Самофазирующаяся антенная решетка из n пар скошенных волноводов в разные стороны



Самофазирующаяся антенная решетка из n пар скошенных волноводов в разные стороны
Самофазирующаяся антенная решетка из n пар скошенных волноводов в разные стороны
Самофазирующаяся антенная решетка из n пар скошенных волноводов в разные стороны
Самофазирующаяся антенная решетка из n пар скошенных волноводов в разные стороны
Самофазирующаяся антенная решетка из n пар скошенных волноводов в разные стороны

 


Владельцы патента RU 2428776:

Огурцов Евгений Сергеевич (RU)
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" в г. Таганроге (RU)
Сухинов Александр Иванович (RU)
Огурцов Сергей Федорович (RU)

Изобретение относится к области самофазирующихся антенных решеток для ретрансляторов связи. Техническим результатом является расширение рабочего сектора углов в плоскости антенной решетки. Согласно изобретению в самофазирующейся антенной решетке, состоящей из N пар волноводных антенн, соединенных согласованными волноводными трактами одинаковой электрической длины, введены пары волноводных антенн со скошенными в разные стороны раскрывами, левые антенны каждой пары скошены влево под углом плюс α, равным от 20° до 89° к осям волноводных антенн, а правые антенны каждой пары скошены вправо под углом минус α, равным от -20° до -89° к осям волноводных антенн, левые и правые волноводные антенны установлены своими осями и скошенными раскрывами в разные стороны, при этом левая половина апертуры решетки, образованная из раскрывов левых антенн пар, и правая половина апертуры решетки, образованная из раскрывов правых антенн пар, образуют единую клиновидную апертуру решетки с углом при вершине β°, равным от 10° до 180°. 5 ил.

 

Изобретение относится к области самофазирующихся антенных решеток для ретрансляторов связи и может быть использовано в учебном процессе.

Аналогом заявляемого устройства является антенное ретранслирующее устройство, осуществляющее прием и передачу сигнала при измерении диаграмм вторичного излучения антенн. Оно представляет приемопередающую антенну, состоящую из пирамидального рупора, соединенного с короткозамкнутым волноводным трактом, в котором установлен амплитудно-фазовый модулятор (авторское свидетельство

№315 128 от 1970 г, МПК G01R 29/10, Баренова И.В., Варшавчик М.Л., Кобак В.О.).

Недостатком аналога является узкий сектор рабочих углов Δφ, где φ - пространственный угол (например, угол азимута).

Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого устройства является электродинамический антенный отражатель Ван-Атта, состоящий из N-пар волноводных антенн в виде открытых концов волноводов или рупоров, причем раскрывы волноводных антенн расположены перпендикулярно оси волновода (под углом α=90° к оси, как следует из описания), соединенных согласованными волноводными трактами одинаковой электрической длины (патент США №290 8002, класс 343-776 от 1955 г.).

Прототип имеет узкую ширину диаграммы обратного рассеяния, т.е. меньшую или равную 80° (Δφ≤80°), где φ - угол азимута, совпадающий с плоскостью расположения решетки антенных переизлучателей в виде открытых концов волноводов или коротких рупорных антенн.

Узкая ширина диаграммы обратного рассеяния прототипа обусловлена тем, что антенные переизлучатели прототипа имеют раскрывы, перпендикулярные оси, т.е. совпадающие с углом α=90°, отсчитываемым от оси волновода.

Целью изобретения является создание самофазирующейся антенной решетки, имеющей более широкую диаграмму обратного рассеяния.

Заявляемое устройство позволяет решать следующие задачи:

- создавать переизлученный сигнал связи в широком секторе углов пространства до значения в два раза шире, чем прототип;

- использовать одно заявляемое устройство вместо двух прототипов;

- уменьшить массогабаритные характеристики ретранслятора связи.

Решение поставленных задач достигается тем, что в заявляемом устройстве антенны в виде открытых концов волноводов каждой пары имеют скошенные раскрывы в разные стороны под углом плюс/минус α от 15° до 89° градусов (±α=от 15° до 89°) к оси антенны, а волноводные антенны установлены своими осями и скошенными раскрывами в разные стороны, при этом раскрывы левых антенн пар образуют с раскрывами правых антенн пар клин с углом при вершине β°, равным от 10° до 180° градусов (β=от 10° до 180°). В частном варианте клин при угле β°, равном 180°, совпадает с линейной апертурой заявляемого устройства, антенного переизлучателя, фиг.1.

На фиг.1 представлена конструкция заявляемого устройства с возможностью разъединения антенн и волноводов с помощью фланцев, где обозначено:

1, 2 - первая левая и вторая правая антенны в виде скошенного волновода первой пары антенн;

3, 4, 5, 6 - соединительные фланцы антенн;

7, 8, 9, 10 - соединительные фланцы согласованных волноводов;

11 - согласованный волновод, соединяющий антенны первой пары антенн;

12, 13 - первая и вторая антенны в виде скошенного волновода N пары антенн;

14 - согласованный волновод, соединяющий антенны N-пары;

15 - основание, на котором жестко закреплено заявляемое устройство.

Конструкция заявляемого устройства представляет и содержит следующее. N пар волноводных антенн в виде скошенных открытых концов волноводов п.1, п.2, п.12, п.13 фиг.1, которые в первом варианте устройства скошены в Е плоскости волновода, а во втором варианте устройства скошены в Н плоскости волновода.

Первая волноводная антенна в виде скошенного открытого конца волновода п.1 фиг.1 первой пары скошена влево под углом плюс α, равным от 20° до 89° (α=от 20° до 89°) к оси OY волновода, и наклонена влево относительно вертикальной оси OY, проходящей через средину устройства, и обеспечивает приемопередачу сигнала, причем угол α отсчитывается от оси волновода, совпадающей со значением α=0°, при этом за положительное направление отсчета угла принято направление против часовой стрелки.

Вторая волноводная антенна в виде скошенного открытого конца волновода п.2 фиг.1 первой пары скошена вправо под углом минус α, равным от -20° до -89° (α=от

-20° до -89°) к оси волновода, и наклонена вправо относительно вертикальной оси OY, проходящей через средину устройства, и обеспечивает приемопередачу сигнала, причем угол α отсчитывается от оси волновода, совпадающей со значением α=0°, при этом за положительное направление отсчета угла принято направление против часовой стрелки.

Фланцы п.3 и п.4 фиг.1 антенн первой пары в виде скошенных открытых концов волноводов присоединены к фланцам п.7 и п.8 фиг.1 согласованного волноводного тракта п.11 фиг.1 первой пары. Электрическая длина пути волны lЭ1 от середины апертуры первой антенны п.1 фиг.1 первой пары через согласованный волноводный тракт п.11 фиг.1 до середины апертуры второй антенны п.2 фиг.1 равна lЭ1=k·l1,

где l1 -геометрическая длина пути;

λ - длина волны.

Раскрыв левой антенны п.12 фиг.1 N-пары находится в плоскости раскрыва левой антенны п.1 фиг.1 первой пары на прямой между ними, вместе они образуют левую половину апертуры заявляемого устройства. Раскрыв правой антенны п.13 фиг.1 N-пары находится в плоскости раскрыва правой антенны п.2 фиг.1 первой пары на прямой между ними, вместе они образуют правую половину апертуры заявляемого устройства.

Первая левая волноводная антенна в виде скошенного открытого конца волновода п.12 фиг.1 N-пары осуществляет приемопередачу сигнала и имеет скошенный влево раскрыв, расположенный под углом плюс α, равным от 20° до 89° (α=от 20° до 89°) к оси ОYB волновода, и наклонена влево относительно вертикальной оси OY устройства, проходящей через средину устройства, причем угол α отсчитывается от оси волновода, совпадающей со значением α=0°, при этом за положительное направление отсчета угла принято направление против часовой стрелки.

Вторая волноводная антенна в виде скошенного открытого конца волновода п.2 фиг.1 N-пары обеспечивает приемопередачу сигнала и имеет скошенный вправо раскрыв, расположенный под углом минус α, равным от -20° до -89° (α=от -20° до -89°) к оси OYB волновода, и наклонена вправо относительно вертикальной оси OY устройства, проходящей через средину устройства, причем угол α отсчитывается от оси волновода, совпадающей со значением α=0°, при этом за положительное направление отсчета угла принято направление против часовой стрелки.

Фланцы п.5 и п.6 фиг.1 антенн N-пары в виде скошенных открытых концов волноводов присоединены к фланцам п.9 и п.10 фиг.1 согласованного волноводного тракта п.14 фиг.1 N-пары.

Электрическая длина пути волны lЭN от середины апертуры первой антенны п.1 фиг.1 первой пары через согласованный волноводный тракт п.11 фиг.1 до середины апертуры второй антенны п.2 фиг.1 равна lЭN=k·lN,

где lN - геометрическая длина пути;

λ - длина волны.

Причем волноводные тракты каждой пары имеют одинаковую длину, все антенны также имеют одинаковую длину. В результате электрические длины каждой пары равны друг другу: lЭ1=lЭN.

Раскрыв левой антенны п.12 фиг.1 N-пары находится в плоскости раскрыва левой антенны п.1 фиг.1 первой пары на прямой между ними, вместе они образуют левую половину апертуры заявляемого устройства. Раскрыв правой антенны п.13 фиг.1 N-пары находится в плоскости раскрыва правой антенны п.2 фиг.1 первой пары на прямой между ними, вместе они образуют правую половину апертуры заявляемого устройства.

Таким образом, левая половина апертуры заявляемого устройства и правая половина апертуры заявляемого устройства образуют раскрыв заявляемого устройства в виде клина с углом при вершине β°, равным от 10° до 180° градусов (β=от 10° до 180°).

На фиг.2 представлен второй вариант конструкции заявляемого устройства без соединительных фланцев с невозможностью разъединения антенн и волноводов, имеющего меньший вес, где обозначено:

1, 2 - первая левая и вторая правая антенны в виде скошенного волновода первой пары антенн;

11 - согласованный волновод, соединяющий антенны первой пары антенн;

12, 13 - первая и вторая антенны в виде скошенного волновода N пары антенн;

14 - согласованный волновод, соединяющий антенны N пары;

15 - основание, на котором жестко закреплено заявляемое устройство.

На фиг.4 представлен третий вариант конструкции заявляемого устройства, содержащий и представляющий следующее.

В волноводных трактах или в раскрывах, апертурах антенн находятся СВЧ диоды переключательного типа или диоды, генерирующие СВЧ колебания, типа диодов Ганна или туннельные генерирующие СВЧ колебания п.16 фиг.4. Эти диоды подключены к модулятору с источником питания п.17 фиг.4, например в виде НЧ генератора, создающего НЧ колебания, - информационный сигнал.

Этот вариант заявляемого устройства обеспечивает следующее: 1 - приемопередачу сигнала в обратном направлении - пассивную ретрансляцию сигнала; 2 - приемопередачу сигнала в обратном направлении с модуляцией - полуактивную ретрансляцию сигнала; 3 - приемопередачу сигнала в обратном направлении с модуляцией и усилением сигнала - активную ретрансляцию сигнала.

Заявляемое устройство работает следующим образом. На фиг.3 показано падение плоской волны из дальней зоны на заявляемое устройство и приемопередача сигнала обратно в виде отраженной плоской волны.

Луч 1 фиг.3 падающей плоской волны проходит через первую антенну в виде скошенного конца волновода первой пары п.1 фиг.3, затем через согласованный волноводный тракт п.11 фиг.3 попадает во вторую антенну в виде скошенного конца волновода первой пары п.2 фиг.3, которая переизлучает волну в обратном направлении. При этом электрическая длина пути волны вдоль луча 1 фиг.3 от плоского фронта волны и обратно к нему через волноводный тракт и пространство равна:

LЭ1=lЭ1+ΔlЭ1+ΔlЭ2,

где ΔlЭ1, ΔlЭ2 - длины путей волны в пространстве вдоль луча 1 от отражателя до плоского фронта волны.

Аналогично волна проходит вдоль луча 2 N пары. Луч 2 фиг.3 от падающего фронта плоской волны проходит через первую антенну в виде скошенного конца волновода п.12 фиг.3 N пары, затем через согласованный волноводный тракт п.14 фиг.3 попадает во вторую антенну в виде скошенного открытого конца волновода п.13 фиг.3 N-пары, которая переизлучает волну в обратном направлении. При этом электрическая длина пути LЭN вдоль луча 2 от плоского фронта и обратно к нему через тракт и пространство равна

LЭN=lЭN+Δl3·k+Δl4·k,

где Δl3, Δl4, - длины путей луча 2 в пространстве от отражателя до плоского фронта волны.

Путем решения задачи с помощью геометрической оптики и в результате геометрических построений из фиг.3 следует, что сумма путей волны вдоль луча 1 Δl1+Δl2 равна сумме путей волны вдоль луча 2 Δl3+Δl4, т.е.

(Δl1+Δl2)=(Δl3+Δl4)

Таким образом, длины путей волны вдоль луча 1 и луча 2 от плоского фронта и обратно через тракт отражателя равны

LЭ1=LЭN,

или

lЭ1+k·Δl1+k·Δl2=lЭN+k·Δl3+k·Δl4,

при этом ΔlЭ1 = lЭ2 вследствие конструктивного исполнения.

В результате заявляемое устройство обеспечивает приемопередачу сигнала в строго обратном направлении, который с помощью СВЧ диодов, подключенных к НЧ модулятору информационного сигнала и установленных в волноводных трактах, может быть промодулирован. Так как антенны скошенных волноводов имеют более широкие диаграммы направленности, чем антенны прототипа в виде открытого конца волновода с апертурой (раскрывом), перпендикулярной оси волновода, то заявляемое устройство создает диаграмму обратного рассеяния шириной ΔφЗУ, показанную на фиг.5, которая более чем в два раза шире, чем диаграмма обратного рассеяния устройства прототипа Δφпрот, т.е.

ΔφЗУ≥Δφпрот

Заявляемое устройство используется в качестве ретранслятора связи в лабораториях Южного федерального университета, Технологического института Южного федерального университета и в других организациях.

Источники информации

1. В.О.Кобак. Радиолокационные отражатели. М.: Сов. радио, 1975 г.

2. Огурцов Е.С., Огурцов С.Ф. «Устройство для измерения и калибровки диаграмм направленности светоизлучающих устройств в плоскости». Патент №2361183 от 10.07.09.

Самофазирующаяся антенная решетка, состоящая из N пар волноводных антенн, соединенных согласованными волноводными трактами одинаковой электрической длины, отличающаяся тем, что волноводные антенны каждой пары имеют скошенные в разные стороны раскрывы, левые антенны каждой пары скошены влево под углом плюс α, равным от 20 до 89°, к осям волноводных антенн, а правые антенны каждой пары скошены вправо под углом минус α, равным от -20 до -89° к осям волноводных антенн, левые и правые волноводные антенны установлены своими осями и скошенными раскрывами в разные стороны, при этом левая половина апертуры решетки, образованная из раскрывов левых антенн пар, и правая половина апертуры решетки, образованная из раскрывов правых антенн пар, образуют единую клиновидную апертуру решетки с углом при вершине β°, равным от 10 до 180°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в волноводной СВЧ антенной технике в составе фазированных антенных решеток. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в многофункциональных радиолокационных станциях для формирования многолучевой диаграммы направленности в активных фазированных решетках.

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может быть использовано в волноводной СВЧ-антенной технике в составе распределительных систем для фазированных антенных решеток.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к приемопередающим модулям (ППМ) активной фазированной антенной решетки (АФАР), управляемой как по направлению излучения и приема, так и по параметрам модуляции зондирующего сигнала, работающей в составе импульсно-доплеровской бортовой радиолокационной станции (БРЛС).

Изобретение относится к антеннам и, в частности, к всенаправленным антеннам, которые применяются в системах GPS и GNSS. .

Изобретение относится к приемопередающим устройствам СВЧ колебаний, предназначенным для работы в составе активной фазированной антенной решетки (АФАР) бортовой радиолокационной станции (БРЛС), устанавливаемой на самолете-истребителе.

Изобретение относится к периметрической антенной решетке радара с синтезированной апертурой. .

Изобретение относится к области антенной техники, а точнее к способам управления формой диаграммы направленности (ДН) фазированной антенной решетки (ФАР) путем изменения лишь фаз возбуждений элементов ФАР.

Изобретение относится к области фазированных антенных решеток (ФАР) с электронным сканированием луча, в частности к системам управления лучом и формирования диаграммы направленности (ДН).

Изобретение относится к области электрорадиотехники. .

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в автоматизированных коротковолновых приемных радиоцентрах радиосвязи, радиопеленгации и радиоразведки стационарного и мобильного типов.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антеннам, в частности к микрополосковым антеннам для применения в системах GPS и GNSS. .

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, может использоваться в радиолокации, связи и других системах. .

Изобретение относится к области антенной техники, а точнее к способам управления формой диаграммы направленности (ДН) фазированной антенной решетки (ФАР) путем изменения лишь фаз возбуждений элементов ФАР.

Изобретение относится к области антенной техники, а точнее к способам определения работоспособности элементов фазированных антенных решеток (ФАР) на основании измерения СВЧ сигнала.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широкополосных антеннах. .

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано при проектировании антенных устройств. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве широкополосной всенаправленной антенны в горизонтальной плоскости. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве передающей подземной ультракоротковолновой (УКВ) антенной решетки (АР) зенитного излучения.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к сверхширокополосным антеннам, и может найти применение в системах радиосвязи и радиолокации
Наверх