RU2723909C1 - Method of constructing bead conical antenna arrays - Google Patents
Method of constructing bead conical antenna arrays Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723909C1 RU2723909C1 RU2019117041A RU2019117041A RU2723909C1 RU 2723909 C1 RU2723909 C1 RU 2723909C1 RU 2019117041 A RU2019117041 A RU 2019117041A RU 2019117041 A RU2019117041 A RU 2019117041A RU 2723909 C1 RU2723909 C1 RU 2723909C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cone
- conical
- polarization
- axis
- waveguide
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/22—Antenna units of the array energised non-uniformly in amplitude or phase, e.g. tapered array or binomial array
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, а именно - к антенным решеткам (АР), используемым в бортовых радиолокационных системах (РЛС) ракет класса «земля-воздух», «воздух-воздух» и других типов ракет и летательных аппаратов (ЛА).The invention relates to techniques for microwave frequencies, namely, to antenna arrays (AR) used in airborne radar systems (radar) of missiles of the class "ground-to-air", "air-to-air" and other types of missiles and aircraft (LA).
Исходя из требований, предъявляемых к бортовым АР такого класса, АР должна формировать остронаправленную суммарно-разностную диаграмму направленности (ДН) с максимумом суммарной ДН и минимумом разностной ДН в направлении оси ракеты, обладать высокой механической прочностью, не превышать заданных массогабаритных параметров, устойчиво работать в условиях высоких и низких температур, не нарушать аэродинамические показатели ЛА, обладать высокими характеристиками направленности (коэффициентом направленного действия (КНД), коэффициентом усиления (КУ) и крутизной разностной характеристики μ) и иметь низкую стоимость.Based on the requirements for airborne ARs of this class, the AR must form a sharply directed sum-difference directivity pattern (LH) with a maximum total LH and a minimum difference LH in the direction of the rocket axis, have high mechanical strength, not exceed the specified weight and size parameters, work stably in conditions of high and low temperatures, do not violate aerodynamic performance of the aircraft, have high directivity characteristics (directional coefficient (KND), gain (KU) and slope of the difference characteristic μ) and have a low cost.
Известно, что для обеспечения хорошей аэродинамики и исключения в конструкции бортовых антенн обтекателя излучатели АР могут располагаться непосредственно на проводящей конической поверхности носовой части ракеты или ЛА [1-6]. Возможно также расположение излучателей АР на произвольной поверхности оживальной формы. Под поверхностью оживальной формы в данном случае подразумевается поверхность вращения с образующей в виде гиперболы, параболы или с произвольной образующей плавной формы. Будем в дальнейшем называть эту поверхность «обобщенной конической».It is known that in order to ensure good aerodynamics and to exclude the radar antennas in the design of airborne antennas, AR emitters can be located directly on the conical surface of the nose of a rocket or aircraft [1-6]. It is also possible to arrange AR emitters on an arbitrary surface of an animated shape. In this case, the surface of the animated shape is understood to mean the surface of rotation with a generatrix in the form of a hyperbola, parabola or with an arbitrary generatrix of a smooth shape. In what follows, we will call this surface “generalized conic”.
Излучателями в таких АР могут быть продольные, поперечные или наклонные щели, расположенные вдоль образующей оживальной поверхности или конуса [1, 2, 4-6], излучатели в виде открытых концов волновода или полосковые излучатели, расположенные на этой поверхности [3] (фиг. 1).The emitters in such ARs can be longitudinal, transverse, or inclined slots located along the generatrix of the animated surface or cone [1, 2, 4-6], emitters in the form of open ends of the waveguide, or strip emitters located on this surface [3] (Fig. 1).
Однако существенными недостатками рассмотренных в [1-6] конических АР и АР с оживальной формой являются возможность формирования узконаправленного луча карандашного типа, сканирующего только в ограниченном секторе углов относительно нормали к образующей конуса, [1] или осесимметричного воронкообразного луча [2] с минимумом ДН вдоль оси конуса. Кроме того, такие антенны имеют низкий КУ вдоль оси конуса, не превышающий КУ эквивалентного плоского раскрыва [1], и большой уровень кроссполяризационного излучения [4-6]. Возможные оптимизационные алгоритмы по суммарным характеристикам не дают достаточно убедительного ответа на связь характеристик направленности антенны с ее геометрией. Эти причины не позволяют использовать приведенные в [1-6] конические АР в малоразмерных ракетах указанного выше типа.However, the significant drawbacks of conical ARs and ARs with a lively shape considered in [1-6] are the possibility of forming a narrow pencil beam that scans only in a limited sector of angles relative to the normal to the generatrix of the cone, [1] or an axisymmetric funnel-shaped ray [2] with a minimum of DN along the axis of the cone. In addition, such antennas have a low gain along the axis of the cone, not exceeding the gain of the equivalent planar aperture [1], and a high level of cross-polarization radiation [4-6]. Possible optimization algorithms for the total characteristics do not give a sufficiently convincing answer to the relationship between the directivity characteristics of the antenna with its geometry. These reasons do not allow the use of conical ARs given in [1-6] in small-sized missiles of the type indicated above.
Кроме того, в таких АР неизвестен закон оптимального возбуждения и геометрия щелевых или иного типа излучателей и отсутствуют данные о влиянии проводящей конической поверхности на характеристики АР. Существующие способы численной оптимизации по минимизации уровня боковых лепестков ДН, в частности по генетическому алгоритму [7], не дают четкого ответа на влияние геометрии конуса и характеристик отдельных излучателей на характеристики направленности обобщенной конической антенны, так как оптимизация проводится по множителю направленности АР и не учитывает реальных характеристики отдельных излучателей.In addition, in such ARs, the law of optimal excitation and the geometry of slotted or other type of emitters are unknown and there is no data on the effect of the conductive conical surface on the characteristics of the AR. Existing methods of numerical optimization to minimize the level of the side lobes of the pattern, in particular, according to the genetic algorithm [7], do not give a clear answer to the influence of the geometry of the cone and the characteristics of individual emitters on the directivity characteristics of the generalized conical antenna, since the optimization is performed using the directivity factor of the AR and does not take into account real characteristics of individual emitters.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ размещения излучателей на обобщенной конической поверхности и осуществления оптимального возбуждения каждого излучателя, реализующего формирование максимума диаграммы направленности конической антенны в заданном направлении [8]. К недостаткам такого способа следует отнести отсутствие исходных данных по амплитудно-фазовому распределению, требуемому для формирования ДН с максимальным КНД в заданном направлении, величине максимального КНД (КУ), определению оптимальной поляризационной структуры излучателей, невозможность формирования разностных ДН и отсутствие данных о влиянии дифракционных эффектов на поверхности конуса на суммарно-разностные характеристики конической антенной решетки по основной и кроссполяризационной составляющим излучаемого поля.Closest to the proposed invention is a method of placing emitters on a generalized conical surface and the optimal excitation of each emitter, which implements the formation of the maximum radiation pattern of a conical antenna in a given direction [8]. The disadvantages of this method include the lack of initial data on the amplitude-phase distribution required for the formation of MDs with the maximum directivity gain in a given direction, the maximum directivity gain (LPC), the determination of the optimal polarization structure of the emitters, the impossibility of generating differential patterns and the absence of data on the influence of diffraction effects on the surface of the cone for the total-difference characteristics of the conical antenna array according to the main and cross-polarization components of the emitted field.
Целью изобретения является установление способа размещения излучателей на проводящей конической поверхности, метода формирования суммарно-разностных ДН в направлении оси конуса с максимальным КНД (КУ) по суммарному каналу, установление оптимального амплитудно-фазового и поляризационного возбуждения излучателей, при которых характеристики направленности (КНД, КУ) существенно превышают аналогичные характеристики эквивалентной плоской антенны и обеспечивается уровень кроссполяризационного излучения существенно ниже уровня кроссполяризации в известных аналогах конических АР и АР с оживальной формой поверхности.The aim of the invention is to establish a method for placing emitters on a conductive conical surface, a method for forming total-differential DNs in the direction of the cone axis with maximum KND (KU) along the total channel, establishing the optimal amplitude-phase and polarization excitation of emitters for which directivity characteristics (KND, KU ) significantly exceed the similar characteristics of an equivalent planar antenna and the level of cross-polarization radiation is ensured significantly lower than the level of cross-polarization in the known analogues of conical AR and AR with a lively surface shape.
Реализация предлагаемого способа построения конической АР заключается в следующем.Implementation of the proposed method for constructing a conical AR is as follows.
На первом этапе решается дифракционная задача о падении произвольно поляризованной плоской волны на проводящую поверхность конуса вдоль его продольной оси и определении электрического тока в произвольной точке Р на поверхности конуса [9].At the first stage, the diffraction problem of the incident of an arbitrarily polarized plane wave on the conducting surface of the cone along its longitudinal axis and determining the electric current is solved at an arbitrary point P on the surface of the cone [9].
На втором этапе в режиме передачи определяется амплитудно-фазовое и поляризационное возбуждение излучателей , удовлетворяющее условию , где с - некоторая произвольная константа; «*» - знак комплексного сопряжения.At the second stage, in the transmission mode, the amplitude-phase and polarization excitation of the emitters is determined satisfying the condition where c is some arbitrary constant; "*" - a sign of complex pairing.
На третьем этапе рассчитанное амплитудно-фазовое и поляризационное возбуждение реализуется с помощью щелевых (или иного типа) излучателей.At the third stage, the calculated amplitude-phase and polarization excitation is realized using gap (or other type) emitters.
Поясним это более подробно. Пусть на проводящую коническую поверхность или поверхность вращения с произвольной образующей оживальной формы падает линейно поляризованная (в общем случае произвольно поляризованная) плоская волна с частотой со и с определенной ориентацией вектора напряженности электрического поля (например, , как показано на фиг. 2, где Епад - комплексная амплитуда падающего поля при z=0). Под действием падающего поля на проводящей поверхности возбуждаются электрические токи, поверхностная плотность которых в приближении физической оптики может быть определена по соотношениюLet us explain this in more detail. Let a linearly polarized (in the general case, arbitrarily polarized) plane wave with a frequency ω and a certain orientation of the electric field intensity vector be incident on a conical or rotation surface with an arbitrary generator of an animated shape (eg, as shown in FIG. 2, where E pad is the complex amplitude of the incident field at z = 0). Under the influence of the incident field, electric currents are excited on the conductive surface, the surface density of which in the approximation of physical optics can be determined by the ratio
где Р - произвольная точка на проводящей поверхности; - напряженность падающего магнитного поля в точке Р; - вектор единичной нормали к поверхности в точке Р.where P is an arbitrary point on a conductive surface; - the intensity of the incident magnetic field at point P; is the vector of the unit normal to the surface at point P.
В соответствии с принципом взаимности, если теперь в режиме передачи создать на некоторой части S проводящей обобщенной конической поверхности антенны источники поверхностного тока по законуIn accordance with the principle of reciprocity, if now in the transmission mode we create surface current sources on some part S of the conducting generalized conical surface of the antenna according to law
где с - некоторая произвольная константа; «*» - знак комплексного сопряжения, то в направлении оси Oz такие источники сформируют ДН с максимумом, направленным вдоль оси Oz, и с максимальным КНД (КУ) при выбранной поверхности S расположения источников и с поляризацией излучаемого поля, совпадающей с поляризацией передающей антенны. В качестве поверхности S для рассматриваемой задачи целесообразно выбрать часть верхней поверхности вращения «обобщенного конуса» с конечной длиной образующей и с основанием конуса аосн (фиг. 3).where c is some arbitrary constant; “*” Is the sign of complex conjugation, then in the direction of the Oz axis, such sources will form a beam with a maximum directed along the Oz axis and with a maximum directivity gain (SLC) for the selected source location surface S and with a polarized radiated field that matches the polarization of the transmitting antenna. As a surface S for the problem under consideration, it is advisable to choose a part of the upper surface of rotation of the “generalized cone" with a finite generatrix length and with the base of the cone a osn (Fig. 3).
Представим в видеImagine as
Тогда в соответствии с (2) оптимальное амплитудное распределение , фазовое распределение Фпрд(Р) и поляризационное распределение для обеспечения максимального КУ в направлении оси Oz должно подчиняться следующим закономерностям:Then, in accordance with (2), the optimal amplitude distribution , phase distribution Ф prd (P) and polarization distribution To ensure maximum KU in the direction of the Oz axis, it must obey the following laws:
На фиг. 4 представлены рассчитанные зависимости амплитуды и ориентации наводимого тока при падении плоской волны с линейной поляризацией (Еу-я составляющая) на поверхности проводящего конуса с углом при вершине α=11,3°. Амплитудное распределение представлено в виде градации цветовой зависимости и представляет из себя концентрические окружности. Поляризационное распределение (ориентация поверхностных токов) представлена более явно на фиг. 4, г - пунктирной линией указано направление течения поверхностных токов. Фазовое распределение поверхностных токов вдоль образующей конуса в плоскости yOz представлено на фиг. 4, д.In FIG. Figure 4 shows the calculated dependences of the amplitude and orientation of the induced current upon the incidence of a plane wave with linear polarization (E y component) on the surface of the conducting cone with an angle at the apex of α = 11.3 °. The amplitude distribution is presented as a gradation of color dependence and is a concentric circle. The polarization distribution (orientation of surface currents) is presented more clearly in FIG. 4, d - the dashed line indicates the direction of flow of surface currents. The phase distribution of surface currents along the generatrix of the cone in the yOz plane is shown in FIG. 4, d.
Установлено, что требуемое амплитудное распределение источников излучения довольно слабо зависит от продольной координаты источника излучения и в большей степени зависит от азимутальной координаты. Поляризационное распределение источников излучения, представленное пунктирной кривой на фиг. 4, г, также существенно зависит от азимутальной координаты по конусу.It was found that the required amplitude distribution of radiation sources rather weakly depends on the longitudinal coordinate of the radiation source and to a greater extent depends on the azimuthal coordinate. The polarization distribution of the radiation sources represented by the dashed curve in FIG. 4d, also substantially depends on the azimuthal coordinate along the cone.
Требуемые амплитудное, фазовое и поляризационное распределения могут быть реализованы с помощью щелевых излучателей. Для осуществления требуемого амплитудно-фазового и поляризационного распределения в щелевых излучателях на конусе последние должны быть расположены в р волноводах (р=1, 2, …, рмакс, где рмакс - максимальное число волноводов в каждой подрешетке конуса), образованных в результате сечения двух соосных конических поверхностей отрезками р (р=1, 2, …, рмакс+1) металлических плоскопараллельных поверхностей (фиг. 5 и 6). Система волноводов также может быть образована аналогичной внешней поверхностью р-го квазипрямоугольного волновода и отрезками металлических поверхностей, проходящих через боковые линии р-го волновода на внешней поверхности конуса ортогонально к поверхности обоих соосных металлических конусов, образующих боковые и нижнюю стенки р-го волновода. Квазипрямоугольные волноводы могут образовываться в результате пар рядов близко расположенных точечных контактов, проходящих параллельно продольным осям р-х волноводов и соединяющих две вложенные друг в друга металлические конические поверхности (фиг. 5).The required amplitude, phase, and polarization distributions can be realized using slot emitters. To achieve the required amplitude-phase and polarization distribution in slot radiators on a cone, the latter must be located in p waveguides (p = 1, 2, ..., p max , where p max is the maximum number of waveguides in each sublattice of the cone) formed as a result of the cross section two coaxial conical surfaces by segments p (p = 1, 2, ..., p max +1) of metal plane-parallel surfaces (Figs. 5 and 6). The system of waveguides can also be formed by a similar external surface of the nth quasi-rectangular waveguide and segments of metal surfaces passing through the lateral lines of the nth waveguide on the outer surface of the cone orthogonally to the surface of both coaxial metal cones forming the side and lower walls of the nth waveguide. Quasi-rectangular waveguides can be formed as a result of pairs of rows of closely spaced point contacts extending parallel to the longitudinal axes of the p-waveguides and connecting two conical metal surfaces embedded in each other (Fig. 5).
С целью формирования суммарно-разностных характеристик направленности коническая антенная решетка выполнена из четырех подрешеток, каждая из которых состоит из системы изогнутых квазипрямоугольных волноводов, размещенных вдоль гиперболических кривых на поверхности конуса (или кривых на произвольной оживальной поверхности), образованных в результате сечения поверхностей двух соосных конусов (или произвольной оживальной поверхности) системой плоскопараллельных металлических плоскостей (фиг. 2 и 3), расположенных друг относительно друга на расстоянии нижней широкой стенки волновода.In order to form the total-difference directivity characteristics, the conical antenna array is made of four sublattices, each of which consists of a system of curved quasi-rectangular waveguides placed along hyperbolic curves on the surface of the cone (or curves on an arbitrary animated surface) formed as a result of the section of the surfaces of two coaxial cones (or an arbitrary animated surface) by a system of plane-parallel metal planes (Figs. 2 and 3) located relative to each other at a distance from the lower wide wall of the waveguide.
Конфигурация линий на внешней поверхности «обобщенного конуса» при пересечении этой поверхности системой плоскопараллельных плоскостей показана сплошными линиями на фиг. 2 и 3. В частности, если вместо «обобщенного конуса» используется обычный конус с углом при вершине α, то уравнение для р-й кривой имеет вид гиперболы:The configuration of the lines on the outer surface of the “generalized cone" at the intersection of this surface by a system of plane-parallel planes is shown by solid lines in FIG. 2 and 3. In particular, if instead of a “generalized cone" we use a regular cone with an angle at the vertex α, then the equation for the nth curve has the form of a hyperbola:
где хр - координата плоской р-й. поверхности, описываемой уравнениемwhere x p - coordinate of the flat p-th. the surface described by the equation
Это может быть как координата каждой боковой (узкой) стенки квазипрямоугольного волновода (стенки, показанной сплошными линиями с р=1, 2, …, рмакс+1), так и координата средней линии на верхней широкой стенке волновода, показанной пунктирной линией с р=1, 2, …, рмакс.This can be either the coordinate of each side (narrow) wall of the quasi-rectangular waveguide (the wall shown by solid lines with p = 1, 2, ..., p max +1), or the coordinate of the midline on the upper wide wall of the waveguide, shown by the dotted line with p = 1, 2, ..., p max .
В случае, если расстояние dp между соседними плоскостями, определяемое вдоль окружности основания конуса с радиусом основания аосн, одинаково и равно d (фиг. 3), то наибольшее число параллельных плоскостей рмакс, которые пересекают половину конуса с заданной образующей и радиусом основания аосн, определяется выражениемIf the distance d p between adjacent planes defined by the circumferential base of the cone with base radius as DOS, the same and equal to d (FIG. 3), the greatest number of parallel planes p max which intersect at a predetermined half cone generatrix and the radius of the base and DOS is determined by the expression
где ]…[ означает взятие ближайшего целого числа, а хрср является средней координатой участка поверхности на конусе между соседними р-ми плоскостями. Поэтому уравнение средней линии участка поверхности на конусе между соседними плоскостями в системе координат (х, у, z) имеет видwhere] ... [means taking the nearest integer, and x pcr is the average coordinate of a surface on a cone between adjacent p-th planes. Therefore, the equation of the midline of a surface area on a cone between adjacent planes in the coordinate system (x, y, z) has the form
а сами кривые приведены пунктирными линиями на фиг. 2, 3 и 5.and the curves themselves are shown by dashed lines in FIG. 2, 3 and 5.
В каждой р-й изогнутой ВЩАР (фиг. 6) расположены узкие щели, ориентация оси каждой щели выбирается ортогональной ориентации вектора плотности поверхностного тока, возникающего на верхней проводящей конической поверхности при падении на эту поверхность вдоль продольной оси конуса плоскополяризованной электромагнитной волны с вектором электрического поля, параллельным системе р (р=1, 2, …, рмакс) плоскопараллельных поверхностей (при этом ориентация тока оказывается в соответствии с (6) ортогональной продольной оси верхней широкой стенки изогнутого волновода, описываемой уравнением (10)). Фазовые центры щелевых излучателей для обеспечения однолучевого режима располагаются на минимальном расстоянии друг от друга, обеспечивающем синфазное сложение полей от этих излучателей в направлении оси Oz, т.е. фазовое возбуждение щелевых излучателей Ещ выбирается в соответствии с (5) комплексно-сопряженным фазе поверхностного тока. Закон амплитудного возбуждения mp=1, 2, …, mpмакс щелей обеспечивается выбором смещения щели вдоль поперечной оси р-го волновода, а закон фазового распределения - выбором соответствующего расстояния между соседними mp, mp+1 излучателями в р-м волноводе, а также размера широкой стенки волновода или дополнительного диэлектрического заполнения, обеспечивающего требуемую разность фаз между соседними щелями.Narrow gaps are located in each rth curved VShCHAR (Fig. 6), the orientation of the axis of each gap is selected by the orthogonal orientation of the surface current density vector arising on the upper conductive conical surface when a plane-polarized electromagnetic wave with an electric field vector is incident on this surface along the longitudinal axis of the cone parallel to the system p (p = 1, 2, ..., p max ) of plane-parallel surfaces (the current orientation is in accordance with (6) orthogonal to the longitudinal axis of the upper wide wall of the curved waveguide described by equation (10)). The phase centers of slot emitters for ensuring a single-beam mode are located at a minimum distance from each other, providing in-phase addition of fields from these emitters in the direction of the Oz axis, i.e. the phase excitation of gap emitters E n is selected in accordance with (5) the complex conjugate phase of the surface current. The law of amplitude excitation m p = 1, 2, ..., m p max of gaps is ensured by the choice of the displacement of the gap along the transverse axis of the pth waveguide, and the law of phase distribution by the choice of the corresponding distance between adjacent m p , m p +1 emitters in the r-th waveguide, as well as the size of the wide wall of the waveguide or additional dielectric filling, which provides the required phase difference between adjacent slots.
В случае обеспечения произвольно заданной поляризации излучаемого поля излучатели должны быть ориентированы таким образом, чтобы в направлении оси конуса поляризация каждого излучателя совпадала с требуемой поляризацией антенны, т.е. каждый излучатель должен иметь требуемую поляризационную структуру поля излучения в направлении оси конуса, а его положение определяется из условия обеспечения поля требуемой поляризации в направлении оси конуса. В частности, для щелевых излучателей с поляризацией излучаемого поля антенны в направлении оси конуса, совпадающей с направлением , угол поворота излучателя (продольной оси щели) β2 зависит от угла конуса α и угла образующей 0°<β1<180°, на которой находится фазовый центр излучателя (фиг. 7) следующим образом: . При этом углу образующей β1=0° соответствует положение излучателя с β2=90°.In the case of ensuring an arbitrarily specified polarization of the emitted field, the emitters should be oriented so that in the direction of the cone axis the polarization of each emitter coincides with the desired polarization of the antenna, i.e. each emitter must have the required polarization structure of the radiation field in the direction of the cone axis, and its position is determined from the condition that the required polarization field is provided in the direction of the cone axis. In particular, for slot radiators with polarization of the radiated antenna field in the direction of the cone axis, which coincides with the direction , the angle of rotation of the emitter (longitudinal axis of the slit) β 2 depends on the angle of the cone α and the angle of the
Возможную требуемую разность фаз между соседними щелями с расстоянием (фиг. 8) можно определить из следующих рассуждений. Так, при питании каждого волновода полем бегущей волны, идущей сверху вниз, требуемая разность фаз между соседними излучателями для р=1 волновода линейной формы с координатой х≈0 определяется из соотношенияPossible required phase difference between adjacent slots with distance (Fig. 8) can be determined from the following reasoning. So, when each waveguide is supplied with a traveling wave field going from top to bottom, the required phase difference between adjacent emitters for p = 1 linear waveguide with coordinate x≈0 is determined from the relation
где λB - длина волны типа H10 в квазипрямоугольном волноводе, илиwhere λ B is a wavelength of type H 10 in a quasi-rectangular waveguide, or
- угол между направлением оси Oz и средней линией р-го волновода, проходящего через данную точку. - the angle between the direction of the Oz axis and the middle line of the p-th waveguide passing through this point.
Соответственно, при n=1Accordingly, for n = 1
Из соотношения (13) для известного значения γ можно выбрать величину отношения . В частности, при аВ=0,7λ, получаем где - максимальное число щелей в первом волноводе.From relation (13) for a known value of γ, we can choose the ratio . In particular, with a B = 0.7λ, we get Where - the maximum number of slots in the first waveguide.
Для случаев, когда средняя линия верхней широкой стенки р-го квазипрямоугольного волновода, образованного в результате сечения системой плоскопараллельных металлических плоскостей, описывается соотношением (10), синфазность двух соседних излучателей можно обеспечить или за счет выбора расстояния между соседними излучателями из условияFor cases when the middle line of the upper wide wall of the nth quasi-rectangular waveguide, formed as a result of a section by a system of plane-parallel metal planes, is described by the relation (10), the phase matching of two adjacent emitters can be achieved either by choosing the distance between adjacent emitters from the condition
где через обозначена длина между двумя соседними излучателями вдоль средней линии р-й образующей, а через - продольные координаты точек и (фиг. 8), или выбором замедления в локальном участке между соседними излучателями, или за счет изменения локального расстояния между широкими стенками с помощью локального диэлектрического заполнения соответствующих участков волноводов.where through marked length between two adjacent emitters along the midline of the rth generatrix, and through - longitudinal coordinates of points and (Fig. 8), or by the choice of deceleration in the local area between adjacent emitters, or by changing the local distance between the wide walls using local dielectric filling of the corresponding sections of the waveguides.
Для обеспечения синфазного в направлении оси Oz питания соседних волноводов используется последовательная схема питания волноводов, представленная на фиг. 6, в и г, при соответствующем выборе положения первой щели в р-й ВЩАР из условия синфазности полей первых щелей в р-м и (р-1)-м волноводе в направлении оси Oz или при выборе размеров этого волновода при дополнительном фазировании с помощью фазовращателей, устанавливаемых на входе каждого р-го волновода. Наряду с волноводной схемой питания в питающих волноводах возможно использование коаксиальной схемы питания с дальнейшим применением коаксиально-штыревых волноводных возбудителей в каждой ВЩАР. Достоинствами этой схемы питания являются малые габаритные размеры и возможность обеспечения синфазного сложения полей отдельных ВЩАР в направлении оси Oz с помощью выбора длины питающих кабелей от общего входа до р-го коаксиально-волноводного возбудителя. Схема коаксиально-волноводного питания представлена на фиг. 9.To provide in-phase power in the direction of the Oz axis of the power supply of adjacent waveguides, a sequential waveguide power supply circuit is used, as shown in FIG. 6c and 6d, with the appropriate choice of the position of the first slot in the rth VCHAR from the condition that the fields of the first slots are in phase in the rth and (p-1) -th waveguide in the direction of the Oz axis or when choosing the dimensions of this waveguide with additional phasing with using phase shifters installed at the input of each rth waveguide. Along with the waveguide power supply circuit in the supply waveguides, it is possible to use a coaxial power supply circuit with the further use of coaxial-pin waveguide pathogens in each VCHAR. The advantages of this power supply circuit are its small overall dimensions and the possibility of ensuring the common-mode addition of the fields of individual VCHAR in the direction of the Oz axis by choosing the length of the power cables from the common entrance to the rth coaxial waveguide pathogen. The coaxial waveguide power supply circuit is shown in FIG. nine.
Обеспечение желаемого закона амплитудного возбуждения как вдоль каждого волновода, так и между волноводами производится путем выбора коэффициентов связи каждой щели с питающим волноводом (фиг. 6, б). Для обеспечения режима бегущей волны в волноводах с щелями и питающих их волноводах на конце каждого волновода используются согласованные нагрузки.The desired law of amplitude excitation is provided both along each waveguide and between waveguides by selecting the coupling coefficients of each slot with the supply waveguide (Fig. 6, b). To ensure the traveling wave regime in the waveguides with slots and the waveguides feeding them, coordinated loads are used at the end of each waveguide.
Возбуждение щелевых излучателей осуществляется полем волны квази-H10 в квазипрямоугольном волноводе, каждый из этих квазипрямоугольных волноводов возбуждается от питающего волновода (фиг. 6, в и г) через отверстия связи между этими волноводами, причем фазовое возбуждение каждого прямоугольного волновода такое, при котором максимум излучения решетки направлен вдоль оси Oz.Slit emitters are excited by a quasi-H 10 wave field in a quasi-rectangular waveguide, each of these quasi-rectangular waveguides is excited from the supply waveguide (Fig. 6, c and d) through the communication holes between these waveguides, and the phase excitation of each rectangular waveguide is such that The radiation of the grating is directed along the Oz axis.
Коническая АР образована из четырех подрешеток, каждая из которых расположена на 1/4 части конической поверхности и имеет свой вход (выход), который подключается к системе четырех гибридных узлов (фиг. 10), образующих два суммарных (на прием и передачу) и два разностных выхода во взаимно ортогональных плоскостях.The conical AR is composed of four sublattices, each of which is located on 1/4 of the conical surface and has its own input (output), which is connected to a system of four hybrid nodes (Fig. 10), forming two total (for receiving and transmitting) and two differential outputs in mutually orthogonal planes.
Предлагаемый способ построения конической АР позволяет обеспечить характеристики направленности, превышающие характеристики эквивалентной плоской АР. На фиг. 11 в качестве примера приведена сравнительная расчетная зависимость (по сравнению с соответствующей зависимостью для 1/4 части апертуры эквивалентного плоского раскрыва) выигрыша в КНД (КУ) предлагаемой АР по сравнению с КНД (КУ) эквивалентного плоского раскрыва от размера x/R для конуса с углом при вершине 11,3° (радиус основания 2,5λ, высота 12,5λ), которые показывают, что КНД конической АР при x/R=1 более чем в 3 раза выше, чем у эквивалентного плоского раскрыва. Чем меньше угол при вершине конуса α, тем больше выигрыш в КНД конической антенны.The proposed method for constructing a conical AR makes it possible to provide directivity characteristics that exceed the characteristics of an equivalent planar AR. In FIG. 11 as an example, a comparative calculated dependence (compared with the corresponding dependence for 1/4 of the aperture of the equivalent flat aperture) of the gain in KND (KU) of the proposed AR compared with the KND (KU) of the equivalent flat aperture on the size x / R for a cone with the angle at the apex is 11.3 ° (base radius 2.5λ, height 12.5λ), which show that the directivity gain of the conical AR at x / R = 1 is more than 3 times higher than that of the equivalent flat aperture. The smaller the angle at the apex of the cone α, the greater the gain in the directivity gain of the conical antenna.
На фиг. 12 и 13 показаны рассчитанные ДН по суммарному и разностным каналам в двух ортогональных плоскостях, а также ДН по кроссполяризационной составляющей. Из приводимых ДН следует, что уровень кроссполяризации не превышает -50 дБ от основного уровня излучения.In FIG. 12 and 13 show the calculated MDs for the total and difference channels in two orthogonal planes, as well as the MDs for the cross-polarization component. From the given DN it follows that the level of cross-polarization does not exceed -50 dB from the main radiation level.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет разрабатывать антенны, обеспечивающие формирование суммарно-разностных ДН, обладающие малым аэродинамическим сопротивлением и не требующие дополнительного обтекателя. По совокупности заявленных признаков предлагаемый способ построения бортовых конических антенных решеток является новым, позволяющим разрабатывать антенны, обладающие более высокими характеристиками направленности по сравнению с прототипами.Thus, the proposed method allows you to develop antennas that provide the formation of total-differential DN, with low aerodynamic drag and not requiring an additional fairing. Based on the totality of the claimed features, the proposed method for constructing on-board conical antenna arrays is new, which allows developing antennas with higher directivity compared to prototypes.
Список источниковList of sources
1. Воскресенский Д.И., Пономарев Л.И., Филиппов B.C. Выпуклые сканирующие антенны (основы анализа и методы расчета). М.: Сов. радио. 1978.1. Resurrection D.I., Ponomarev L.I., Filippov B.C. Convex scanning antennas (basics of analysis and calculation methods). M .: Sov. radio. 1978.
2. Резников Г.Б. Антенны летательных аппаратов. М.: Сов. радио. 1967.2. Reznikov G.B. Aerials of aircraft. M .: Sov. radio. 1967.
3. Josefsson L., Persson P. Conformal array antenna theory and design. IEEE Press. 2006.3. Josefsson L., Persson P. Conformal array antenna theory and design. IEEE Press. 2006.
4. Munger A.D., Guy V., Provencher J.H., Gladman B.R. Conical array studies // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1974. V. 22. №1. P. 35-43.4. Munger A.D., Guy V., Provencher J.H., Gladman B.R. Conical array studies // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1974. V. 22. No. 1. P. 35-43.
5. Villeneuve A., Behnke M., Kummer W. Wide-angle scanning of linear arrays located on cones // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1974. V. 22. №1. p.97-103.5. Villeneuve A., Behnke M., Kummer W. Wide-angle scanning of linear arrays located on cones // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1974. V. 22. No. 1. p. 97-103.
6. Gobert J.F., Yang R.F.H. A theory of antenna array conformal to surfaces of revolution // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1974. V. 22. №1. P. 87-91.6. Gobert J.F., Yang R.F.H. A theory of antenna array conformal to surfaces of revolution // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1974. V. 22. No. 1. P. 87-91.
7. Aboul-Seoud A.K., Hafez A.-D.S., Hamed A.M., Abd-El-Latif M. A conformal conical phased array antenna for modern radars // 2014 IEEE Aerospace Conference. Big Sky, MT. 2014. P. 1-7.7. Aboul-Seoud A.K., Hafez A.-D.S., Hamed A.M., Abd-El-Latif M. A conformal conical phased array antenna for modern radars // 2014 IEEE Aerospace Conference. Big Sky, MT. 2014.P. 1-7.
8. Li Y, Yang F., Ouyang J., Yang P. Synthesis of conical conformal array antenna using invasive weed optimization method // ACES Journal. 2013. V. 28. №11. P. 1025-1030.8. Li Y, Yang F., Ouyang J., Yang P. Synthesis of conical conformal array antenna using invasive weed optimization method // ACES Journal. 2013. V. 28. No. 11. P. 1025-1030.
9. Горяинов A.B. Дифракция плоской электромагнитной волны, распространяющейся вдоль оси конуса // Радиотехника и электроника. 1961. Т. 6. №1.9. Goryainov A.B. Diffraction of a plane electromagnetic wave propagating along the axis of a cone // Radio engineering and electronics. 1961. T. 6. No. 1.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019117041A RU2723909C1 (en) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | Method of constructing bead conical antenna arrays |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019117041A RU2723909C1 (en) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | Method of constructing bead conical antenna arrays |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2723909C1 true RU2723909C1 (en) | 2020-06-18 |
Family
ID=71096120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019117041A RU2723909C1 (en) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | Method of constructing bead conical antenna arrays |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2723909C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2246156C1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Slotted waveguide antenna array |
RU2319261C1 (en) * | 2006-08-03 | 2008-03-10 | Сергей Владимирович Ковалев | Radar antenna having reduced effective-dissipation area |
RU2435263C1 (en) * | 2010-04-28 | 2011-11-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт радиоэлектронных комплексов" (ОАО "НИИРЭК") | Dual-band antenna |
-
2019
- 2019-06-03 RU RU2019117041A patent/RU2723909C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2246156C1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Slotted waveguide antenna array |
RU2319261C1 (en) * | 2006-08-03 | 2008-03-10 | Сергей Владимирович Ковалев | Radar antenna having reduced effective-dissipation area |
RU2435263C1 (en) * | 2010-04-28 | 2011-11-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт радиоэлектронных комплексов" (ОАО "НИИРЭК") | Dual-band antenna |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Li Y, Yang F., Ouyang J., Yang P. Synthesis of conical conformal array antenna using invasive weed optimization method // ACES Journal. 2013. V. 28. N11. P. 1025-1030. * |
Буренков В. В. Антенны на конической поверхности / В. В. Буренков, Н. Е. Михалев // Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Информационные технологии, телекоммуникации и системы управления" : сборник докладов. — Екатеринбург : [УрФУ], 2015. — С. 49-53 * |
Буренков В. В. Антенны на конической поверхности / В. В. Буренков, Н. Е. Михалев // Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Информационные технологии, телекоммуникации и системы управления" : сборник докладов. — Екатеринбург : [УрФУ], 2015. — С. 49-53. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3352299B1 (en) | Wideband beam broadening for phased array antenna systems | |
Mailloux | Phased array antenna handbook | |
US5359338A (en) | Linear conformal antenna array for scanning near end-fire in one direction | |
Wheeler | The radiation resistance of an antenna in an infinite array or waveguide | |
KR0148253B1 (en) | Embedded surface wave antenna | |
US3568204A (en) | Multimode antenna feed system having a plurality of tracking elements mounted symmetrically about the inner walls and at the aperture end of a scalar horn | |
JP2851338B2 (en) | Angle Positioning Radar System for Linear Phased Array Antenna | |
Mailloux | Electronically scanned arrays | |
US20050140559A1 (en) | Hexagonal array structure of dielectric rod to shape flat-topped element pattern | |
WO1999043046A1 (en) | Geodesic slotted cylindrical antenna | |
US3032762A (en) | Circularly arrayed slot antenna | |
US4348679A (en) | Multi-mode dual-feed array radar antenna | |
Emadeddin et al. | A compact ultra-wideband multibeam antenna system | |
Dey et al. | Millimeter-wave dielectric waveguide-based leaky-wave antenna array | |
Kossifos et al. | Analysis of an off-broadside zero beam-squinting leaky-wave antenna using metamaterials | |
RU2723909C1 (en) | Method of constructing bead conical antenna arrays | |
Nunna et al. | Design and analysis of single layer C/X-band conformal shared aperture antenna array for spaceborne SAR applications | |
US6222492B1 (en) | Dual coaxial feed for tracking antenna | |
Foster | Antennas and UWB signals | |
US10741917B2 (en) | Power division in antenna systems for millimeter wave applications | |
US5142290A (en) | Wideband shaped beam antenna | |
Rotman et al. | The sandwich wire antenna: A new type of microwave line source radiator | |
US4148035A (en) | Subwavelength monopulse antenna | |
Gupta et al. | Ku-band metal-only flat metasurface radar antenna for small platforms | |
US3276026A (en) | Doppler array with plural slotted waveguides and feed switching |