UA106296C2

UA106296C2 - Slotted waveguide antenna

Info

Publication number: UA106296C2
Application number: UAA201214838A
Authority: UA
Inventors: Вячеслав Филиппович Манойлов; Наталья Николаевна Каращук
Original assignee: Житомирский Государственный Технологический Университет
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2014-08-11

Abstract

A slotted waveguide antenna relates to radio engineering, specifically to antennas and SHF devices and can be used as a part of antenna arrays or mirror antennas and as independent radiators. The antenna is made as a length of a rectangular waveguide; a long thing slot is cut along the middle of upper wide wall. A steel pin is located perpendicular to the long thing slot. The steel pin is made as a truncated pyramid having cross-section less than area of long thing slot. A dielectric rectangular plate is located perpendicular to the surface of waveguide length narrow wall, which located at a distance of (0.45-0.5) × b from the long thin slot, where b –height of the narrow wall of the rectangular waveguide length. The technical result is significant improvement of matching in frequency band, increase of uniformity of radiated power and simplification of antenna turning.

Description

Винахід належить до галузі радіотехніки, а саме до антен та пристроїв НВУ, і може бути використаний у складі антенних решіток, або дзеркальних антен, а також у вигляді самостійних антен.The invention belongs to the field of radio engineering, namely to antennas and devices of NVU, and can be used as part of antenna arrays or mirror antennas, as well as in the form of independent antennas.

Найбільш близькою за сукупністю суттєвих ознак до винаходу і вибраною як прототип є відома хвилевідно-щілинна антена |, рис. 1, с. 923.The known waveguide-slit antenna |, fig. 1, p. 923.

Антена-прототип, як і антена-винахід, виконана у вигляді відрізка прямокутного хвилеводу, вздовж середини верхньої широкої стінки якого прорізано довгу тонку щілину, перпендикулярно площині якої розташовано металевий штир.The prototype antenna, like the invention antenna, is made in the form of a segment of a rectangular waveguide, along the middle of the upper wide wall of which a long thin slot is cut, perpendicular to the plane of which a metal pin is located.

Проте, на відміну від антени-винаходу, в антені-прототипі металевий штир виконаний з площею поперечного перерізу, набагато більшою, ніж площа довгої тонкої щілини. Це зумОовлює появу ефекту екранування краями довгої тонкої щілини поля випромінювання антени.However, unlike the antenna of the invention, in the prototype antenna, the metal pin is made with a cross-sectional area much larger than the area of the long thin slot. This leads to the appearance of the effect of shielding by the edges of the long thin slit of the antenna radiation field.

Внаслідок цього антена-прототип має погане узгодження в діапазоні частот, нерівномірність випромінюваної потужності та складність в настройці.As a result, the prototype antenna has poor agreement in the frequency range, unevenness of the radiated power, and difficulty in tuning.

В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення хвилевідно-щілинної антени шляхом того, що металевий штир виконаний у вигляді зрізаної піраміди з площею поперечного перерізу, меншою, ніж площа довгої тонкої щілини, а перпендикулярно площині вузької стінки відрізка прямокутного хвилеводу введено діелектричну пластину прямокутної форми на відстані (0,45- 0,5)хв від довгої тонкої щілини, де в - висота вузької стінки відрізка прямокутного хвилеводу, що забезпечує суттєве поліпшення узгодження в діапазоні частот, підвищення рівномірності випромінюваної потужності та спрощення настройки антени.The invention is based on the task of improving the waveguide-slit antenna by the fact that the metal pin is made in the form of a truncated pyramid with a cross-sectional area smaller than the area of a long thin slot, and a rectangular dielectric plate is introduced perpendicular to the plane of the narrow wall of the segment of the rectangular waveguide at a distance ( 0.45- 0.5)min from a long thin slit, where v is the height of the narrow wall of the segment of the rectangular waveguide, which provides a significant improvement in matching in the frequency range, an increase in the uniformity of the radiated power, and a simplification of antenna tuning.

Виконання металевого штиря з площею поперечного перерізу, меншою, ніж площа довгої тонкої щілини, дозволяє суттєво зменшити ефект екранування краями довгої тонкої щілини поля випромінювання антени і, як наслідок, суттєво поліпшити узгодження в діапазоні частот, підвищити рівномірність випромінюваної потужності та спростити настройку антени.Making a metal pin with a cross-sectional area smaller than the area of a long thin slit allows you to significantly reduce the shielding effect of the edges of the long thin slit of the antenna radiation field and, as a result, to significantly improve the matching in the frequency range, increase the uniformity of the radiated power, and simplify antenna tuning.

Введення перпендикулярно площині вузької стінки відрізка прямокутного хвилеводу діелектричної пластини прямокутної форми на відстані (0,45-0,5)хв від довгої тонкої щілини, де в - висота вузької стінки відрізка прямокутного хвилеводу, а також виконання металевого штиря у вигляді зрізаної піраміди створюють позитивний ефект, що полягає у поліпшенні узгодження довгої тонкої щілини з відрізком прямокутного хвилеводу і зовнішнім простором, збільшенняInsertion perpendicular to the plane of the narrow wall of a segment of a rectangular waveguide of a dielectric plate of a rectangular shape at a distance of (0.45-0.5) min from a long thin slit, where v is the height of the narrow wall of a segment of a rectangular waveguide, as well as the execution of a metal pin in the form of a truncated pyramid create a positive the effect of improving the alignment of a long thin slit with a segment of a rectangular waveguide and the outer space, increasing

Зо випромінювання з довгої тонкої щілини і його рівномірності в діапазоні частот.On radiation from a long thin slit and its uniformity in the frequency range.

Таким чином, антена-винахід, що пропонується, забезпечує суттєве поліпшення узгодження в діапазоні частот, підвищення рівномірності випромінюваної потужності та спрощення настройки антени.Thus, the proposed antenna-invention provides a significant improvement in matching in the frequency range, increasing the uniformity of the radiated power and simplifying the antenna setup.

Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображено хвилевідно-щілинну антену.The essence of the invention is explained by a drawing showing a waveguide-slit antenna.

Хвилевідно-щілинна антена містить відрізок 1 прямокутного хвилеводу, діелектричну пластину 2 прямокутної форми, довгу тонку щілину 3, металевий штир 4, поглинаюче навантаження 5.The waveguide-slot antenna contains a segment 1 of a rectangular waveguide, a rectangular dielectric plate 2, a long thin slot 3, a metal pin 4, and an absorbing load 5.

Вздовж середини верхньої широкої стінки відрізка 1 прямокутного хвилеводу прорізано довгу тонку щілину 3, перпендикулярно площині якої розташовано металевий штир 4.Along the middle of the upper wide wall of segment 1 of the rectangular waveguide, a long thin slot 3 is cut, perpendicular to the plane of which a metal pin 4 is located.

Металевий штир 4 виконаний у вигляді зрізаної піраміди з площею поперечного перерізу, меншою, ніж площа довгої тонкої щілини 3. Перпендикулярно площині вузької стінки відрізка 1 прямокутного хвилеводу введено діелектричну пластину 2 прямокутної форми на відстані (0,45-The metal pin 4 is made in the form of a truncated pyramid with a cross-sectional area smaller than the area of the long, thin slit 3. Perpendicular to the plane of the narrow wall of the segment 1 of the rectangular waveguide, a rectangular dielectric plate 2 is inserted at a distance of (0.45-

О,5)хв від довгої тонкої щілини 3, де в - висота вузької стінки відрізка 1 прямокутного хвилеводу.O.5) min from the long thin slot 3, where v is the height of the narrow wall of segment 1 of the rectangular waveguide.

Відрізок 1 прямокутного хвилеводу навантажений на поглинаюче навантаження 5.Segment 1 of the rectangular waveguide is loaded with absorbing load 5.

Хвилевідно-щілинна антена працює таким чином.A waveguide-slit antenna works like this.

Електромагнітна хвиля від генератора надходить на вхід відрізка 1 прямокутного хвилеводу і проходить біля довгої тонкої щілини З і металевого штиря 4, а далі - у поглинаюче навантаження 5. У відрізка 1 прямокутного хвилеводу збуджується основна хвиля Іт'о(П1о), ЩО розповсюджується вздовж нього. Заповнення відрізка 1 прямокутного хвилеводу діелектриком - діелектричною пластиною 2 прямокутної форми - знижує критичні частоти всіх вищих типів хвиль у ньому.The electromagnetic wave from the generator enters the input of segment 1 of the rectangular waveguide and passes near the long thin slit C and the metal pin 4, and then into the absorbing load 5. In segment 1 of the rectangular waveguide, the main wave It'o(P1o) is excited, which propagates along it . Filling the segment 1 of the rectangular waveguide with a dielectric - dielectric plate 2 of a rectangular shape - reduces the critical frequencies of all higher types of waves in it.

Довга тонка щілина 3, що прорізана вздовж середини верхньої широкої стінки відрізка 1 прямокутного хвилеводу, збуджується за допомогою металевого штиря 4, що розташований перпендикулярно її площині. При цьому поле відрізка 1 прямокутного хвилеводу наводить в металевому штирі 4 електрорушійну силу, а отже й струм. Радіальні струми, що розтікаються від металевого штиря 4, перетинають довгу тонку щілину З і збуджують Її.A long thin slot 3, which is cut along the middle of the upper wide wall of the section 1 of the rectangular waveguide, is excited by means of a metal pin 4, which is located perpendicular to its plane. At the same time, the field of the segment 1 of the rectangular waveguide induces an electromotive force, and therefore a current, in the metal pin 4. The radial currents spreading from the metal pin 4 cross the long, thin gap C and excite It.

Проведені дослідження запропонованої конструкції хвилевідно-щілинної антени. Параметри розробленої антени такі: смуга робочих частот - 8-12 ГГЦ; коефіцієнт стоячої хвилі за напругою (КСВН) - 1,25-1,4; довжина довгої тонкої щілини З дорівнює 40 мм; ширина довгої тонкої щілиниStudies of the proposed design of the waveguide-slit antenna have been conducted. The parameters of the developed antenna are as follows: operating frequency band - 8-12 GHz; voltage standing wave coefficient (SWV) - 1.25-1.4; the length of the long thin slot C is 40 mm; the width of a long thin slit

З дорівнює 2,5 мм; висота металевого штиря 4 дорівнює 10 мм; площа верхньої частини металевого штиря 4 дорівнює 2,2 х 2 мм.C is equal to 2.5 mm; the height of metal pin 4 is 10 mm; the area of the upper part of the metal pin 4 is 2.2 x 2 mm.

Отримані результати підтверджують досягнення задачі винаходу.The obtained results confirm the achievement of the task of the invention.

Джерело інформації: 1. Ильинский А.С. МИсследованиє злектродинамических характеристик резонаторно- щелевого излучателя с источниками возбуждения в плоскости щели / А.С. Ильинский, А.Ю.Source of information: 1. Ilyinsky A.S. M.Investigation of the electrodynamic characteristics of a resonator-slit radiator with sources of excitation in the slot plane / A.S. Ilyinsky, A.Yu.

Гринев, Ю.В. Котов // Радиотехника и злектроника. - 1978. - Мо 5. - С. 922-930.Grynev, Yu.V. Kotov // Radio technology and electronics. - 1978. - Mo. 5. - P. 922-930.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION A waveguide-slot antenna in the form of a segment (1) of a rectangular waveguide, along the middle of the upper wide wall of which a long thin slot (3) is cut, perpendicular to the plane of which a metal pin (4) is located, which is distinguished by the fact that the metal pin (4) is made in the form of a truncated pyramid with a cross-sectional area smaller than the area of a long, thin slit (3), and perpendicular to the plane of the narrow wall of a segment (1) of a rectangular waveguide, a rectangular dielectric plate (2) is introduced at a distance of (0.45-0.5) min from the long thin slit (3), where v is the height of the narrow wall of the segment (1) of the rectangular waveguide.

I X 3 Z і Ko і I і і і М ХА ях І Ki E I pln she goes same fri fri kedy Z p OSP U -5 - heh x; : horse x Y x I y, sh - i - I E sya p aa aa ana u and what DYN KO still still still i KO ke i i i z V x U TU I; х х - В: пини зижнннях Z r ryshiy tlu ---- - 1 -- 52. -- pnnnya b nn i: ЧК Ки и и х ч Кз и ; In in in . M x x