna assembly, duplexer for connection to antenna, and antenna operating process
RU2206156C1 (en) * 2002-01-03 2003-06-10 Орлов Александр Борисович Dipole antenna
CN103762427B (en) * 2014-01-28 2016-02-24 南京邮电大学 A kind of broadband Eelectric-magnetic vibrator combined antenna of micro-band-slot excitation
RU2571156C2 (en) * 2014-03-20 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Dipole antenna

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tekkouk et al. Multibeam SIW slotted waveguide antenna system fed by a compact dual-layer Rotman lens
US7724200B2 (en) Antenna device, array antenna, multi-sector antenna, high-frequency wave transceiver
Weller et al. Single and double folded-slot antennas on semi-infinite substrates
Hamberger et al. A planar dual-polarized microstrip 1-D-beamforming antenna array for the 24-GHz band
Rusch et al. Holographic mmW-Antennas With ${\rm TE} _0 $ and ${\rm TM} _0 $ Surface Wave Launchers for Frequency-Scanning FMCW-Radars
Sun et al. A planar millimeter-wave antenna array with a pillbox-distributed network
JPH0711022U (en) Flat and thin circular array antenna
Tekkouk et al. SIW pillbox antenna for monopulse radar applications
Yi et al. A wide-angle beam scanning antenna in E-plane for K-band radar sensor
Kumar et al. Broadband monopulse microstrip antenna array for X‐band monopulse tracking
Chen et al. Compact substrate integrated waveguide (SIW) monopulse network for $ Ku $-band tracking system applications
US20230198134A1 (en) Microstrip antenna, antenna array, radar, and vehicle
Sacco et al. A wideband and low-sidelobe series-fed patch array at 5.8 GHz for radar applications
Enders et al. Integrated full-hemisphere space-to-frequency mapping antenna with CRLH stripline feed network
RU2432646C1 (en) Dual-band printed dipole antenna
Golubović et al. Short-range transmission using OAM-carrying waves generated by uniform circular arrays
Zou et al. Series-fed monopulse microstrip array antenna with stripline quadrature hybrid comparator network
RU2802177C1 (en) Vibrator antenna system
Li et al. Focused array antenna based on subarrays
Haraz et al. Design of a printed log‐periodic dipole array antenna with high gain for millimeter‐wave applications
Shafai et al. Multiple phase center performance of reflector antennas using a dual mode horn
Huong Beamforming phased array antenna toward indoor positioning applications
Yang et al. An End‐Fed Programmable Metasurface Based on Substrate Integrated Waveguide for Novel Phased Array
RU2472261C1 (en) Dipole emitter
Lu et al. Full metal wideband cosecant squared pattern antenna with a highly compact hybrid feed network