RU2060572C1 - Waveguide power system of phased antenna array - Google Patents
Waveguide power system of phased antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2060572C1 RU2060572C1 RU93027514A RU93027514A RU2060572C1 RU 2060572 C1 RU2060572 C1 RU 2060572C1 RU 93027514 A RU93027514 A RU 93027514A RU 93027514 A RU93027514 A RU 93027514A RU 2060572 C1 RU2060572 C1 RU 2060572C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- section
- rectangular waveguides
- dividers
- axisymmetric
- Prior art date
Links
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 4
- 241000191291 Abies alba Species 0.000 claims description 6
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 5
- 241000218657 Picea Species 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, конкретно к волноводным трактам антенных решеток, волноводным делителям, волноводным сумматорам, и может быть использовано в радиолокаторах, аппаратуре космической радиосвязи и в другой сверхвысокочастотной радиоаппаратуре, где требуется деление мощности от одного или нескольких источников на большое число каналов. The invention relates to radio engineering, specifically to waveguide paths of antenna arrays, waveguide dividers, waveguide combiners, and can be used in radars, space radio communications equipment and other microwave equipment that require the division of power from one or more sources into a large number of channels.
В радиолокации и в космической радиосвязи применяются фазированные антенные решетки (ФАР) с двумерным сканированием, работающие на излучение и на прием. К системам питания (возбуждения) ФАР предъявляются требования широкополосности, малых потерь СВЧ-энергии, обеспечения заданного амплитудного распределения в раскрыве ФАР. При работе на излучение наиболее выгодным является равномерное распределение, при котором потери на рассеяние энергии минимальны. Конструкция системы питания должна иметь минимальные продольные габариты (в направлении, перпендикулярном раскрыву ФАР) и обеспечивать хороший отвод от фазовращателей ФАР тепла, выделяемого токами управления и вследствие активных потерь СВЧ-энергии. In radar and in space radio communications, phased antenna arrays (PAR) with two-dimensional scanning are used, operating on radiation and on reception. The requirements for broadband, small losses of microwave energy, and the provision of a given amplitude distribution in the aperture of the HEADLIGHTS are imposed on the power supply (excitation) systems of the PAR. When working on radiation, the most favorable is a uniform distribution, in which the loss of energy dissipation is minimal. The design of the power supply system should have minimum longitudinal dimensions (in the direction perpendicular to the opening of the PAR) and provide good heat removal from the phase shifters of the PAR, emitted by the control currents and due to active losses of microwave energy.
В коротковолновой части диапазона СВЧ на сантиметровых и миллиметровых волнах при высоком уровне излучаемой мощности, наряду с системами пространственного возбуждения применяются волноводные системы питания. In the short-wave part of the microwave range for centimeter and millimeter waves with a high level of radiated power, waveguide power systems are used along with spatial excitation systems.
Целью изобретения является создание волноводной системы питания плоской ФАР с числом элементов от нескольких сотен до одной полутора тысяч. Элементы ФАР могут быть распределены по раскрыву неэквидистантно, но приблизительно равномерно, чтобы обеспечить достаточно высокий коэффициент использования поверхности. Волноводная система должна обладать малыми потерями и широкополосностью. Ее продольный габарит должен быть малым, а ее конструкция должна обеспечивать хороший теплоотвод от элементов ФАР. Волноводная система не должна содержать элементов, снижающих ее электрическую прочность. The aim of the invention is the creation of a waveguide power supply system for a flat headlamp with the number of elements from several hundred to one and a half thousand. PAR elements can be distributed along the opening unequally, but approximately uniformly, to provide a sufficiently high coefficient of surface utilization. The waveguide system should have low losses and broadband. Its longitudinal dimension should be small, and its design should provide good heat dissipation from the PAR elements. The waveguide system should not contain elements that reduce its electrical strength.
Этим требованиям удовлетворяет предлагаемая волноводная параллельная система питания фазированной антенной решетки, состоящая из входного делителя, осесимметричного многоканального делителя, соединительных волноводов и совокупности многозвенных делителей, построенных по елочной схеме. These requirements are met by the proposed waveguide parallel power supply system for a phased array antenna, consisting of an input divider, an axisymmetric multi-channel divider, connecting waveguides and a set of multi-link dividers constructed according to a Christmas tree scheme.
Осесимметричный многоканальный делитель имеет центральное отверстие. В этом отверстии размещен входной делитель, состоящий из нескольких волноводных двойных тройников. Осесимметричный делитель расположен во внутреннем отверстии многогранной усеченной пирамиды, составленной из радиальных клиньев. На соприкасающихся боковых гранях этих клиньев выполнены многозвенные делители, состоящие из Е-тройников, соединенных по "елочной" схеме. Торцевые грани клиньев образуют плоскости, параллельные раскрыву ФАР. The axisymmetric multi-channel divider has a central hole. An inlet divider consisting of several waveguide double tees is placed in this hole. An axisymmetric divider is located in the inner hole of a multifaceted truncated pyramid composed of radial wedges. On the adjacent lateral faces of these wedges, multi-link dividers are made, consisting of E-tees connected according to a "Christmas tree" scheme. The end faces of the wedges form planes parallel to the opening of the PAR.
Осесимметричный многоканальный делитель выполнен по схеме непосредственного преобразования волны типа Н01 в коаксиале в волны типа Н10 в прямоугольных волноводах. Возбуждается осесимметричный многоканальный делитель от нескольких входов, сфазированных по закону (i 1), где i 1, 2,m номер входа, а m число входов. Фазирование входов осуществляется с помощью волноводных скруток на 90о и на 45о, установленных между волноводными двойными тройниками во входном делителе и развернутых попарно в противоположные стороны.The axisymmetric multichannel divider is made according to the scheme of direct conversion of a wave of type H 01 in a coaxial into waves of type H 10 in rectangular waveguides. An axisymmetric multi-channel divider from several inputs phased by law is excited (i 1), where i 1, 2, m is the input number, and m is the number of inputs. Phasing inputs performed via waveguide twists and about 90 to about 45, mounted between dual waveguide tees in the input divider and deployed in pairs in opposite directions.
В осесимметричном многоканальном делителе предусмотрена возможность неравномерного деления СВЧ-энергии. В этом случае к выходам осесимметричного многоканального делителя, имеющим больший уровень СВЧ-энергии, подключаются многозвенные делители с большим числом деления. Этим достигается равномерное возбуждение элементов ФАР при плотном заполнении раскрыва. The axisymmetric multichannel divider provides for the possibility of uneven division of microwave energy. In this case, multi-link dividers with a large number of division are connected to the outputs of an axisymmetric multi-channel divider having a higher level of microwave energy. This ensures uniform excitation of the PAR elements with dense filling of the aperture.
Более плотное размещение выходов волноводной параллельной системы питания в раскрыве ФАР достигается также смещением друг относительно друга канавок на противоположных боковых гранях радиальных клиньев, которые образуют многозвенные делители. A denser arrangement of the outputs of the waveguide parallel power system in the PAR openings is also achieved by displacing grooves on opposite side faces of the radial wedges, which form multi-link dividers.
Известны волноводные системы питания, построенные по последовательной или последовательно-параллельной схемам. К таким системам относится, например, волноводная система питания (патент США N 4952894, 28.08.1990). Достоинствами этой системы являются небольшой продольный габарит и возможность ее применения в антенной решетке с большим числом элементов. Однако эта система обладает недостатками, свойственными всем схемам последовательного питания: ограниченным уровнем мощности из-за ограниченной электрической прочности элементов связи и ограниченной полосой рабочих частот вследствие разных электрических длин путей электромагнитной энергии от общего источника до разных излучателей антенной решетки. Known waveguide power systems built in serial or series-parallel circuits. Such systems include, for example, a waveguide power system (US patent N 4952894, 08/28/1990). The advantages of this system are a small longitudinal dimension and the possibility of its use in an antenna array with a large number of elements. However, this system has the disadvantages inherent in all series power circuits: a limited power level due to the limited electric strength of the communication elements and the limited operating frequency band due to different electric lengths of electromagnetic energy paths from a common source to different radiators of the antenna array.
Известны волноводные параллельные системы питания в виде многозвенных делителей мощности 1:2к, (к 1, 2, 3.) содержащие волноводные тройники и соединительные волноводы различной конструкции.Known waveguide parallel power systems in the form of multi-link power dividers 1: 2 k , (k 1, 2, 3.) containing waveguide tees and connecting waveguides of various designs.
Известен волноводный делитель мощности для фазированной антенной решетки (авт. св. СССР N 1406674 кл. H 01 P 5/12, 07.07,1986) с уменьшенным продольным габаритом. Однако применение такого делителя в ФАР с числом элементов порядка 1000 потребует около 10 каскадов деления (к ≈ 10). При этом осевой (продольный) габарит окажется больше диаметра раскрыва и система питания будет вносить заметные потери. Known waveguide power divider for a phased antenna array (ed. St. USSR N 1406674 class. H 01 P 5/12, 07/07/1986) with a reduced longitudinal dimension. However, the use of such a divider in a headlamp with a number of elements of the order of 1000 will require about 10 cascades of division (k ≈ 10). In this case, the axial (longitudinal) dimension will be larger than the aperture diameter and the power system will introduce noticeable losses.
Известные многоканальные делители мощности на основе Е-секторных волноводных переходов (патент США N 3500422, 08.11.1960, авт. св. СССР N 1394283, 07.05.1986) при большом числе элементов ФАР будут иметь еще больший продольный габарит. Known multi-channel power dividers based on E-sector waveguide junctions (US patent N 3500422, 11/08/1960, ed. St. USSR N 1394283, 05/07/1986) with a large number of PAR elements will have an even larger longitudinal dimension.
Известны волноводные многоканальные делители (сумматоры) мощности с осевой симметрией. В одних круглый волновод, в котором возбуждается волна Н
В литературе указывается на возможность создания параллельной комбинированной схемы деления мощности, состоящей из осесимметричного делителя с радиальным волноводом, выходы которого соединяются с элементами ФАР гибкими кабелями (Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток/. Под ред. Д. И. Воскресенского. М. 1981). The literature indicates the possibility of creating a parallel combined power sharing scheme consisting of an axisymmetric divider with a radial waveguide, the outputs of which are connected to the PAR elements with flexible cables (Antennas and microwave devices. Designing phased antenna arrays /. Ed. By D. I. Voskresensky. M . 1981).
Целью изобретения является создание волноводной параллельной комбинированной системы питания плоской ФАР с числом элементов около 1000, имеющей небольшой продольный габарит, малые потери и обеспечивающей излучение высокого уровня мощности. The aim of the invention is the creation of a parallel waveguide combined power supply system for a flat headlamp with a number of elements of about 1000, having a small longitudinal dimension, low losses and providing radiation with a high power level.
Изобретение решает задачу создания ФАР с плоским раскрывом и небольшим продольным габаритом при высоком уровне излучаемой мощности. При этом сохраняются такие важные характеристики ФАР, как широкополосность, широкоугольное сканирование при небольших потерях в системе питания. Задача решается применением волноводной параллельной системы питания, представляющей собой компактную металлическую конструкцию в виде многогранной усеченной пирамиды с центральным отверстием, в котором установлен осесимметричный многоканальный волноводный делитель цилиндрической формы, также имеющий центральное отверстие, в котором установлен волноводный входной делитель 1:m, где m число входов осесимметричного многоканального делителя. The invention solves the problem of creating a headlamp with a flat opening and a small longitudinal dimension with a high level of radiated power. At the same time, such important characteristics of the headlamps as broadband, wide-angle scanning with small losses in the power system are retained. The problem is solved by using a parallel waveguide power system, which is a compact metal structure in the form of a multifaceted truncated pyramid with a central hole, in which an axisymmetric multichannel waveguide divider of cylindrical shape, also having a central hole in which the waveguide input divider 1: m is installed, where m is the number inputs of an axisymmetric multi-channel divider.
Многогранная усеченная пирамида образована из радиальных клиньев, число которых равно числу выходов осесимметричного делителя. На соприкасающихся боковых гранях радиальных клиньев выполнены волноводные каналы, образующие многозвенные делители 1:2к, к 2,3,4, причем эти делители могут иметь разное число звеньев к. Клинья соединяются между собой посередине широких стенок волноводных каналов. Входы многозвенных делителей соединены с выходами осесимметричного делителя с помощью соединительных волноводов. Выходы многозвенных делителей расположены на плоскости основания многогранной усеченной пирамиды, параллельной плоскости раскрыва ФАР. К ним присоединены выходные волноводные каналы, содержащие элементы, выравнивающие фазу и поляризацию электромагнитных волн. Эту функцию могут выполнять элементы ФАР.A multifaceted truncated pyramid is formed of radial wedges, the number of which is equal to the number of outputs of the axisymmetric divider. On the adjacent lateral faces of the radial wedges, waveguide channels are made that form multi-link dividers 1: 2 k ,
Выходы волноводной параллельной системы питания расположены в раскрыве ФАР по радиально-кольцевой сетке. При этом число элементов ФАР в 1,5.2 раза меньше, чем в случае размещения таких же элементов по гексагональной сетке, что обычно имеет место в ФАР с пространственным возбуждением. Однако, так как радиально-кольцевое размещение является неэквидистантным, уменьшением числа элементов не приводит к появлению вторичных максимумов при сканировании луча. Некоторое уменьшение усиления ФАР из-за уменьшения числа элементов компенсируется существенным сокращением рассеяния энергии по сравнению с пространственным возбуждением. The outputs of the waveguide parallel power system are located in the aperture of the HEADLAND along a radial-ring grid. In this case, the number of PAR elements is 1.5.2 times less than if the same elements are placed on a hexagonal grid, which usually takes place in a PAR with spatial excitation. However, since the radial-annular arrangement is non-equidistant, a decrease in the number of elements does not lead to the appearance of secondary maxima when scanning the beam. A certain decrease in the gain of the PAR due to a decrease in the number of elements is compensated by a significant reduction in energy dissipation compared with spatial excitation.
Выполнение волноводной системы в виде единой металлической конструкции, примыкающей к раскрыву ФАР, обеспечивает хороший теплоотвод от элементов ФАР. The implementation of the waveguide system in the form of a single metal structure adjacent to the opening of the PAR, provides good heat dissipation from the PAR elements.
На фиг. 1 изображена волноводная параллельная система питания фазированной антенной решетки, общий вид с частичным разрезом; на фиг. 2 входной делитель, осесимметричный многоканальный делитель и секция соединительных волноводов, общий вид с частичным разрезом; на фиг. 3 поперечные сечения А-А, Б-Б, В-В, Г-Г на фиг. 2; на фиг. 4 поперечное сечение Ж-Ж на фиг. 2; на фиг. 5 вид справа на внутреннюю деталь тороидальной секции осесимметричного многоканального делителя (см. фиг. 2) с диаметральным разрезом; на фиг. 6 вид слева на наружную деталь тороидальной секции осесимметричного многоканального делителя (см. фиг. 2) с диаметральным разрезом; на фиг. 7 вид слева на секцию многозвенных делителей (см. фиг. 1); на фиг. 8 радиальный клин секции многозвенных делителей с проекциями двух боковых сторон; на фиг. 9 двойные тройники многозвенных делителей; на фиг. 10 поперечные сечения двойных тройников (см. фиг. 9). In FIG. 1 shows a waveguide parallel power system for a phased array antenna, a general view in partial section; in FIG. 2 input divider, axisymmetric multi-channel divider and section of connecting waveguides, general view with a partial section; in FIG. 3 cross-sections A-A, B-B, B-B, G-D in FIG. 2; in FIG. 4 is a cross-sectional view of FJ in FIG. 2; in FIG. 5 is a right view of the inner part of the toroidal section of an axisymmetric multi-channel divider (see Fig. 2) with a diametrical section; in FIG. 6 is a left view of the outer part of the toroidal section of an axisymmetric multi-channel divider (see Fig. 2) with a diametrical section; in FIG. 7 is a left view of a section of multi-link dividers (see Fig. 1); in FIG. 8 radial wedge sections of multi-link dividers with projections of two sides; in FIG. 9 double tees of multi-link dividers; in FIG. 10 cross sections of double tees (see FIG. 9).
Волноводная параллельная система питания ФАР состоит из следующих частей (см. фиг. 1): входного делителя 15 (например 1:4); осесимметричного многоканального делителя (16) (например, 4:72); секции 17 соединительных волноводов, например волноводных скруток на 90о; секции 18 многозвенных делителей мощности, например 1:16 и 1:8.The waveguide parallel power supply system of the HEADLIGHT consists of the following parts (see Fig. 1): input divider 15 (for example 1: 4); axisymmetric multi-channel divider (16) (for example, 4:72);
Продольные габариты волноводной параллельной системы питания определяются осевым размером осесимметричного многоканального делителя 16. Остальные составные части расположены либо внутри него (входной делитель 15), либо окружают его (секция соединительных волноводов 17 и секция многозвенных делителей 18. The longitudinal dimensions of the waveguide parallel power system are determined by the axial size of the axisymmetric
Таким построением достигается высокая компактность волноводной параллельной системы питания. Such a construction achieves high compactness of the waveguide parallel power system.
На фиг. 2 показаны входной делитель 15, осесимметричный многоканальный делитель 16 и секция соединительных волноводов 17. In FIG. 2 shows an
Принцип действия осесимметричного многоканального делителя 16 заключается в преобразовании волн типа Н10 в m входных каналах прямоугольного сечения (например, m 4) в волну типа Н01 в коаксиальном волноводе, имеющем большой диаметр, с последующим преобразованием волны типа Н01 в волны типа Н10 в n выходных каналах прямоугольного сечения (например, n 72). На фиг. 2 показаны 4 входных волновода стандартного прямоугольного сечения а х b, изогнутые в Н-плоскости на 180о 31, коаксиальный волновод 32 и тороидальная секция 34.The principle of operation of the axisymmetric
На фиг. 3 показаны сечения коаксиального волновода плоскостями А-А, Б-Б, В-В, Г-Г, Д-Д, показанными на фиг. 2. В сечении А-А видны входные каналы прямоугольного сечения 35. В сечениях Б-Б, В-В, Г-Г показано постепенное расширение волноводных каналов до полного заполнения ими всего пространства между внешним 37 и внутренним 38 цилиндрическими поверхностями коаксиального волновода. Как только ширина волноводных каналов в азимутальном направлении становится больше критической для высшего типа волны, каналы разделяются радиальными металлическими перегородками 36. В данном примере число перегородок достигает 24. В сечении Г-Г перегородки кончаются и в коаксиальном волноводе сформирована волна типа Н
Отличительной особенностью осесимметричного многоканального делителя 16 является отсутствие в его составе круглого или радиального волновода. Наличие круглого волновода с волной Н
На фиг. 4 приведен вид слева на тороидальную секцию 34 осесимметричного многоканального делителя. В тороидальной секции имеются волноводные каналы прямоугольного сечения двух типов: первые имеют на входе сечение а1 х b1 (37), а вторые а1 х b1/2 (38), а1 ≅ а; b1 ≅ b, где а х b стандартное сечение прямоугольного волновода для данного диапазона частот. В данном примере 24 канала имеют на входе сечение а1 х b1 и 48 каналов сечение а1 х b1/2. На выходе все каналы имеют сечение а1 х b1.In FIG. 4 is a left view of a
Тороидальная секция состоит из двух деталей 40 и 41, каждая из которых имеет форму половины кругового тора, разрезанного по диаметру. The toroidal section consists of two
На фиг. 5 приведен вид справа на внутреннюю деталь 40 и ее диаметральное сечение, а на фиг. 6 вид слева и диаметральное сечение наружной детали 41. На фиг. 5 и 6 видны канавки постоянного (42) и (44) и переменного (43) и (45) сечений. При соединении деталей 40 и 41 эти канавки образуют волноводные каналы постоянного и переменного сечения, разрезанные на нейтральной средней линии. На выходе тороидальной секции все волноводные каналы имеют одинаковое сечение а1 х b1, но через канал, который имеет постоянное сечение (46), проходит вдвое большая мощность, чем через тот, который имеет переменное сечение (47). Благодаря такому устройству тороидальной секции 34 на выходах осесимметричного многоканального делителя получаем желаемое распределение мощности. Входной делитель 16, показанный на фиг. 2, осуществляет деление СВЧ-энергии с общего входа на m входов осесимметричного многоканального делителя 16, в данном примере m 4. Входной делитель состоит из двойных волноводных тройников 21, волноводных скруток на 90о правого 22 и левого 23 вращения, волноводных скруток на 45о правого (24) и левого (25) вращения. Сечения элементов входного делителя показаны на фиг. 3.In FIG. 5 shows a right view of the
Для возбуждения в коаксиальном волноводе волны типа Н
Секция соединительных волноводов 17, показанная на фиг. 2, осуществляет соединение выходов осесимметричного многоканального делителя с входами многозвенных делителей. Соединительные волноводы представляют собой, например, скрутки на 90о (50).The connecting
На фиг. 7 показана секция многозвенных делителей мощности. Форма периметра секции 61 соответствует форме периметра ФАР, например шестигранник. Секция собрана из радиальных клиньев, число которых n равно числу выходов осесимметричного многоканального делителя, в данном примере n 72. На соприкасающихся гранях клиньев выполнены канавки 63, образующие волноводы прямоугольного сечения a1 х b1. Так как соединение клиньев производится посредине широкой стенки волноводов, то утечки электромагнитной энергии не происходит. Все клинья имеют одинаковый угол Φ , в данном примере Φ 5о. Имеются разные типоразмеры клиньев в зависимости от типа многозвенных делителей на их боковых гранях и от их положения относительно периметра раскрыва. В данном примере 12 типоразмеров. На фиг. 7 позиция 62 обозначает один из типоразмеров клина.In FIG. 7 shows a section of multi-link power dividers. The shape of the perimeter of
С целью наиболее плотного заполнения раскрыва ФАР излучателями применяются два или более видов многозвенных делителей мощности, в данном примере делители 1:16 и 1:8. На фиг. 7 показано расположение выходов делителей 1:16 (64) и делителей 1: 8 (65). В теле секции многозвенных делителей мощности имеются отверстия 66 для пропуска коммуникаций управления и питания элементов ФАР. В центральном отверстии 67 размещается коаксиальный волновод осесимметричного многоканального делителя. In order to most densely fill the aperture of the PAR with emitters, two or more types of multi-link power dividers are used, in this example, dividers 1:16 and 1: 8. In FIG. 7 shows the location of the outputs of the dividers 1:16 (64) and the dividers 1: 8 (65). In the body of the section of multi-link power dividers, there are openings 66 for passing control communications and power supply of the PAR elements. In the Central hole 67 is a coaxial waveguide axisymmetric multi-channel divider.
На фиг. 8 представлен один из клиньев 62, на одной стороне которого выполнены канавки для многозвенного делителя 1:8 (68), а на другой стороне канавки для многозвенного делителя 1:16 (69). In FIG. 8 shows one of the
В примере на фиг. 8 Φ 5о.In the example of FIG. 8 Φ 5 about
Многозвенные делители 68 состоят из двойных тройников 70-75, соединенных по елочной схеме. Канавки для многозвенного делителя на одной стороне (68) клина выполнены со смещением относительно канавок на другой стороне (69) клина (см. фиг. 8).
На фиг. 9 показаны выходные двойные тройники (71), (72), образованные канавками на боковых гранях смежных радиальных клиньев. Выходные отверстия прямоугольного сечения а1 х b1 (76) расположены на наружной торцевой плоскости 77 секции многозвенных делителей.In FIG. Figure 9 shows the output double tees (71), (72) formed by grooves on the lateral faces of adjacent radial wedges. Rectangular outlet a 1 x b 1 (76) holes are located on the
На фиг. 10 приведены сечения двойных тройников 71, 72 плоскостями, параллельными торцевой плоскости 77. Секущие плоскости ИИ, КК, ЛЛ, ММ показаны на фиг. 9. In FIG. 10 shows sections of
В двойных тройниках 70-75 деление СВЧ-энергии осуществляется в Е-плечах. В Н-плечах установлены поглощающие нагрузки 78, например, из ферроэпоксида для улучшения развязки между выходными каналами многозвенных делителей. Смещение двойных тройников 71 и 72 на противоположных боковых гранях радиального клина друг относительно друга как в радиальном, так и в кольцевом направлениях, (см. фиг. 9 и 10) позволяет разместить в теле радиальных клиньев Н-плечи двойных тройников с поглощающими нагрузками. В данном примере Н-плечи имеют вид сквозных отверстий прямоугольного сечения. In double tees 70-75, microwave energy is split in the E-arms. Absorbing loads 78, for example, of ferroepoxide, are installed in the N-arms to improve isolation between the output channels of multi-link dividers. The offset of the
Волноводная параллельная система питания ФАР функционирует следующим образом:
СВЧ-энергия через входной делитель 15, имеющий стандартный волноводный вход прямоугольного сечения а х b, поступает на 4 входа осесимметричного многоканального делителя 16. В многоканальном осесимметричном делителе осуществляются последовательно следующие операции:
преобразование волн типа Н10 в четырех прямоугольных волноводах в волну типа Н01 в коаксиальном волноводе;
фильтрация волн неосесимметричных типов в коаксиале, имеющих продольные токи;
преобразование волны типа Н01 в коаксиальном волноводе в волны типа Н10 в 72-х прямоугольных волноводах, причем 24 волновода имеют сечение а1 х b1 < (a1 ≅ a; b1 ≅ b), а 48 волноводов имеют сечение а1 х в1/2.The waveguide parallel power supply system of the HEADLIGHT operates as follows:
Microwave energy through the
the conversion of waves of type H 10 in four rectangular waveguides into a wave of type H 01 in a coaxial waveguide;
filtering of waves of nonaxisymmetric types in a coaxial having longitudinal currents;
transformation of a wave of type H 01 in a coaxial waveguide into waves of type H 10 in 72 rectangular waveguides, with 24 waveguides having a cross section a 1 x b 1 <(a 1 ≅ a; b 1 ≅ b), and 48 waveguides have a cross section a 1 x in 1/2 .
изменение сечения волноводов а1 х в1/2 на сечение а1 х b1, так что на выходе многоканального осесимметричного делителя все 72 выхода имеют одно сечение а1 х b1, но в каждый из 24-х выходов поступает СВЧ-энергия вдвое большая, чем в каждый из 48 выходов.changing the cross section of the waveguides a 1 x in 1/2 to the cross section a 1 x b 1 , so that at the output of the multichannel axisymmetric divider all 72 outputs have one cross section a 1 x b 1 , but the microwave energy is doubled to each of the 24 outputs larger than each of the 48 exits.
С выходов осесимметричного многоканального делителя, через секцию соединительных волноводов скруток 17 СВЧ-энергия поступает на входы многозвенных делителей мощности, объединенных в секцию 18. С 24-х выходов СВЧ-энергия поступает на делители 1:16, а с 48-ми выходов на делители 1:8. Секция многозвенных делителей имеет 768 выходов прямоугольного сечения а1 х b1, на которые поступают одинаковые уровни СВЧ-энергии, чем обеспечивается близкое к равномерному амплитудное распределение в раскрыве ФАР.From the outputs of an axisymmetric multichannel divider, through a section of connecting waveguides of
Развязка между выходными волноводными каналами обеспечивается применением двойных тройников в составе многозвенных делителей и большим числом n деления в осесимметричном многоканальном делителе. The decoupling between the output waveguide channels is ensured by the use of double tees as part of multi-link dividers and a large number of n divisions in an axisymmetric multi-channel divider.
В большинстве радиолокаторов с высоким энергетическим потенциалом применяются ФАР с пространственным возбуждением, проходные или отражательные. ФАР с волноводными последовательными или последовательно-параллельными системами питания обладают худшими характеристиками такими, как широкополосность и уровень излучаемой мощности. Применение предлагаемой волноводной параллельной системы питания позволяет улучшить характеристики ФАР и снизить стоимость ее изготовления. Most radars with high energy potential use spatial excitation headlamps, walk-through or reflective. Headlamps with waveguide series or series-parallel power systems have worse characteristics such as broadband and radiated power. The use of the proposed waveguide parallel power system can improve the characteristics of the headlamp and reduce the cost of its manufacture.
В случае применения предлагаемой волноводной параллельной системы питания ФАР устраняются характерные для пространственного возбуждения потери на рассеяние из-за спадающего к краям раскрыва облучения и излучения за края раскрыва. Отсутствуют присущие проходной ФАР потери на отражение от коллекторного раскрыва, а в случае отражательной ФАР потери на "сферичность" фазового фронта облучателя. Активные потери в предлагаемой волноводной параллельной системе питания для ФАР из ≈1000 элементов не превышают 0,2.0,5 дБ из-за короткого пути СВЧ-энергии к каждому элементу ФАР. Поэтому при одинаковом числе элементов ФАР замена пространственного возбуждения на волноводное позволит увеличить коэффициент усиления на 2.3 дБ. При сохранении величины коэффициента усиления оказывается возможным уменьшить число элементов ФАР в 1,7.2 раза, что приведет к снижению стоимости и трудоемкости по крайней мере в 1,5 раза. In the case of application of the proposed waveguide parallel power supply system for PAR, the spatial losses characteristic of spatial excitation are eliminated due to radiation falling down to the edges of the aperture and radiation beyond the edges of the aperture. There are no inherent inherent PAR phasor losses due to reflection from the collector aperture, and in the case of reflective phased arrester losses on the "sphericity" of the phase front of the feed. Active losses in the proposed waveguide parallel power supply system for a phased array of ≈1000 elements do not exceed 0.2.0.5 dB due to the short path of microwave energy to each phased array element. Therefore, with the same number of PAR elements, replacing the spatial excitation with the waveguide will increase the gain by 2.3 dB. While maintaining the magnitude of the gain, it is possible to reduce the number of PAR elements by 1.7.2 times, which will lead to a decrease in cost and labor intensity by at least 1.5 times.
Уменьшение числа элементов ФАР осуществляется при сохранении размеров раскрыва и при неэквидистантном расположении элементов. В сочетании с равномерным распределением энергии СВЧ по раскрыву это обеспечивает сужение диаграммы направленности на ≈ 20% и, следовательно, такое же повышение точности и широкоугольное сканирование без возникновения вторичных дифракционных максимумов. The decrease in the number of PAR elements is carried out while maintaining the dimensions of the aperture and with an unequal arrangement of the elements. In combination with a uniform distribution of microwave energy over the opening, this provides a narrowing of the radiation pattern by ≈ 20% and, therefore, the same increase in accuracy and wide-angle scanning without the appearance of secondary diffraction maxima.
Волноводная параллельная система питания ФАР позволяет создать конструкцию с наилучшими условиями для теплоотвода путем принудительного воздушного охлаждения. К тепловыделяющим элементам ФАР (фазовращателям) непосредственно примыкает металлическая секция, эффективно отводящая тепло. Поверхность всей конструкции волноводной параллельной системы питания более, чем в 2 раза превышает площадь раскрыва ФАР. Средняя подводимая СВЧ-мощность может быть повышена в 2.3 раза по сравнению с пространственным возбуждением. The waveguide parallel power supply system of the HEADLIGHTS allows you to create a design with the best conditions for heat removal by forced air cooling. The heat-generating elements of the PAR (phase shifters) are directly adjacent to the metal section, which effectively removes heat. The surface of the entire structure of the waveguide parallel power system is more than 2 times the open area of the PAR. The average input microwave power can be increased by a factor of 2.3 compared with spatial excitation.
Продольный размер волноводной параллельной системы питания ≈ 1/2 диаметра раскрыва ФАР. The longitudinal size of the waveguide parallel power system is ≈ 1/2 of the diameter of the aperture of the PAR.
Изготовление волноводной параллельной системы питания ФАР предусматривает применение высокоточных обрабатывающих центров с программным управлением без необходимости использования квалифицированного ручного труда. Отсутствуют операции сварки, пайки, клейки. Отсутствуют гальванические покрытия и не предусматривается применение драгоценных металлов. Отсутствуют массовые комплектующие изделия (СВЧ-разъемы, кабели и т.п.). The manufacture of a PARA waveguide parallel power supply system involves the use of high-precision machining centers with programmed control without the need for skilled manual labor. There are no operations of welding, soldering, gluing. There are no galvanic coatings and the use of precious metals is not provided. There are no mass component parts (microwave connectors, cables, etc.).
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93027514A RU2060572C1 (en) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | Waveguide power system of phased antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93027514A RU2060572C1 (en) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | Waveguide power system of phased antenna array |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93027514A RU93027514A (en) | 1996-01-10 |
RU2060572C1 true RU2060572C1 (en) | 1996-05-20 |
Family
ID=20141926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93027514A RU2060572C1 (en) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | Waveguide power system of phased antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2060572C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449435C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого | Flat array of diffraction radiation antennas and power divider used in it |
RU2484558C2 (en) * | 2007-12-18 | 2013-06-10 | Таль | Radial power amplification device with amplifier channels phase variance compensation |
RU2557474C1 (en) * | 2014-04-22 | 2015-07-20 | Открытое акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | H01 wave exciter |
CN113612014A (en) * | 2021-07-30 | 2021-11-05 | 维沃移动通信有限公司 | Electronic device |
-
1993
- 1993-05-18 RU RU93027514A patent/RU2060572C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1406674, кл. H 01P 5/12, 1988. Патент США N 4926145, кл. H 01P 5/12, 1990. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2484558C2 (en) * | 2007-12-18 | 2013-06-10 | Таль | Radial power amplification device with amplifier channels phase variance compensation |
RU2449435C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого | Flat array of diffraction radiation antennas and power divider used in it |
RU2557474C1 (en) * | 2014-04-22 | 2015-07-20 | Открытое акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | H01 wave exciter |
CN113612014A (en) * | 2021-07-30 | 2021-11-05 | 维沃移动通信有限公司 | Electronic device |
CN113612014B (en) * | 2021-07-30 | 2023-11-24 | 维沃移动通信有限公司 | Electronic equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2585399B2 (en) | Dual mode phased array antenna system | |
AU600990B2 (en) | Microstrip antennas | |
JP6386182B2 (en) | Waveguide slot array antenna | |
Skobelev | Methods of constructing optimum phased-array antennas for limited field of view | |
Sehm et al. | A high-gain 58-GHz box-horn array antenna with suppressed grating lobes | |
EP0253465B1 (en) | Beam forming antenna system | |
EP0928503B1 (en) | Antenna feed architecture for use with a continuous transverse stub antenna array | |
EP3888185A1 (en) | Dual end-fed broadside leaky-wave antenna | |
WO2005053097A1 (en) | Scanable sparse antenna array | |
Potelon et al. | Broadband passive two-feed-per-beam pillbox architecture for high beam crossover level | |
Stoumpos et al. | Four-way orthomode waveguide power dividers: Subtractive and additive manufacturing | |
Liu et al. | A 4 by 10 series 60 GHz microstrip array antenna fed by butler matrix for 5G applications | |
RU2060572C1 (en) | Waveguide power system of phased antenna array | |
US4890117A (en) | Antenna and waveguide mode converter | |
JPS6230409A (en) | Slot array antenna unit | |
EP0795928A2 (en) | Antenna with single or double reflector, with shaped beams and linear polarisation | |
CN112909513B (en) | Dual-polarized waveguide slot array antenna on annular disc and combined antenna | |
CN116318278B (en) | Multi-beam forming network and six-beam base station antenna | |
US6781554B2 (en) | Compact wide scan periodically loaded edge slot waveguide array | |
CN111224229A (en) | Satellite array antenna based on mirror image subarray | |
EP2243195A2 (en) | Dual polarized antenna with multilevel hybrid beam forming network for high power | |
CN112909557B (en) | Waveguide slot array antenna on annular disc and combined antenna | |
EP0009063B1 (en) | Parallel plate electromagnetic lens | |
US11936112B1 (en) | Aperture antenna structures with concurrent transmit and receive | |
RU93027514A (en) | WAVEGUIDE PARALLEL POWER SUPPLY SYSTEM OF A PHASED ANTENNA GRID |