[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2757866C1 - Antenna array on a radial waveguide - Google Patents

Antenna array on a radial waveguide Download PDF

Info

Publication number
RU2757866C1
RU2757866C1 RU2020127141A RU2020127141A RU2757866C1 RU 2757866 C1 RU2757866 C1 RU 2757866C1 RU 2020127141 A RU2020127141 A RU 2020127141A RU 2020127141 A RU2020127141 A RU 2020127141A RU 2757866 C1 RU2757866 C1 RU 2757866C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radial waveguide
antenna array
matching
plane
antenna
Prior art date
Application number
RU2020127141A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Сергеевич Алиев
Александр Владимирович Иванов
Юрий Геннадьевич Пастернак
Сергей Михайлович Федоров
Егор Сергеевич Чесноков
Виталий Игоревич Чугуевский
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2020127141A priority Critical patent/RU2757866C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757866C1 publication Critical patent/RU2757866C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

FIELD: antenna equipment.
SUBSTANCE: invention relates to antenna equipment, in particular, to broadband annular antenna arrays, and can be used in various broadband radio engineering systems for radio location, satellite and mobile communication. The technical result is achieved by the fact that the antenna array on a radial waveguide comprises an emitting system formed by printed low-quality patches located equidistantly along concentric circumferences lying in a plane parallel to the plane of the radial waveguide, wherein the centres of the concentric circumferences are aligned with the geometric centre thereof; a matching system formed by coaxial pins located perpendicular to the plane of the emitting system, and a non-uniform dielectric filling the space between the emitting, matching systems, and the radial waveguide.
EFFECT: reduction in the level of side lobes of the directivity pattern, decrease in the voltage coefficient of the standing wave, simplification in the antenna array matching.
3 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике, в частности к широкополосным кольцевым антенным решеткам, и может быть использовано в различных широкополосных радиотехнических системах, таких как радиолокация, спутниковая и мобильная связь.The invention relates to antenna technology, in particular to broadband ring antenna arrays, and can be used in various broadband radio systems, such as radar, satellite and mobile communications.

Известна конструкция антенной решетки на радиальном волноводе с невыступающими излучателями в виде щелей (патент US 5175561 А - прототип).Known design of the antenna array on a radial waveguide with non-protruding emitters in the form of slots (US patent 5175561 A - prototype).

У кольцевой концентрической антенной решетки, принятой за прототип, в качестве излучателей используются щели, прорезанные в верхней части радиального волновода, а для уменьшения отражений в радиальном волноводе используется металлический лист, расположенный под углом 45 к плоскости радиального волновода по его периметру.The circular concentric antenna array, taken as a prototype, uses slots cut in the upper part of the radial waveguide as emitters, and to reduce reflections in the radial waveguide, a metal sheet is used, located at an angle of 45 to the plane of the radial waveguide along its perimeter.

К недостаткам описанной конструкции можно отнести:The disadvantages of the described design include:

- для каждого излучателя необходим согласующий ступенчатый переход;- a matching step transition is required for each emitter;

- необходима оптимизация конструкции каждого излучающего элемента, для снижения отражения от боковых стенок радиального волновода;- it is necessary to optimize the design of each radiating element to reduce the reflection from the side walls of the radial waveguide;

- применение поглотителя в радиальном волноводе снижает надежность антенной решетки;- the use of an absorber in a radial waveguide reduces the reliability of the antenna array;

- необходимо использовать защитный обтекатель;- it is necessary to use a protective fairing;

- сложность реализации антенной системы с электронным сканированием;- the complexity of the implementation of an antenna system with electronic scanning;

Техническим результатом изобретения является улучшение технических характеристик антенной решетки, заключающееся в снижении уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенной решетки, уменьшении коэффициента стоячей волны по напряжению, упрощение согласования антенной решетки.The technical result of the invention is to improve the technical characteristics of the antenna array, which consists in lowering the level of the side lobes of the antenna array radiation pattern, reducing the voltage standing wave ratio, simplifying the matching of the antenna array.

Технический результат достигается тем, что антенная решетка выполнена на радиальном волноводе с неоднородным диэлектрическим заполнением, для обеспечения необходимого фазового распределения. Излучающая система представляет собой низкодобротные патчи в форме правильного шестиугольника расположенные эквидистантно по концентрическим окружностям. Связь с волноводом осуществляется коаксиальными зондами, погруженными в радиальный волновод.The technical result is achieved by the fact that the antenna array is made on a radial waveguide with a non-uniform dielectric filling, to ensure the required phase distribution. The emitting system is a low-quality patch in the form of a regular hexagon located equidistantly along concentric circles. Communication with the waveguide is carried out by coaxial probes immersed in a radial waveguide.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена модель заявляемой кольцевой антенной решетки, на фиг. 2 представлен низкодобротный патч и коаксиальный зонд, на фиг. 3 представлена система коаксиальных штырей с сосредоточенными элементами для компенсации отражений, используемая в заявляемом изобретении, на фиг. 4 представлен коэффициент стоячей волны по напряжению по входу заявляемой антенной решетки без системы согласующих коаксиальных штырей, полученный в результате численного моделирования, на фиг. 5 представлен коэффициент стоячей волны по напряжению по входу заявляемой антенной решетки с системой согласующих коаксиальных штырей, полученный в результате численного моделирования, на фиг. 6 представлены диаграммы направленности конструкции заявляемой антенной решетки без системы согласующих коаксиальных штырей, полученные в результате численного моделирования, на фиг. 7 представлены диаграммы направленности конструкции заявляемой антенной решетки с системой согласующих коаксиальных штырей, полученные в результате численного моделирования, на фиг. 8 представлен макет заявляемой антенной решетки, на фиг. 9 представлена диаграмма направленности, измеренная экспериментально.The essence of the invention is illustrated by the drawings, in which FIG. 1 shows a model of the inventive annular antenna array, FIG. 2 shows a low-Q patch and a coaxial probe; FIG. 3 illustrates a lumped element coaxial pin system for reflection compensation used in the present invention; FIG. 4 shows the voltage standing wave ratio at the input of the inventive antenna array without a system of matching coaxial pins, obtained as a result of numerical simulation; FIG. 5 shows the voltage standing wave ratio at the input of the inventive antenna array with a system of matching coaxial pins, obtained as a result of numerical simulation; FIG. 6 shows the directional diagrams of the design of the inventive antenna array without a system of matching coaxial pins, obtained as a result of numerical simulation; FIG. 7 shows the directional diagrams of the design of the inventive antenna array with a system of matching coaxial pins, obtained as a result of numerical simulation, FIG. 8 shows the layout of the inventive antenna array, FIG. 9 shows the directional diagram measured experimentally.

Антенная решетка на радиальном волноводе 1 содержит вход 4, излучающую систему, образованную низкодобротными патчами 3, расположенными эквидистантно по концентрическим окружностям в плоскости, параллельной плоскости радиального волновода 1. Центры концентрических окружностей совпадают с его геометрическим центром. Для связи волновода 1 с низкодобротнымии патчами 3 используются коаксиальные зонды 5. Согласующая система образована коаксиальными штырями 6, расположенными перпендикулярно плоскости радиального волновода 1. Неоднородный диэлектрик 2 заполняет пространство между излучающей, согласующей системами и радиальным волноводом 1.Antenna array on a radial waveguide 1 contains an input 4, a radiating system formed by low-quality patches 3, located equidistantly along concentric circles in a plane parallel to the plane of the radial waveguide 1. The centers of the concentric circles coincide with its geometric center. Coaxial probes 5 are used to connect waveguide 1 with low-quality patches 3. The matching system is formed by coaxial pins 6 located perpendicular to the plane of the radial waveguide 1. Inhomogeneous dielectric 2 fills the space between the emitting, matching systems and radial waveguide 1.

Предложенная антенная решетка работает следующим образом.The proposed antenna array works as follows.

Поступающий на вход 4 высокочастотный сигнал возбуждает радиальный волновод 1. Волна, распространяясь от центра радиального волновода к его краям, возбуждает коаксиальные зонды 5, погруженные в радиальный волновод 1 и обеспечивающие связь низкодобротных патчей 3 с радиальным волноводом 1. Применение неоднородного диэлектрика 2 позволяет подобрать необходимое фазовое распределение, а амплитудное распределение задается путем выбора глубины погружения коаксиальных зондов 5, идущих от низкодобротных патчей 3.The high-frequency signal arriving at the input 4 excites the radial waveguide 1. The wave, propagating from the center of the radial waveguide to its edges, excites the coaxial probes 5 immersed in the radial waveguide 1 and providing the connection of the low-Q patches 3 with the radial waveguide 1. The use of an inhomogeneous dielectric 2 allows you to select the required phase distribution, and the amplitude distribution is set by choosing the immersion depth of coaxial probes 5 coming from low-quality patches 3.

Излучающая система, которая образована низкодобротными патчами 3, расположенными эквидистантно по концентрическим окружностям, лежащими в плоскости, параллельной плоскости радиального волновода 1, при этом центры концентрических окружностей совпадают с его геометрическим центром, коаксиальными зондами 5, обеспечивающими связь низкодобротных патчей 3 с радиальным волноводом 1, согласующую систему, образованную коаксиальными штырями 6, расположенными перпендикулярно плоскости радиального волновода 1 и неоднородного диэлектрика 2, заполняющего пространство между излучающей, согласующей системами и радиальным волноводом 1.The emitting system, which is formed by low-quality patches 3, located equidistantly along concentric circles lying in a plane parallel to the plane of the radial waveguide 1, while the centers of the concentric circles coincide with its geometric center, coaxial probes 5, providing the connection of low-quality patches 3 with the radial waveguide 1, a matching system formed by coaxial pins 6 located perpendicular to the plane of the radial waveguide 1 and an inhomogeneous dielectric 2 filling the space between the radiating, matching systems and the radial waveguide 1.

В антенной решетке на радиальном волноводе существует проблема отражений от боковых стенок. Особенно эта проблема актуальна в антенных решетках небольшого размера.In a radial waveguide antenna array, there is a problem with sidewall reflections. This problem is especially relevant in small antenna arrays.

В заявляемом техническом решении, для уменьшения отражений от стенок радиального волновода 1 используется система коаксиальных штырей 6, нагруженных на сосредоточенные резисторы (фиг. 2). Система коаксиальных штырей 6 располагается по периметру радиального волновода 1 на расстоянии четверть волны от боковой стенки. Каждый коаксиальный штырь 6 нагружен на сосредоточенный резистор номиналом 50 Ом. Таким образом, система коаксиальных штырей 6 играет роль согласованной нагрузки на краях радиального волновода 1. При диаметре решетки равном 325 мм, система состоит из 68 коаксиальных штырей.In the claimed technical solution, to reduce reflections from the walls of the radial waveguide 1, a system of coaxial pins 6 is used, loaded on lumped resistors (Fig. 2). The system of coaxial pins 6 is located along the perimeter of the radial waveguide 1 at a quarter wave distance from the side wall. Each coaxial pin 6 is driven by a 50 ohm lumped resistor. Thus, the system of coaxial pins 6 plays the role of a matched load at the edges of the radial waveguide 1. With a grating diameter of 325 mm, the system consists of 68 coaxial pins.

Применение системы коаксиальных штырей 6, показанной на фиг. 3, позволило улучшить коэффициент стоячей волны по напряжению в широкой полосе и снизить уровень боковых лепестков в среднем на 3-5 дБ, в зависимости от частоты. Коэффициент стоячей волны по напряжению на входе антенной решетки представлен на фиг. 4 и 5.The use of the coaxial pin system 6 shown in FIG. 3, made it possible to improve the voltage standing wave ratio in a wide band and reduce the level of side lobes by an average of 3-5 dB, depending on the frequency. The voltage standing wave ratio at the antenna array input is shown in FIG. 4 and 5.

Одной из основных характеристик антенной решетки на радиальном волноводе является ее пространственная диаграмма направленности. Рассчитанные в ходе численного эксперимента диаграммы направленности приведены на фиг. 6 и 7.One of the main characteristics of a radial waveguide antenna array is its spatial directional pattern. The radiation patterns calculated in the course of the numerical experiment are shown in Fig. 6 and 7.

Пример практического выполнения.An example of practical implementation.

Заявителем и авторами изготовлен опытный образец антенной решетки (фиг. 8) и измерена диаграмма направленности (фиг. 9).The applicant and the authors made a prototype of the antenna array (Fig. 8) and measured the radiation pattern (Fig. 9).

Испытания полноразмерного образца антенной решетки полностью подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.Tests of a full-size sample of the antenna array have fully confirmed the correctness of the design and technological solutions.

Использование предложенных технических решений позволит улучшить показатели электрических параметров, в частности, коэффициента стоячей волны по напряжению, уровня боковых лепестков, упростить конструкцию антенной решетки применением планарной излучающей системы, повысить технологичность изготовления, а также улучшить массогабаритные показатели.The use of the proposed technical solutions will improve the indicators of electrical parameters, in particular, the voltage standing wave ratio, the level of side lobes, simplify the design of the antenna array using a planar emitting system, improve the manufacturability, and also improve the weight and size indicators.

Claims (3)

1. Антенная решетка на радиальном волноводе, отличающаяся тем, что содержит излучающую систему, которая образована печатными низкодобротными патчами, расположенными эквидистантно по концентрическим окружностям, лежащим в плоскости, параллельной плоскости радиального волновода, при этом центры концентрических окружностей совпадают с его геометрическим центром, согласующую систему, образованную коаксиальными штырями, расположенными перпендикулярно плоскости излучающей системы, и неоднородный диэлектрик, заполняющий пространство между излучающей, согласующей системами и радиальным волноводом.1. Antenna array on a radial waveguide, characterized in that it contains a radiating system, which is formed by printed low-Q patches located equidistantly along concentric circles lying in a plane parallel to the plane of the radial waveguide, while the centers of the concentric circles coincide with its geometric center, the matching system formed by coaxial pins located perpendicular to the plane of the radiating system, and an inhomogeneous dielectric filling the space between the radiating, matching systems and the radial waveguide. 2. Антенная решетка на радиальном волноводе по п. 1, отличающаяся тем, что печатные низкодобротные патчи имеют форму правильного шестиугольника, а связь низкодобротных патчей с волноводом осуществляется коаксиальными зондами, погруженными в радиальный волновод.2. Antenna array on a radial waveguide according to claim 1, characterized in that the printed low-Q patches have the shape of a regular hexagon, and the connection of the low-Q patches with the waveguide is carried out by coaxial probes immersed in the radial waveguide. 3. Антенная решетка на радиальном волноводе по п. 1, отличающаяся тем, что согласующая система состоит из коаксиальных штырей, расположенных от внешнего края радиального волновода на расстоянии, равном четверти длины волны излучаемого электромагнитного сигнала, и каждый нагружен на согласующий резистор.3. Antenna array on a radial waveguide according to claim 1, characterized in that the matching system consists of coaxial pins located from the outer edge of the radial waveguide at a distance equal to a quarter of the wavelength of the radiated electromagnetic signal, and each is loaded on a matching resistor.
RU2020127141A 2020-08-12 2020-08-12 Antenna array on a radial waveguide RU2757866C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127141A RU2757866C1 (en) 2020-08-12 2020-08-12 Antenna array on a radial waveguide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127141A RU2757866C1 (en) 2020-08-12 2020-08-12 Antenna array on a radial waveguide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757866C1 true RU2757866C1 (en) 2021-10-21

Family

ID=78289634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127141A RU2757866C1 (en) 2020-08-12 2020-08-12 Antenna array on a radial waveguide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757866C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2791187C1 (en) * 2022-06-27 2023-03-03 Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения Phased antenna array

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5175561A (en) * 1989-08-21 1992-12-29 Radial Antenna Laboratory, Ltd. Single-layered radial line slot antenna
JPH09289415A (en) * 1996-04-23 1997-11-04 Mitsubishi Electric Corp Array antenna device
RU2432650C1 (en) * 2010-03-22 2011-10-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Planar antenna with controlled polarisation characteristic
RU2435260C2 (en) * 2010-01-11 2011-11-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Plane antenna
RU154307U1 (en) * 2014-12-12 2015-08-20 Открытое акционерное общество "Московский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский радиотехнический институт" (ОАО "МНИРТИ") RING CONCENTRIC ANTENNA ARRAY

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5175561A (en) * 1989-08-21 1992-12-29 Radial Antenna Laboratory, Ltd. Single-layered radial line slot antenna
JPH09289415A (en) * 1996-04-23 1997-11-04 Mitsubishi Electric Corp Array antenna device
RU2435260C2 (en) * 2010-01-11 2011-11-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Plane antenna
RU2432650C1 (en) * 2010-03-22 2011-10-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Planar antenna with controlled polarisation characteristic
RU154307U1 (en) * 2014-12-12 2015-08-20 Открытое акционерное общество "Московский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский радиотехнический институт" (ОАО "МНИРТИ") RING CONCENTRIC ANTENNA ARRAY

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2791187C1 (en) * 2022-06-27 2023-03-03 Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения Phased antenna array

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6366254B1 (en) Planar antenna with switched beam diversity for interference reduction in a mobile environment
EP1266429B1 (en) Vivaldi cloverleaf antenna
US20160315386A1 (en) Sparse Phase-Mode Planar Feed for Circular Arrays
CN101159352A (en) Multiple antenna array with high isolation
Isom et al. Design and development of multiband coaxial continuous transverse stub (CTS) antenna arrays
Lechtreck Effects of coupling accumulation in antenna arrays
Wong et al. Decoupling hybrid metal walls and half-wavelength diagonal open-slots based four-port square patch antenna with high port isolation and low radiation correlation for 2.4/5/6 GHz WiFi-6E 4× 4 MIMO access points
RU2757866C1 (en) Antenna array on a radial waveguide
AU2006255733B2 (en) Top loaded disk monopole antenna
Ata et al. Design of a novel split-bowtie slotted multi-resonant antenna
JP2020022141A (en) Planar antenna device, wireless terminal measuring device including the same, and wireless terminal measuring method
Al-Khaffaf et al. A return loss improvement of slotted square microstrip inset-feed patch antenna
Suganya et al. Design and performance analysis of L‐slotted MIMO antenna with improved isolation using defected ground structure for S‐band satellite application
Nakajima et al. 28 GHz Side-Edge loop antenna with end-fire radiation polarized vertically to substrate
RU2802167C1 (en) Bipolar collinear antenna
Satyanarayana Performance enhancement of probe feed microstrip patch antenna for wireless applications
Shahare et al. Design of Star Shaped Antenna
CN218939995U (en) Patch antenna unit, millimeter wave patch antenna and wireless communication device
Mustafa et al. Design, development and testing of dielectric tapered rod feed for parabolic reflector antenna as an alternate to feed horns
CN115207635B (en) All-metal filtering circularly polarized antenna based on EBG structure
Zheng et al. A Low-Cost Narrow-Wall Slot Array Antenna Design Based on Empty Substrate Integrated Waveguide
kaittan Shadkh et al. Design and Analysis of Double-Band Printed Corrugated Circular Patch Antenna for Wireless Communication Applications
Hunbataliyev A new approach to modeling a microwave antenna array with a phase radiation pattern
RU2638082C1 (en) Fractal radiator
Vinay et al. Cavity Backed Self-Diplexing Antenna Using SIW Method For WLAN and C-band Applications.