RU2659699C1 - Compact broadband double-polarization antenna array (options) - Google Patents
Compact broadband double-polarization antenna array (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659699C1 RU2659699C1 RU2017135309A RU2017135309A RU2659699C1 RU 2659699 C1 RU2659699 C1 RU 2659699C1 RU 2017135309 A RU2017135309 A RU 2017135309A RU 2017135309 A RU2017135309 A RU 2017135309A RU 2659699 C1 RU2659699 C1 RU 2659699C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bipolarization
- dos
- assembly
- waveguide channels
- polarization
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится заявленное изобретениеThe technical field to which the claimed invention relates
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в широкополосных антенных решетках с регулируемой или переключаемой поляризацией.The invention relates to antenna technology and can be used in broadband antenna arrays with adjustable or switched polarization.
Уровень техникиState of the art
Известна антенная решетка, описанная в патенте US 6075494 А, МПК H01Q 21/00, H01Q 21/06, Н01Р 5/12, опубл. 13.06.2000, содержащая широкополосную параллельную структуру каналов возбуждения, содержащую сеть делителей мощности, включающую N уровней подачи сигнала, сформированные как множество слоев, образующих параллельные пластинчатые волноводные структуры, при этом каждый из уровней подачи сигнала образован тройниками в Е-плоскости, образующими делители мощности с двумя горизонтальными плечами, между которыми делится мощность, снабженные выборочно взаимосвязанным множеством согласующих ступенчатых трансформаторов и изгибов в Е-плоскости.Known antenna array described in patent US 6075494 A, IPC
Конструкция данной известной антенной решетки (АР) принципиально позволяет создать в раскрыве АР только одну поляризацию электромагнитной волны - линейную, что не позволяет ее использовать для создания двух ортогональных линейных или круговых поляризаций.The design of this known antenna array (AR) fundamentally allows you to create in the aperture of the AR only one polarization of the electromagnetic wave - linear, which does not allow it to be used to create two orthogonal linear or circular polarizations.
Кроме того, при используемом способе возбуждения данной известной АР посредством линейного непрерывного источника возбуждения, в раскрыве АР, как правило, создается спадающее к краям амплитудное распределение, что приводит к уменьшению эффективности антенны.In addition, with the method used to excite this known AR through a linear continuous source of excitation, in the aperture of the AR, as a rule, an amplitude distribution falling to the edges is created, which leads to a decrease in the antenna efficiency.
Известна фазированная антенная решетка (ФАР) с левой и правовой круговой пространственными поляризациями, описанная в патенте RU 2365000 С1, МПК H01Q 21/00, опубл. 20.08.2009, выполненная в виде многослойной панели и содержащая излучатели и волноводную распределительную систему, выполненную по схеме деления параллельного типа и состоящую из волноводных делителей мощности.Known phased antenna array (PAR) with left and right circular spatial polarizations, described in patent RU 2365000 C1, IPC
Использование в конструкции данной известной ФАР поляризаторов для приема сигналов с левой и с правой круговыми поляризациями ограничивает полосу рабочих частот и увеличивает массогабаритные параметры антенной решетки. Кроме того, конструкция данной известной ФАР не позволит изменять при необходимости вид поляризации принимаемых сигналов.The use of polarizers for receiving signals with left and right circular polarizations in the design of this well-known PAR illumination limits the operating frequency band and increases the overall dimensions of the antenna array. In addition, the design of this known PAR will not allow changing, if necessary, the type of polarization of the received signals.
Известна двухполяризационная антенная решетка, описанная в патенте US 9184482 В2, МПК H01Q 13/00, Н01Р 5/12, опубл. 25.06.2015, содержащая массив антенных элементов, сконфигурованный для приема и передачи двух независимых сигналов с левой и правовой круговыми поляризациями, и двухполяризационную формирующую сеть параллельного типа, представляющую собой панель, содержащую множество слоев с волноводными каналами, образующие делители/сумматоры для двух независимых сигналов с левой и правой круговыми поляризациями, причем делители/сумматоры смещены в шахматном порядке в соответствии с местоположением излучателей в массиве антенных элементов.Known bipolarization antenna array described in US patent 9184482 B2, IPC
Данная антенная решетка по сути является комбинацией линейных антенных решеток, представляющую собой плоскую структуру. Для получения плоской антенной решетки необходимо выполнить набор из нескольких линейных антенных решеток, что несомненно приведет к увеличению массогабаритных характеристик плоской антенной решетки, а также уменьшит ее широкополосность из-за необходимости расположения составляющих линейных антенных решеток в единый массив, образующий плоскую антенную решетку. При этом плоские слои, образующие апертуру антенной решетки будут расположены ортогонально ее раскрыву. Кроме того, для получения различных видов поляризаций необходимо дополнение этих линейных антенных решеток дополнительными слоями. Это значит, что будет отсутствовать принципиальная возможность изменения поляризации всей плоской антенной решетки, с одной стороны, а также возникнет ограничение по ее рабочей полосе частот.This antenna array is essentially a combination of linear antenna arrays, which is a flat structure. To obtain a flat antenna array, it is necessary to perform a set of several linear antenna arrays, which will undoubtedly lead to an increase in the weight and size characteristics of the flat antenna array and also reduce its broadband due to the need to arrange the components of the linear antenna arrays in a single array forming a flat antenna array. In this case, the flat layers forming the aperture of the antenna array will be located orthogonal to its opening. In addition, to obtain different types of polarizations, it is necessary to supplement these linear antenna arrays with additional layers. This means that there will be no fundamental possibility of changing the polarization of the entire planar antenna array, on the one hand, and there will also be a restriction on its working frequency band.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является компактная широкополосная двухполяризационная антенная решетка (АР), описанная в патенте US 6507319 В2, МПК H01Q 21/00, H01Q 21/06, опубл. 14.01.2003, содержащая излучающий узел с множеством излучающих элементов и двухполяризационную диаграммообразующую схему (ДОС), содержащую первый и второй узлы формирования диаграммы направленности (ДН), сконфигурированные для формирования и подачи на излучающие элементы соответственно первого сигнала, имеющего первую поляризацию, и второго сигнала, имеющего вторую поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала, при этом каждый из узлов формирования луча, включающий в себя множество слоев с сформированными в них отверстиями и волноводными каналами, соединенными с множеством излучающих элементов, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления соответствующего сигнала, сформированную волноводными каналами в каждом упомянутом слое.The closest technical solution to the claimed is a compact broadband bipolarization antenna array (AR), described in patent US 6507319 B2, IPC
Данная антенная решетка предназначена для одновременного формирования в пространстве двух и более независимых лучей ДН в широкой полосе частот. Для создания ДОС сформирована многослойная структура, представляющая собой набор делителей мощности, возбуждаемых линейным квазиоптическим делителем мощности, позволяющим при помощи многослойных направленных структур подавать на ее выход два и более сигнала с различными фазовыми распределениями. Для получения круговой, или ортогональных поляризаций двух сигналов эту антенную решетку также необходимо снабжать двухчастотными поляризаторами, которые не только увеличат массу и габариты антенной решетки, но также ограничат полосы рабочих частот каждого из сигналов.This antenna array is designed for the simultaneous formation in space of two or more independent radiation paths in a wide frequency band. To create a DOS, a multilayer structure is formed, which is a set of power dividers excited by a linear quasi-optical power divider, which allows using multilayer directional structures to send two or more signals with different phase distributions to its output. To obtain circular or orthogonal polarizations of two signals, this antenna array also needs to be equipped with dual-frequency polarizers, which will not only increase the mass and dimensions of the antenna array, but also limit the operating frequency bands of each of the signals.
Таким образом, существует техническая проблема по созданию антенной решетки, обеспечивающей получение ортогональных поляризаций двух независимых сигналов в именно широкой полосе частот, и одновременно компактной.Thus, there is a technical problem in creating an antenna array that provides orthogonal polarizations of two independent signals in precisely a wide frequency band, and at the same time is compact.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание компактной широкополосной двухполяризационной антенной решетки.The problem to which the claimed invention is directed, is the creation of a compact broadband bipolarization antenna array.
Технический результат изобретения заключается в создании компактной широкополосной двухполяризационной антенной решетки с минимальным уровнем боковых лепестков ее диаграммы направленности за счет обеспечения большей плотности размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления первого и второго сигналов ортогональной поляризации, в апертуре антенной решетки.The technical result of the invention is to create a compact broadband bipolarization antenna array with a minimum level of the side lobes of its radiation pattern by providing a higher density of outputs of the waveguide channels forming the division stages of the first and second signals of orthogonal polarization in the aperture of the antenna array.
Для достижения указанного технического результата представлено четыре варианта реализации компактной широкополосной двухполяризационной антенной решетки (АР), содержащей излучающий узел с множеством излучающих элементов и двухполяризационную диаграммообразующую схему (ДОС), содержащую первый и второй узлы формирования диаграммы направленности (ДН), сконфигурированные для формирования и подачи на излучающие элементы соответственно первого сигнала, имеющего первую поляризацию, и второго сигнала, имеющего вторую поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала, при этом каждый из узлов формирования ДН, включающий в себя множество слоев с сформированными в них отверстиями и волноводными каналами, соединенными с множеством излучающих элементов, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления соответствующего сигнала, сформированную волноводными каналами в каждом упомянутом слое.To achieve this technical result, four implementation options are presented for a compact broadband bipolarization antenna array (AR) containing a radiating unit with a plurality of radiating elements and a bipolarization beamforming circuit (DOS) containing the first and second beam shaping units (BFs) configured to form and feed to radiating elements, respectively, of a first signal having a first polarization and a second signal having a second polarization, orthogonal the polarization of the first signal, with each of the nodes forming the DN, including many layers with holes formed in them and waveguide channels connected to the set of radiating elements, contains a network of power dividers, including N stages of division of the corresponding signal, formed by waveguide channels in each mentioned layer.
Согласно независимому пункту 1 формулы в первом варианте реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС с МВХ входными портами и с МВЫХ выходными портами выполнена в виде сборки квадратной формы размером L×L попеременно чередующихся между собой слоев со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно, причем количество МВХ входных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:According to the
МВХ=2×(2N-1),M BX = 2 × (2 N -1),
а количество МВЫХ выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:and the number of M OUTPUT output ports of said bipolarization DOS is:
МВЫХ=2N+1×(2N-1),M OUT = 2 N + 1 × (2 N -1),
при этом в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС между слоем с волноводными каналами, образующими последнюю ступень деления второго сигнала, имеющего поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала, и слоем с волноводными каналами, образующими последнюю ступень деления первого сигнала, расположен дополнительный слой, в котором сформированы волноводные каналы с выходами, смещенными в одну и ту же сторону перпендикулярно широким стенкам упомянутых волноводных каналов на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов соответствующего слоя, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою, причем в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов в дополнительном слое равно:at the same time, in the said assembly of a bipolarization DOS between the layer with waveguide channels forming the last stage of division of the second signal having a polarization orthogonal to the polarization of the first signal, and the layer with waveguide channels forming the last stage of division of the first signal, there is an additional layer in which waveguide channels are formed with outputs shifted in the same direction perpendicular to the wide walls of the mentioned waveguide channels by a distance R relative to the centers of the outputs of the waveguide channels corresponding layer, prior to said further layer, wherein in said assembling a dual-polarization DOS given distance R displacement of said output waveguide channels in the additional layer is:
R=L/(2×(2N-1)),R = L / (2 × (2 N -1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки двухполяризационной ДОС.where L is the side length of the mentioned assembly bipolarization DOS.
Согласно независимому пункту 7 формулы во втором варианте реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС с МВХ входными портами и с МВЫХ выходными портами выполнена в виде сборки множества узлов квадратной формы размером 
МВХ=2×(2N-1),M BX = 2 × (2 N -1),
а количество МВЫХ выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:and the number of M OUTPUT output ports of said bipolarization DOS is:
МВЫХ=2N+1×(2N-1),M OUT = 2 N + 1 × (2 N -1),
каждый из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС содержит попеременно чередующиеся между собой слои со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно, при этом в каждом из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС между слоем с волноводными каналами, образующими последнюю ступень деления второго сигнала, имеющего поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала, и слоем с волноводными каналами, образующими последнюю ступень деления первого сигнала, расположен дополнительный слой, в котором сформированы волноводные каналы с выходами, смещенными в одну и ту же сторону перпендикулярно широким стенкам упомянутых волноводных каналов на расстояние r относительно центров выходов волноводных каналов соответствующего слоя, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою, причем в каждом узле в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние r смещения выходов упомянутых волноводных каналов в дополнительном слое равно:each of the nodes in the said assembly of the bipolarization DOS contains alternately alternating layers with the division stages of the first and second signals, respectively, while in each of the nodes in the said assembly of the bipolarization DOS between the layer with waveguide channels forming the last division stage of the second signal with polarization, orthogonal to the polarization of the first signal, and a layer with waveguide channels forming the last stage of the division of the first signal, there is an additional layer in which waveguide channels with outputs displaced in the same direction perpendicular to the wide walls of the mentioned waveguide channels by a distance r relative to the centers of the outputs of the waveguide channels of the corresponding layer preceding the said additional layer are reconciled, and at each node in the said assembly of the bipolarization DOS, this distance r the displacement of the outputs of the mentioned waveguide channels in the additional layer is equal to:
где 
Согласно независимому пункту 15 формулы в третьем варианте реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС с МВХ входными портами и с МВЫХ выходными портами выполнена в виде сборки квадратной формы размером L×L попеременно чередующихся между собой слоев со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно, причем количество МВХ входных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:According to the
МВХ=2×(2N-1),M BX = 2 × (2 N -1),
а количество МВЫХ выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:and the number of M OUTPUT output ports of said bipolarization DOS is:
МВЫХ=2N+1×(2N-1),M OUT = 2 N + 1 × (2 N -1),
при этом в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС после каждого из слоев с волноводными каналами, соответственно образующих последние ступени деления каждого из сигналов, соответственно расположено по одному дополнительному слою, в которых сформированы волноводные каналы с выходами, соответственно смещенными в одну и ту же сторону перпендикулярно широким стенкам упомянутых волноводных каналов на расстояние R относительно центров выходных волноводных каналов слоя, соответственно предыдущего по отношению к соответствующему дополнительному слою, причем в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов в каждом дополнительном слое равно:at the same time, in the said assembly of the bipolarization DOS, after each of the layers with waveguide channels correspondingly forming the last stages of division of each of the signals, one additional layer, respectively, is located in which waveguide channels are formed with outputs correspondingly shifted in the same direction perpendicular to the wide walls said waveguide channels by a distance R relative to the centers of the output waveguide channels of the layer, respectively of the previous one with respect to the corresponding additional the actual layer, and in the said assembly of the bipolarization DOS, the given displacement distance R of the outputs of the mentioned waveguide channels in each additional layer is equal to:
R=L/(2×(2N-1)),R = L / (2 × (2 N -1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки двухполяризационной ДОС.where L is the side length of the mentioned assembly bipolarization DOS.
Согласно независимому пункту 21 формулы в четвертом варианте реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС с МВХ входными портами и с МВЫХ выходными портами выполнена в виде сборки множества узлов квадратной формы размером
МВХ=2×(2N-1),M BX = 2 × (2 N -1),
а количество МВЫХ выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:and the number of M OUTPUT output ports of said bipolarization DOS is:
Мвых=2N+1×(2N-1),Myst = 2 N + 1 × (2 N -1),
каждый из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС содержит попеременно чередующиеся между собой слои со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно, при этом в каждом из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС после каждого из слоев с волноводными каналами, соответственно образующих последние ступени деления каждого из сигналов, соответственно расположено по одному дополнительному слою, в которых сформированы волноводные каналы с выходами, соответственно смещенными в одну и ту же сторону перпендикулярно широким стенкам упомянутых волноводных каналов на расстояние r относительно центров выходных волноводных каналов слоя, соответственно предыдущего по отношению к соответствующему дополнительному слою, причем в каждом из узлов в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние r смещения выходов упомянутых волноводных каналов в каждом дополнительном слое равно:each of the nodes in the said assembly of the bipolarization DOS contains alternately alternating layers with the steps of dividing the first and second signals, respectively, while in each of the nodes in the said assembly of the bipolarization DOS after each of the layers with waveguide channels, respectively forming the last stages of the division of each of the signals , respectively, one additional layer is located in which waveguide channels are formed with outputs respectively shifted to the same side of the perpendi to the wide walls of the aforementioned waveguide channels by a distance r relative to the centers of the output waveguide channels of the layer corresponding to the previous one with respect to the corresponding additional layer, and in each of the nodes in the said bipolarization DOS assembly, this displacement distance r of the outputs of the said waveguide channels in each additional layer is equal to:
где
В частных случаях осуществления заявленного изобретения согласно второму и четвертому вариантам его реализации узлы в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС расположены в плоскости в ряд согласно заданной ДН.In particular cases of the implementation of the claimed invention according to the second and fourth variants of its implementation, the nodes in the aforementioned assembly of a bipolarization DOS are located in a row in a plane according to a given pattern.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения согласно второму и четвертому вариантам его реализации узлы в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС расположены в плоскости в шахматном порядке согласно заданной ДН.In particular cases of the implementation of the claimed invention according to the second and fourth variants of its implementation, the nodes in the aforementioned assembly of a bipolarization DOS are located in a staggered plane according to a given pattern.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому из вариантов его реализации излучающие элементы в излучающем массиве АР выполнены волноводными.In particular cases of the implementation of the claimed invention according to any of the variants of its implementation, the radiating elements in the radiating array AR are made waveguide.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому из вариантов его реализации излучающие элементы в излучающем массиве АР выполнены в форме рупоров.In particular cases of the implementation of the claimed invention according to any of the variants of its implementation, the radiating elements in the radiating array AR are made in the form of horns.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому из вариантов его реализации излучающие элементы в излучающем массиве АР выполнены щелевыми.In particular cases of the implementation of the claimed invention according to any of the variants of its implementation, the radiating elements in the radiating array AR are made slotted.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому из вариантов его реализации АР дополнительно снабжена узлами деления мощности первого и второго сигналов, соединенными с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами АР.In special cases, the implementation of the claimed invention according to any of the variants of its implementation, the AR is additionally equipped with nodes for dividing the power of the first and second signals connected to the corresponding input ports of the bipolarization DOS, which are the input ports of the AR.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому из вариантов его реализации АР снабжена узлом фазовращателей, сконфигурированным для регулировки фазы первого и второго сигналов, соединенным с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами АР.In special cases of the implementation of the claimed invention according to any of the variants of its implementation, the AR is equipped with a phase shifter assembly configured to adjust the phase of the first and second signals, connected to the corresponding input ports of the bipolarization DOS, which are the input ports of the AR.
Обеспечение возможности размещения дополнительной ступени деления соответствующего сигнала без пересечения с волноводными каналами ортогональной поляризации в первом варианте реализации заявленного изобретения достигается за счет смещения выходов волноводных каналов ДОС, сформированных в дополнительном слое, соответственно расположенным между попеременно чередующимися слоями с последними ступенями деления первого и второго сигналов в сборке ДОС квадратной формы размером L×L попеременно чередующихся между собой слоев, на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов соответствующего слоя, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою, причем в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов в дополнительном слое равно:The possibility of placing an additional step of dividing the corresponding signal without intersecting with the waveguide channels of orthogonal polarization in the first embodiment of the claimed invention is achieved by shifting the outputs of the waveguide channels of the DOS formed in the additional layer, respectively located between alternately alternating layers with the last stages of division of the first and second signals in the assembly of a square-shaped DOS of size L × L alternately alternating between each other, at a distance R relative to the centers of the channel waveguide layer corresponding outputs, previous to said further layer, wherein said assembly in a dual-polarization DOS given distance R displacement of said output waveguide channels in the additional layer is:
R=1/(2×(2N-1)),R = 1 / (2 × (2N-1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки двухполяризационной ДОС, а во втором варианте реализации заявленного изобретения - за счет смещения выходов волноводных каналов ДОС, сформированных в дополнительном слое, соответственно расположенным между попеременно чередующимися слоями с последними ступенями деления первого и второго сигналов в каждом узле сборки ДОС квадратной формы размером
где
Обеспечение возможности размещения дополнительной ступени деления соответствующего сигнала без пересечения с волноводными каналами ортогональной поляризации в третьем варианте реализации заявленного изобретения достигается за счет смещения выходов волноводных каналов, сформированных в каждом дополнительном слое, соответственно расположенным в сборки ДОС квадратной формой размером L×L попеременно чередующихся между собой слоев после каждого из слоев с последней ступенью деления каждого из сигналов, на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов слоя, соответственно предыдущего по отношению к соответствующему дополнительному слою, причем в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов в каждом дополнительном слое равно:The possibility of placing an additional step of dividing the corresponding signal without intersecting with the waveguide channels of orthogonal polarization in the third embodiment of the claimed invention is achieved by shifting the outputs of the waveguide channels formed in each additional layer, respectively, arranged in a DOS assembly in a square shape of size L × L alternately alternating between each other layers after each of the layers with the last step of dividing each of the signals by a distance R relative to ntr of the outputs of the waveguide channels of the layer, respectively, of the previous one with respect to the corresponding additional layer, and in the said assembly of the bipolarization DOS, this distance R of the displacement of the outputs of the mentioned waveguide channels in each additional layer is equal to:
R=L/(2×(2N-1)),R = L / (2 × (2 N -1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки двухполяризационной ДОС, а в четвертом варианте реализации заявленного изобретения - за счет смещения выходов волноводных каналов, сформированных в каждом дополнительном слое, соответственно расположенном в каждом узле сборки ДОС квадратной формой размером
где
Обеспечение возможности размещения дополнительной ступени деления соответствующего сигнала без пересечения с волноводными каналами ортогональной поляризации позволяет получить в два раза большее количество волноводных каналов в апертуре антенной решетки той же площади, то есть большую плотность размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления первого и второго сигналов ортогональной поляризации, в апертуре антенной решетки. Причем в случае обеспечения большей плотности размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления первого и второго сигналов ортогональной поляризации количество МВЫХ выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:The possibility of placing an additional stage of division of the corresponding signal without intersecting with the waveguide channels of orthogonal polarization allows you to get twice the number of waveguide channels in the aperture of the antenna array of the same area, that is, a higher density of outputs of the waveguide channels forming the stages of division of the first and second signals of orthogonal polarization , in the aperture of the antenna array. Moreover, in the case of ensuring a higher density of distribution of the outputs of the waveguide channels forming the stages of dividing the first and second signals of orthogonal polarization, the number M OUT of the output ports of the said bipolarization DOS is:
МВЫХ=2N+1×(2N-1),M OUT = 2 N + 1 × (2 N -1),
при количестве МВХ входных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равным:with the number of M VX input ports of the said bipolarization DOS equal to:
МВХ=2×(2N-1)M BX = 2 × (2 N -1)
За счет обеспечения большей плотности размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления первого и второго сигналов ортогональной поляризации, в апертуре антенной решетки достигается минимальный уровень боковых лепестков диаграммы направленности компактной двухполяризационной антенной решетки в широкой полосе рабочих частот.By providing a higher density of distribution of the outputs of the waveguide channels forming the steps of dividing the first and second signals of orthogonal polarization, the minimum level of the side lobes of the directional pattern of a compact bipolarization antenna array in a wide operating frequency band is achieved in the aperture of the antenna array.
Во втором и в четвертом вариантах реализации заявленного изобретения дополнительно к выше указанному техническому результату обеспечивается возможность задавать диаграмму направленности (ДН) заявленной антенной решетки (АР) путем регулирования ширины ее ДН или коэффициента усиления посредством расположения согласно заданной ДН в сборке двухполяризационной ДОС совокупности ее узлов в одной плоскости, причем количество узлов и их расположение в одной плоскости определяется согласно заданной ДН по известным методикам расчета требуемой ширины ДН или коэффициента усиления заявленной АР.In the second and fourth embodiments of the claimed invention, in addition to the above technical result, it is possible to set the radiation pattern (AR) of the claimed antenna array (AR) by adjusting its beam width or gain by arranging, according to a given beam pattern in a bipolarization DOS assembly, its assemblies in one plane, and the number of nodes and their location in one plane is determined according to a given pattern according to known calculation methods, we require oh width of the beam or gain of the claimed AR.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 представлен частично разобранный внешний вид в перспективе сборки двухполяризационной ДОС по первому варианту реализации заявленного изобретения. На фиг. 2 представлен частично разобранный внешний вид в перспективе сборки двухполяризационной ДОС по третьему варианту реализации заявленного изобретения. На фиг. 3а представлена часть внешнего вида плоскости дополнительного слоя, расположенного в сборке двухполяризационной ДОС согласно первому варианту реализации заявленного изобретения, на фиг. 3б - часть внешнего вида плоскости слоя с последней ступенью деления второго сигнала, а на фиг. 3в - часть внешнего вида плоскости дополнительного слоя, расположенного в сборке двухполяризационной ДОС согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения. На фиг. 4 представлено сечение сборки двухполяризационной ДОС по первому варианту реализации заявленного изобретения. На фиг. 5 представлен внешний вид расположения узлов в плоскости в ряд в сборке двухполяризационной ДОС в частных случаях осуществления заявленного изобретения по второму и четвертому вариантам его реализации. На фиг. 6 представлен внешний вид расположения узлов в плоскости в шахматном порядке в сборке двухполяризационной ДОС в частных случаях осуществления по второму и четвертому вариантам его реализации. На фиг.7а представлена принципиальная схема сети деления в сборке ДОС по первому варианту реализации заявленного изобретения, а на фиг. 7б - по третьему варианту реализации заявленного изобретения. На фиг. 8 представлена зависимость уровня бокового излучения с учетом дифракционного максимума ДН от отношения шага АР к длине рабочей волны (d/λ) для заявленной АР с равномерным амплитудно-фазовым распределением.In FIG. 1 shows a partially disassembled perspective view of the assembly of a bipolarization DOS according to the first embodiment of the claimed invention. In FIG. 2 shows a partially disassembled perspective view of the assembly of a bipolarization DOS according to the third embodiment of the claimed invention. In FIG. 3a shows a part of the appearance of the plane of the additional layer located in the assembly of the bipolarization DOS according to the first embodiment of the claimed invention, FIG. 3b is a part of the appearance of the plane of the layer with the last stage of division of the second signal, and in FIG. 3c is a part of the appearance of the plane of the additional layer located in the assembly of the bipolarization DOS according to the third embodiment of the claimed invention. In FIG. 4 shows a sectional view of the assembly of a bipolarization DOS according to the first embodiment of the claimed invention. In FIG. 5 shows the appearance of the arrangement of nodes in a plane in a row in the assembly of a bipolarization DOS in particular cases of the implementation of the claimed invention according to the second and fourth variants of its implementation. In FIG. 6 shows the appearance of the arrangement of nodes in a plane in a checkerboard pattern in the assembly of a bipolarization DOS in particular cases of implementation according to the second and fourth variants of its implementation. On figa presents a schematic diagram of a division network in the assembly of DOS according to the first embodiment of the claimed invention, and on fig. 7b - according to the third embodiment of the claimed invention. In FIG. Figure 8 shows the dependence of the level of lateral radiation, taking into account the diffraction maximum of the ND, on the ratio of the step of the AR to the working wavelength (d / λ) for the claimed AR with a uniform amplitude-phase distribution.
На фиг. 3а-3в выходы волноводных каналов, изображенные пунктиром, обозначают вход в слой, выходы волноводных каналов, изображенных сплошной линией - выход из слоя двухполяризационной ДОС, а стрелками показано наличие волноводного канала в плоскости слоя и направление распространения мощности в нем.In FIG. 3a-3c, the outputs of the waveguide channels shown by a dashed line indicate the entrance to the layer, the outputs of the waveguide channels shown by a solid line indicate the exit from the bipolarization DOS layer, and the arrows indicate the presence of the waveguide channel in the plane of the layer and the direction of power propagation in it.
Примеры осуществления изобретенияExamples of carrying out the invention
Компактная широкополосная двухполяризационная антенная решетка (АР) содержит излучающий узел с множеством излучающих элементов, двухполяризационную диаграммообразующую схему (ДОС) и передатчик.The compact broadband bipolarisation antenna array (AR) comprises a radiating unit with a plurality of radiating elements, a bipolarization diagram-forming circuit (DOS) and a transmitter.
По первому и третьему вариантам реализации заявленного изобретения упомянутая двухполяризационнная ДОС выполнена в виде сборки квадратной формой размером L×L попеременно чередующихся между собой слоев с сформированными в них отверстиями и волноводными каналами.According to the first and third embodiments of the claimed invention, said bipolarization DOS is made in the form of a square-shaped assembly of size L × L of alternating layers with openings formed in them and waveguide channels.
По второму и четвертому вариантам реализации заявленного изобретения упомянутая двухполяризационная ДОС выполнена в виде сборки множества узлов квадратной формой размером
Во втором и в четвертом вариантах реализации заявленного изобретения дополнительно к выше указанному техническому результату обеспечивается возможность задавать диаграмму направленности (ДН) заявленной антенной решетки (АР) путем регулирования ширины ее ДН или коэффициента усиления посредством расположения согласно заданной ДН в сборке двухполяризационной ДОС совокупности ее узлов в одной плоскости. Причем количество узлов и их расположение в одной плоскости определяется согласно заданной ДН по известным методикам расчета требуемой ширины ДН или коэффициента усиления заявленной АР.In the second and fourth embodiments of the claimed invention, in addition to the above technical result, it is possible to set the radiation pattern (AR) of the claimed antenna array (AR) by adjusting its beam width or gain by arranging, according to a given beam pattern in a bipolarization DOS assembly, its assemblies in one plane. Moreover, the number of nodes and their location in one plane is determined according to the given pattern according to known methods of calculating the required width of the pattern or gain of the claimed AR.
По любому варианту реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС с МВХ входными портами и с МВЫХ выходными портами содержит первый 1 и второй 2 узлы формирования ДН, сконфигурированные для формирования и подачи на излучающие элементы соответственно первого сигнала, имеющего первую поляризацию, и второго сигнала, имеющего вторую поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала. Причем по любому варианту реализации заявленного изобретения количество МВЫХ выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:For any embodiment of the claimed invention, dual-polarization DOS M BX input ports and M OUT output ports comprises a first 1 and second 2 nodes forming Nam configured for generating and feeding to the radiating elements, respectively a first signal having a first polarization and a second signal having a second polarization orthogonal to the polarization of the first signal. Moreover, in any embodiment of the claimed invention, the number of M OUT outputs of the said bipolarization DOS is:
МВЫХ=2N+1×(2N-1),M OUT = 2 N + 1 × (2 N -1),
а количество МВХ входных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:and the number of M BX input ports of the said bipolarization DOS is:
МВХ=2×(2N-1).M BX = 2 × (2 N -1).
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации АР дополнительно снабжена узлами деления мощности первого и второго сигналов, соединенными с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами АР.In special cases of the implementation of the claimed invention according to any variant of its implementation, the AR is additionally equipped with nodes for dividing the power of the first and second signals connected to the corresponding input ports of the bipolarization DOS, which are the input ports of the AR.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации АР снабжена узлом фазовращателей, сконфигурированным для регулировки фазы первого и второго сигналов, соединенным с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами АР.In special cases of the implementation of the claimed invention according to any variant of its implementation, the AR is equipped with a phase shifter assembly configured to adjust the phase of the first and second signals, connected to the corresponding input ports of the bipolarization DOS, which are the input ports of the AR.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации излучающие элементы в излучающем узле АР выполнены волноводными.In particular cases of the implementation of the claimed invention according to any variant of its implementation, the radiating elements in the radiating node AR are made waveguide.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации излучающие элементы в излучающем узле АР выполнены в форме рупоров.In particular cases of the implementation of the claimed invention according to any variant of its implementation, the radiating elements in the radiating node AR are made in the form of horns.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации излучающие элементы в излучающем узле АР выполнены щелевыми, например, в виде излучателей Вивальди.In particular cases of the implementation of the claimed invention according to any variant of its implementation, the radiating elements in the radiating node AR are made slotted, for example, in the form of Vivaldi radiators.
Как видно на фиг. 1, согласно первому варианту исполнения заявленного изобретения сборка 10 двухполяризационной ДОС содержит первый 1 и второй 2 узлы формирования ДН. Первый 1 узел формирования ДН, включающий в себя совокупность 1а, 1б, 1в, 1г и 1д слоев с соответственно сформированными в них отверстиями и волноводными каналами 11а, 11б, 11в, 11г и 11д, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления первого сигнала, сформированную соответствующими волноводными каналами в каждом упомянутом слое. Второй 2 узел формирования ДН, включающий в себя совокупность 2а, 2б, 2в и 2г слоев с соответственно сформированными в них отверстиями и волноводными каналами 12а, 12б, 12в и 12г, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления первого сигнала, сформированную соответствующими волноводными каналами в каждом упомянутом слое.As seen in FIG. 1, according to the first embodiment of the claimed invention, the
Сформированные в первом 1а слое волноводные каналы Па образуют первую ступень деления первого сигнала с двумя волноводными каналами, между которыми делится мощность первого сигнала, сформированные во втором 16 слое волноводные каналы 11б образуют вторую ступень деления первого сигнала с четырьмя волноводными каналами, между которыми делится мощность первого сигнала. Сформированные в первом 2а слое волноводные каналы 12а образуют первую ступень деления второго сигнала с двумя волноводными каналами, между которыми делится мощность второго сигнала, сформированные во втором 2б слое волноводные каналы 12б образуют вторую ступень деления второго сигнала с четырьмя волноводными каналами, между которыми делится мощность второго сигнала. Таким образом, по любому варианту реализации заявленного изобретения каждый последующий слой в каждом узле формирования луча содержит удвоенное количество волноводных каналов, образующих ступени деления соответствующего сигнала.The waveguide channels Pa formed in the
Как видно на фиг. 1, согласно первому варианту реализации заявленного изобретения в упомянутой сборке 10 двухполяризационной ДОС между слоем 2г с волноводными каналами 12г, образующими последнюю ступень деления второго сигнала, имеющего поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала, и слоем 1г с волноводными каналами 11г, образующими последнюю ступень деления первого сигнала, расположен дополнительный слой 1д, в котором сформированы волноводные каналы 11д.As seen in FIG. 1, according to the first embodiment of the claimed invention in said
Как видно на фиг. 4, по первому варианту реализации_заявленного изобретения в упомянутой сборке 10 двухполяризационной ДОС выходы волноводных каналов 11д в дополнительном слое 1д смещены в одну и ту же сторону перпендикулярно широким стенкам упомянутых волноводных каналов на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов 11г соответствующего слоя 1г, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою 1д. Причем в упомянутой сборке 10 двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов 11д в дополнительном слое 1д равно:As seen in FIG. 4, according to the first embodiment of the claimed invention in said assembly of two bipolarization DOS, the outputs of the waveguide channels 11d in the additional layer 1d are shifted in the same direction perpendicular to the wide walls of the said waveguide channels by a distance R relative to the centers of the outputs of the waveguide channels 11g of the corresponding layer 1g, previous with respect to to the mentioned additional layer 1d. Moreover, in said
R=L/(2×(2N-1)),R = L / (2 × (2 N -1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки 10 двухполяризационной ДОС.where L is the side length of said
За счет такого смещения выходов волноводных каналов 11д в дополнительном слое 1д обеспечивается возможность размещения еще одной дополнительной ступени деления второго сигнала без пересечения с волноводными каналами ортогональной поляризации.Due to such a displacement of the outputs of the waveguide channels 11e in the additional layer 1e, it is possible to place another additional stage of dividing the second signal without intersecting with the waveguide channels of orthogonal polarization.
Как следствие, это позволяет получить в два раза большее количество волноводных каналов в апертуре антенной решетки той же площади, то есть большую плотность размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления двух независимых первого и второго сигналов ортогональных поляризаций, в плоскости слоя 3 с МВЫХ выходными портами в сборке 10 двухполяризационной ДОС.As a result, this allows you to get twice as many waveguide channels in the aperture of the antenna array of the same area, that is, a higher density of the outputs of the waveguide channels, which form the steps of dividing two independent first and second signals of orthogonal polarization, in the plane of
Как видно на фиг. 3а, выходы волноводных каналов в плоскости дополнительного слоя 1д расположены Г-образно, а выходы волноводных каналов в плоскости слоя 2г с последней ступенью деления второго сигнала расположены Т-образно (см. фиг. 3б).As seen in FIG. 3a, the outputs of the waveguide channels in the plane of the additional layer 1d are L-shaped, and the outputs of the waveguide channels in the plane of layer 2d with the last division stage of the second signal are T-shaped (see Fig. 3b).
По любому варианту реализации заявленного изобретения в первом 1 узле формирования ДН соединенные друг с другом N ступеней деления первого сигнала образуют сеть делителей мощности первого сигнала параллельного типа; аналогично, во втором 2 узле формирования ДН соединенные друг с другом N ступеней деления второго сигнала образуют сеть делителей мощности второго сигнала параллельного типа, расположенную в сборке двухполяризационной ДОС перпендикулярно относительно сети делителей мощности первого сигнала.According to any variant of implementation of the claimed invention, in the first 1 node of the formation of the ND connected with each other N stages of division of the first signal form a network of power dividers of the first signal of parallel type; similarly, in the second 2 node of the formation of the ND connected with each other N stages of division of the second signal form a network of power dividers of the second signal of the parallel type, located in the assembly of the bipolarization DOS perpendicular to the network of power dividers of the first signal.
Как видно на фиг. 7а, согласно первому варианту реализации заявленного изобретения каждый отдельный излучающий элемент в излучающем узле 100 АР соединен с соответствующими сетями 10а и 10б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций, образованными волноводными каналами в сборке 10 двухполяризационной ДОС попеременно чередующихся слоев, причем совокупность слоев с волноводными каналами, образующими сеть 10а деления мощности первого сигнала, в сборке 10 двухполяризационной ДОС содержит дополнительный слой 1д со смещением выходов сформированных в нем волноводных каналов.As seen in FIG. 7a, according to the first embodiment of the claimed invention, each individual radiating element in the
В частном случае осуществления заявленного изобретения входы соответствующих сетей 10а и 10б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций в сборке 10 двухполяризационной ДОС соединены с соответствующим выходом узла фазовращателей (на фиг 7а, не показан), соединенным с передатчиком (на фиг. 7а, не показан).In the particular case of the invention, the inputs of the respective
В частном случае осуществления заявленного изобретения входы соответствующих сетей 10а и 10б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций в сборке 10 двухполяризационной ДОС соответственно соединены с соответствующим выходами узлов делителей мощности первого и второго сигналов (на фиг 7а, не показан), соединенных с передатчиком (на фиг. 7а, не показан).In the particular case of the invention, the inputs of the respective
Аналогично первому варианту реализации заявленного изобретения, упомянутые выше конструктивные элементы связаны друг с другом в каждом узле 200 в сборке 20 двухполяризационной ДОС по второму варианту реализации заявленного изобретения.Similarly to the first embodiment of the claimed invention, the above-mentioned structural elements are connected to each other in each
Как видно на фиг. 2, согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения сборка 30 двухполязационной ДОС содержит первый 1 и второй 2 узлы формирования ДН. Первый 1 узел формирования ДН, включающий в себя совокупность 1а, 1б, 1в, 1г и 1д слоев с соответственно сформированными в них отверстиями и волноводными каналами Па, 116, 11в, 11г и 11д, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления первого сигнала, сформированную соответствующими волноводными каналами в каждом упомянутом слое. Второй 2 узел формирования ДН, включающий в себя совокупность 2а, 2б, 2в, 2г и 2д слоев с соответственно сформированными в них отверстиями и волноводными каналами 12а, 12б, 12в, 12г и 12д, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления первого сигнала, сформированную соответствующими волноводными каналами в каждом упомянутом слое.As seen in FIG. 2, according to the third embodiment of the claimed invention, the
Как видно, на фиг. 2, согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения в упомянутой сборке 30 двухполяризационной ДОС после слоя 1г с волноводными каналами 11г и после слоя 2г с волноводными каналами 12г, соответственно образующими последние ступени деления первого и второго сигналов, соответственно расположены дополнительные слои 1д и 2д.As can be seen in FIG. 2, according to the third embodiment of the claimed invention, in said
По третьему варианту реализации заявленного изобретения в упомянутой сборке 30 двухполяризационной ДОС выходы волноводных каналов 11д в дополнительном слое 1д смещены в одну и ту же сторону перпендикулярно широкой стенки упомянутых волноводных каналов на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов 11г соответствующего слоя 1г, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою 1д, а выходы волноводных каналов 12д в дополнительном слое 2д смещены в одну и ту же сторону перпендикулярно широкой стенки упомянутых волноводных каналов на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов 12г соответствующего слоя 1г, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою 1д. Причем в упомянутой сборки 30 двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов 11д и 12д каждом дополнительном слое 1д и 2д соответственно равно:According to a third embodiment of the claimed invention in said assembly of two bipolarization DOS, the outputs of the waveguide channels 11d in the additional layer 1d are shifted to the same direction perpendicular to the wide wall of the mentioned waveguide channels by a distance R relative to the centers of the outputs of the waveguide channels 11g of the corresponding layer 1g, previous with respect to said additional layer 1e, and the outputs of the waveguide channels 12d in the additional layer 2e are shifted in the same direction perpendicular to the wide wall of the of freshwater channels at a distance R relative to the centers of the outputs of the waveguide channels 12 g of the corresponding layer 1 g, previous in relation to the mentioned additional layer 1 e. Moreover, in the said
R=L/(2×(2N-1)),R = L / (2 × (2 N -1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки 30 двухполяризационной ДОС.where L is the side length of said
За счет такого смещения выходов двух соответствующих волноводных каналов 11д и 12д в двух дополнительных слоях 1д и 2д соответственно обеспечивается возможность размещения дополнительной ступени деления второго сигнала без пересечения с волноводными каналами ортогональной поляризации, а также выполнить симметричное расположение выходов волноводных каналов, образующих ступени деления первого и второго сигналов ортогональной поляризации, в апертуре антенной решетки. Как следствие, это позволяет получить в два раза большее количество волноводных каналов в апертуре антенной решетки той же площади, то есть большую плотность размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления двух независимых первого и второго сигналов ортогональной поляризации, в плоскости слоя 3 с МВЫХ выходными портами в сборке 30 двухполяризационной ДОС.Due to such a displacement of the outputs of the two respective waveguide channels 11d and 12d in two additional layers 1d and 2d, respectively, it is possible to place an additional stage of division of the second signal without intersecting with the waveguide channels of orthogonal polarization, as well as to symmetrically arrange the outputs of the waveguide channels forming the stages of division of the first and second signals of orthogonal polarization, in the aperture of the antenna array. As a result, this allows you to get twice as many waveguide channels in the aperture of the antenna array of the same area, that is, a higher density of the outputs of the waveguide channels forming the steps of dividing two independent first and second signals of orthogonal polarization in the plane of
Как видно на фиг. 3а, выходы волноводных каналов в плоскости дополнительного слоя 1д расположены Г-образно, выходы волноводных каналов в плоскости слоя 2г с последней ступенью деления второго сигнала расположены Т-образно (см. фиг. 3б), а выходы волноводных каналов в плоскости дополнительного слоя 2д расположены таким образом, что образуют квадратную сетку (см. фиг. 3в).As seen in FIG. 3a, the outputs of the waveguide channels in the plane of the additional layer 1d are L-shaped, the outputs of the waveguide channels in the plane of layer 2d with the last stage of the second signal division are T-shaped (see Fig. 3b), and the outputs of the waveguide channels in the plane of the additional layer 2d are so that they form a square grid (see Fig. 3B).
Как видно на фиг. 7б, согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения каждый отдельный излучающий элемент в излучающем узле 300 соединен с соответствующими сетями 30а и 30б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций, образованными волноводными каналами в сборке 30 двухполяризационной ДОС попеременно чередующихся слоев, причем совокупности слоев с волноводными каналами, соответственно образующими соответствующие сети 30а и 30б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций, в сборке 30 двухполяризационной ДОС содержат дополнительные слои 1д и 2д со смещением выходов сформированных в нем волноводных каналов.As seen in FIG. 7b, according to the third embodiment of the claimed invention, each individual radiating element in the radiating
В частных случаях осуществления заявленного изобретения входы соответствующих сетей 30а и 30б деления мощности первого и второго сигнала ортогональных поляризаций в сборке 30 двухполяризационной ДОС соединены с соответствующими выходами узла фазовращателей (на фиг. 7б, не показан), соединенным с передатчиком (на фиг. 7б, не показан).In special cases of the implementation of the claimed invention, the inputs of the respective
В частном случае осуществления заявленного изобретения входы соответствующих сетей 30а и 30б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций в сборке 30 двухполяризационной ДОС соответственно соединены с соответствующим выходами узлов делителей мощности первого и второго сигналов (на фиг 7а, не показан), соединенных с передатчиком (на фиг. 7а, не показан).In the particular case of the implementation of the claimed invention, the inputs of the respective
Аналогично третьему варианту реализации заявленного изобретения, упомянутые выше конструктивные элементы связаны друг с другом в каждом отдельном узле в сборке двухполяризационной ДОС по четвертому варианту реализации заявленного изобретения.Similarly to the third embodiment of the claimed invention, the above-mentioned structural elements are connected to each other in each individual assembly in a bipolarization DOS assembly according to the fourth embodiment of the claimed invention.
Как видно на фиг. 5, в частных случаях осуществления заявленного изобретения по второму и четвертому вариантам его реализации узлы 200 в сборке 20 двухполяризационной ДОС расположены в одной плоскости в ряд согласно заданной ДН АР.As seen in FIG. 5, in particular cases of the implementation of the claimed invention according to the second and fourth variants of its implementation, the
Как видно на фиг. 6, в частных случаях осуществления заявленного изобретения по второму и четвертому вариантам его реализации узлы 200 в сборке 20 двухполяризационной ДОС расположены в одной плоскости в шахматном порядке согласно заданной ДН_АР.As seen in FIG. 6, in particular cases of the implementation of the claimed invention according to the second and fourth variants of its implementation, the
Согласно второму варианту реализации заявленного изобретения каждый из узлов 200 в упомянутой сборке 20 двухполяризационной ДОС содержит попеременно чередующиеся между собой слои со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно. Каждый из узлов 200 в упомянутой сборке 20 двухполяризационной ДОС выполнен аналогично выполнению сборки 10 двухполяризационной ДОС согласно первому варианту реализации заявленного изобретения, как показано на фигурах 1, 4 и 7а. Причем согласно второму варианту реализации заявленного изобретения в каждом из узлов 200 в упомянутой сборки 20 двухполяризационной ДОС расстояние r смещения выходов соответствующих волноводных каналов 11д в дополнительном слое 1д равно:According to a second embodiment of the claimed invention, each of the
где
Согласно четвертому варианту реализации заявленного изобретения каждый из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС содержит попеременно чередующиеся между собой слои со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно. Каждый из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС выполнен аналогично выполнению сборки 30 двухполяризационной ДОС согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения, как показано на фигурах 2 и 7б. Причем согласно четвертому варианту реализации заявленного изобретения в каждом из узлов в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС соответствующее расстояние r смещения выходов соответствующих волноводных каналов 11д и 12д в каждом дополнительном слое 1д и 2д соответственно равно:According to a fourth embodiment of the claimed invention, each of the nodes in said assembly of a bipolarization DOS contains alternately alternating layers with steps of dividing the first and second signals, respectively. Each of the nodes in the said assembly of the bipolarization DOS is made similar to the
г=1/(2×(2N-1)),g = 1 / (2 × (2 N -1)),
где
По любому варианту реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС может быть изготовлена из металлов с высокой проводимостью (например, медь, алюминий, серебро и сплавы на основе данных металлов) методом фрезерования слоев и последующей сборкой в конструкцию. Также по любому варианту реализации заявленного изобретения для изготовления ДОС могут использованы диэлектрические материалы с последующим покрытием проводящими материалами.According to any embodiment of the claimed invention, a bipolarizing DOS can be made of metals with high conductivity (for example, copper, aluminum, silver and alloys based on these metals) by layer milling and subsequent assembly into the structure. Also, according to any embodiment of the claimed invention, dielectric materials can be used for the manufacture of DOS, followed by coating with conductive materials.
Заявленная антенная решетка по любому варианту ее реализации в режиме передачи работает следующим образом.The claimed antenna array according to any variant of its implementation in the transmission mode works as follows.
С соответствующих выходов передатчика высокочастотные сигналы подаются на соответствующие входы соответствующих сетей деления мощности первого и второго сигналов, соответственно содержащиеся в первом и втором узлах формирования ДН двухполяризационной ДОС.From the corresponding outputs of the transmitter, high-frequency signals are fed to the corresponding inputs of the respective power division networks of the first and second signals, respectively, contained in the first and second nodes of the formation of the bipolarization DOS.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации упомянутые высокочастотные сигналы поступают на соответствующие входы соответствующих сетей деления мощности первого и второго сигналов, соответственно содержащиеся в первом и втором узлах формирования ДН двухполяризационной ДОС через узел фазовращателей, сконфигурированный для регулировки фазы первого и второго сигналов, соединенный с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами антенной решетки.In particular cases of the implementation of the claimed invention according to any variant of its implementation, the aforementioned high-frequency signals are supplied to the corresponding inputs of the respective power-sharing networks of the first and second signals, respectively, contained in the first and second nodes of the formation of the bipolarization DOS through a phase shifter assembly configured to adjust the phase of the first and second signals connected to the corresponding input ports of the bipolarization DOS, which are the input ports of the antenna array.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации упомянутые высокочастотные сигналы подаются с соответствующих выходов передатчика на соответствующие входы соответствующих сетей деления мощности первого и второго сигналов, соответственно содержащиеся в первом и втором узлах формирования ДН двухполяризационной ДОС через узлы деления мощности первого и второго сигналов, соединенными с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами антенной решетки.In special cases of the implementation of the claimed invention according to any variant of its implementation, the aforementioned high-frequency signals are supplied from the corresponding outputs of the transmitter to the corresponding inputs of the respective power-sharing networks of the first and second signals, respectively, contained in the first and second nodes of the formation of the bipolarization DOS through the power-sharing units of the first and second signals connected to the corresponding input ports of the bipolarization DOS, which are the input ports of the antenna array.
Использование в частных случаях осуществления заявленного изобретения упомянутого узла фазовращателей и упомянутых узлов деления мощности первого и второго сигналов позволяет регулировать или переключать поляризацию сигналов АР.The use in particular cases of the implementation of the claimed invention of the aforementioned phase shifter assembly and the said power division units of the first and second signals allows the polarization of the AP signals to be adjusted or switched.
При прохождении первого и второго сигналов через соответствующие сети деления мощности параллельного типа первого и второго сигналов, мощности первого и второго сигналов соответственно делятся между соответствующими плечами соответствующих делителей мощности на каждой ступени деления первого и второго сигналов, образованными соответствующими волноводными каналами, соответственно сформированными в соответствующих слоях первого и второго узлов формирования ДН двухполяризационной ДОС. Причем в каждом последующем слое в каждом узле формирования ДН происходит удвоение количества волноводных каналов, образующих ступени деления соответствующего сигнала. Сформированные первый и второй сигналы ортогональных поляризаций с соответствующих выходов первого и второго узлов формирования ДН поступают на соответствующие излучающие элементы в излучающем узле. В апертуре заявленной антенной решетки, образованной множеством излучающих элементов в излучающем узле, формируется заданное амплитудно-фазовое распределение напряженности поля, обуславливающее заданную поляризацию.When passing the first and second signals through the respective power division networks of the parallel type of the first and second signals, the powers of the first and second signals are respectively divided between the respective arms of the respective power dividers at each stage of the division of the first and second signals formed by the respective waveguide channels, respectively formed in the corresponding layers the first and second nodes of the formation of the bipolarization DOS. Moreover, in each subsequent layer in each node of the formation of the beam pattern, the number of waveguide channels that form the stages of division of the corresponding signal doubles. The generated first and second signals of orthogonal polarization from the corresponding outputs of the first and second nodes of the formation of the beam arrive at the corresponding radiating elements in the radiating node. In the aperture of the claimed antenna array formed by a plurality of radiating elements in the radiating unit, a predetermined amplitude-phase distribution of the field strength is formed, causing a predetermined polarization.
Так как заявленная АР не содержит невзаимных устройств, то в режиме приема ДН АР и поляризация сигнала, сформированные заявленной АР, аналогичны ДН и поляризации сигнала, сформированных заявленной АР в режиме передачи.Since the claimed AR does not contain non-reciprocal devices, then in the reception mode, the AR of the signal and the polarization of the signal generated by the claimed AR are similar to the signal path and polarization of the signal generated by the claimed AR in transmission mode.
В известной из уровня техники АР с увеличением расстояния между излучателями возникают дифракционные лепестки ДН, что является фактором, который ограничивает ее широкополосность.In the prior art AR, with an increase in the distance between the emitters, diffraction pattern petals arise, which is a factor that limits its broadband.
Амплитудная ДН АР с равномерным амплитудным и синфазным возбуждением, с учетом нормировки, может быть вычислена по формуле:Amplitude DN AR with uniform amplitude and in-phase excitation, taking into account normalization, can be calculated by the formula:
где k - волновое число;_d - расстояние между излучателями, являющееся шагом АР;_М - количество излучателей._АР;_ƒ1(θ, ϕ) - ДН единичного излучателя.where k is the wave number; _d is the distance between the emitters, which is the step of the AP; _M is the number of emitters. _AP; _ƒ 1 (θ, ϕ) is the ID of the individual emitter.
В качестве примера ДН направленного излучателя используем выражение для ДН источника Гюйгенса ƒ1(θ, ϕ)-(1+cos(θ))/2.As an example of a directional emitter beam, we use the expression for the Huygens source beam ƒ 1 (θ, ϕ) - (1 + cos (θ)) / 2.
Из расчета множителя АР получается, что дифракционный максимум для известной из уровня техники АР с равномерным амплитудным и фазовым распределениями не превышает уровня первого бокового лепестка для шага в решетке изотропных излучателей примерно не более 0,85λ,.From the calculation of the AR multiplier, it turns out that the diffraction maximum for the AR known from the prior art with uniform amplitude and phase distributions does not exceed the level of the first side lobe for a step in the array of isotropic emitters of approximately not more than 0.85λ ,.
Расчеты с использованием вышеприведенных выражений показывают, что максимальный шаг АР dmax, при котором уровень дифракционного максимума в заявленной АР по любому варианту ее реализации не превышает уровень первого бокового лепестка, составляет примерно 0,94λ. (см. фиг. 8).Calculations using the above expressions show that the maximum step AR d max at which the level of diffraction maximum in the claimed AR for any variant of its implementation does not exceed the level of the first side lobe is approximately 0.94λ. (see Fig. 8).
В заявленной АР по любому варианту ее реализации за счет повышения плотности размещения излучателей в апертуре АР посредством смещения выходов волноводных каналов двухполяризационной ДОС шаг АР d на нижней граничной частоте волноводного канала составляет около 0,65λ. С увеличением частоты, эквивалентный электрический шаг АР увеличивается, и достигает 0,94λ. для частоты в примерно 1,45 раза больше критической частоты волновода. Таким образом, с учетом ДН излучателя, рабочий диапазон частот заявленной АР по любому варианту ее реализации, при котором уровень дифракционного бокового лепестка не превысит уровень первого бокового лепестка ДН, составляет примерно 38% относительно центральной расчетной частоты. В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации излучатели в излучающем узле АР, выполненные, например, волноводными, щелевыми или в форме рупора, будут иметь более узкую ДН, поэтому полоса рабочих частот заявленной АР по любому варианту ее реализации будет более 40% по сравнению АР, выполненной без смещения выходов волноводных каналов в двухполяризационной ДОС.In the claimed AR, according to any variant of its implementation, by increasing the density of the emitters in the aperture of the AR by shifting the outputs of the waveguide channels of the bipolarization DOS, the step AR d at the lower boundary frequency of the waveguide channel is about 0.65λ. With increasing frequency, the equivalent electric pitch AR increases, and reaches 0.94λ. for a frequency of about 1.45 times the critical frequency of the waveguide. Thus, taking into account the emitter’s beam, the operating frequency range of the claimed AR according to any variant of its implementation, in which the level of the diffraction side lobe does not exceed the level of the first side lobe of the beam, is approximately 38% relative to the central calculated frequency. In particular cases of the implementation of the claimed invention according to any variant of its implementation, the emitters in the emitting node of the AR, made, for example, waveguide, slotted or in the shape of a horn, will have a narrower DN, therefore, the operating frequency band of the claimed AR for any variant of its implementation will be more than 40% compared with AR performed without shifting the outputs of the waveguide channels in a bipolar DOS.
Claims (52)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135309A RU2659699C1 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Compact broadband double-polarization antenna array (options) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135309A RU2659699C1 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Compact broadband double-polarization antenna array (options) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659699C1 true RU2659699C1 (en) | 2018-07-03 |
Family
ID=62815782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017135309A RU2659699C1 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Compact broadband double-polarization antenna array (options) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659699C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6507319B2 (en) * | 2000-08-31 | 2003-01-14 | Raytheon Company | Mechanically steerable array antenna |
| RU2557478C2 (en) * | 2013-12-11 | 2015-07-20 | Олег Николаевич Маслов | Broadband two-polarisation antenna |
| US9184482B2 (en) * | 2011-12-06 | 2015-11-10 | Viasat, Inc. | Dual-circular polarized antenna system |
| RU169151U1 (en) * | 2016-05-18 | 2017-03-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие Антэкс" | BROADBAND DIRECTED ANTENNA WITH DOUBLE POLARIZATION |
-
2017
- 2017-10-05 RU RU2017135309A patent/RU2659699C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6507319B2 (en) * | 2000-08-31 | 2003-01-14 | Raytheon Company | Mechanically steerable array antenna |
| US9184482B2 (en) * | 2011-12-06 | 2015-11-10 | Viasat, Inc. | Dual-circular polarized antenna system |
| RU2557478C2 (en) * | 2013-12-11 | 2015-07-20 | Олег Николаевич Маслов | Broadband two-polarisation antenna |
| RU169151U1 (en) * | 2016-05-18 | 2017-03-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие Антэкс" | BROADBAND DIRECTED ANTENNA WITH DOUBLE POLARIZATION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107210533B (en) | Waveguide slot array antenna | |
| JP6012873B2 (en) | Multiband antenna with variable electrical tilt | |
| US8299963B2 (en) | Antenna with shared feeds and method of producing an antenna with shared feeds for generating multiple beams | |
| CN106816716A (en) | Bimodulus vortex wave beam double-circle polarization four-element array antenna simple for structure | |
| JP2000244224A (en) | Multi-beam antenna and antenna system | |
| US20180145400A1 (en) | Antenna | |
| CN103988365A (en) | Node with at least two antenna columns in a wireless communication network | |
| KR20230085169A (en) | Multi-Band Shared Aperture Antennas and Communication Devices | |
| Mohamed et al. | A 16-elements Corporate-series Feed Rectangular Patch Antenna Array at 28GHz, for future 5G applications | |
| EP1690318A1 (en) | Scanable sparse antenna array | |
| Slomian et al. | Circularly polarized switched-beam antenna arrays with reduced sidelobe level | |
| CN116318278B (en) | Multi-beam forming network and six-beam base station antenna | |
| RU2659699C1 (en) | Compact broadband double-polarization antenna array (options) | |
| EP2290744B1 (en) | Closed shape beam forming network | |
| Alamayreh et al. | Lens antenna for 3D steering of an OAM-synthesized beam | |
| Dabbous et al. | Reconfigurable antenna array for 5G small cells | |
| Slomian et al. | Three-beam microstrip antenna arrays fed by 3× 3 Butler matrix | |
| CN113488767B (en) | Millimeter wave high-gain plane aperture antenna and antenna array | |
| Truong et al. | Design of Vivaldi Antenna Array with a Back Reflector for Low Side Lobe Level and High Gain | |
| RU2799766C1 (en) | Broadband scanning antenna array | |
| Raafat et al. | Beamforming Network for 5G Applications | |
| Thummaluru et al. | 60-GHz Magneto-Electric Dipole Antenna-Based Array | |
| Turalchuk et al. | Analog beamforming based on Fourier Rotman lens for multibeam applications | |
| Sarkar et al. | 40-65 GHz dual-beam dual-band tunable microstrip CRLH leaky-wave antenna | |
| Ansari | Multi-beam Antenna Arrays for Base Stations in Cellular Communication Systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191006 |