волноводная распределительная система
Классы МПК: | H01P5/02 с постоянным коэффициентом связи H01P5/12 волноводные соединения, имеющие более чем два плеча |
Автор(ы): | Синани Анатолий Исакович (RU), Позднякова Раиса Дмитриевна (RU), Епишкина Виктория Николаевна (RU), Ястребов Борис Петрович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения им. В.В. Тихомирова" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-03-13 публикация патента:
10.11.2007 |
Изобретение относится к радиотехнической промышленности средств связи и может использоваться в волноводной СВЧ-измерительной и антенной технике как самостоятельно, так и в составе антенных решеток. Технический результат заключается в улучшении функциональных возможностей волноводной распределительной системы при работе в широком диапазоне частот (>5-7% f0 ). Волноводная распределительная система состоит из четырех строчно-столбцовых делителей, в каждый из которых входят выполненные из многощелевых направленных ответвителей, последовательно объединенных общим магистральным волноводом, по одному распределителю-столбцу и п линеек-строк, и СВЧ-сумматора. Волноводные каналы направленных ответвителей выполнены шириной а=(0,7±0,1) , где
- длина волны в свободном пространстве, и высотой b
0,2
, при этом длина щелей не превышает
0,3
. СВЧ-сумматор выполнен из четырех двойных тройников с волноводными каналами высотой не более b
0,2
. 3 ил.



Формула изобретения
Волноводная распределительная система (ВРС), состоящая из четырех строчно-столбцовых делителей, в каждый из которых входят выполненные из многощелевых направленных ответвителей, последовательно объединенных общим магистральным волноводом, по одному распределителю-столбцу и по n линеек-строк, и СВЧ-сумматора, отличающаяся тем, что каналы направленных ответвителей выполнены шириной а=(0,7±0,1) , и высотой b
0,2
, где
- длина волны в свободном пространстве, а длина щелей в многощелевых направленных ответвителях не превышает 1
0,3
, причем СВЧ-сумматор построен из четырех двойных тройников с высотой волноводных каналов не более b
0,2
.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности средств связи и может использоваться в волноводной СВЧ-измерительной и антенной технике как самостоятельно, так и в составе антенных решеток.
Известен малогабаритный многоплечий волноводный делитель мощности [см. Патент США №5196812, НКИ 33/113, 1994 г.], состоящий из волноводных секций, связанных друг с другом по общей широкой стенке через два удлиненных отверстия. Входная секция разветвляет СВЧ-энергию в несколько параллельных волноводных секций аналогичной конструкции.
Известен многоканальный делитель, использующий в своем составе направленные ответвители на скрещенных волноводах [см. Патент США №3518576, НКИ 333-10, 1970 г.], состоящий из N направленных ответвителей, объединенных прямоугольным магистральным волноводом, и имеющий N ответвленных каналов квадратного сечения, расположенных со стороны одной из широких стенок магистрального волновода. В качестве элементов связи в каждом ответвителе используются по две узкие щели, расположенные на расстоянии где
в - длина волны в волноводе, а ответвленные каналы ориентированы под углом 90° к оси магистрального волновода.
Известен многоканальный волноводный делитель, состоящий из N многощелевых направленных ответвителей, объединенных единым магистральным волноводом, и имеющий N ответвленных каналов, ориентированных под углом к оси магистрального волновода и расположенных на обеих его широких стенках. Щели прорезаны в общей широкой стенке ответвленного и магистрального каналов [см. Патент №2158049 РФ, Н01Р 5/18, H01Q 13/26, 03.1999 г.].
Наиболее близким по своей технической сущности и конструкции к предлагаемому техническому решению является распределительная система [Волноводная распределительная система бортовой антенны с электронным управлением лучом, авт. А.И.Синани, Р.Д.Позднякова, Митин В.А., сб. "Антенны", вып.6(61) 2002 г.], состоящая из четырех строчно-столбцовых делителей, запитываемых с помощью СВЧ-сумматора, каждый из которых включает по одному распределителю-столбцу и n линеек-строк.
Как распределители-столбцы, так и линейки-строки, состоят из последовательно соединенных в каждом распределителе общим магистральным волноводом многощелевых направленных ответвителей (НО).
Основными недостатками известных технических решений являются:
- ограниченная ширина рабочего диапазона частот ( f5-7% f0), где f 0 - частота проектирования;
- сильное изменение амплитудного распределения линеек и связанное с этим нарушение амплитудного распределения в апертуре фазированной антенной решетки (ФАР) в диапазоне более 5-7% f0, где Pi - мощность на выходе i канала линеек, Рвх - мощность на входе линейки;
- нарушение функций СВЧ-сумматора и, как следствие, разрушение суммарно-разностных характеристик волноводной распределительной системы (ВРС) и соответствующих им диаграмм направленности (ДН) (по суммарному каналу - , по разностным каналам -
АЗ и
УМ, по разность-разностному каналу -
) в составе ФАР в диапазоне более 5-7% f 0.
Технический результат предлагаемого решения заключается в расширении рабочего диапазона частот при одновременной стабилизации в этом диапазоне амплитудно-фазового распределения в раскрыве ФАР.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в улучшении функциональных возможностей ВРС при работе в широком диапазоне частот (>5-7% f0), которое обеспечивается тем, что в волноводной распределительной системе, состоящей из четырех строчно-столбцовых делителей, в каждый из которых входят выполненные из многощелевых направленных ответвителей, последовательно объединенных общим магистральным волноводом, по одному распределителю-столбцу и n линеек-строк, и СВЧ-сумматора, волноводные каналы направленных ответвителей выполнены шириной а=(0.7±0.1) , где
- длина волны в свободном пространстве, и высотой b
0.2
, в многощелевых направленных ответвителях длина щелей 1 не превышает
0.3
, а СВЧ-сумматор выполнен из четырех двойных тройников с волноводными каналами высотой не более b
0.2
[см. "Справочник по элементам радиоэлектронных устройств", ред. д.т.н. А.А.Куликовский, к.т.н. В.И.Дулина, М.С.Жук, г.Москва, "Энергия", 1977 г., стр.455, 555-556].
Возможность реализации предложенного технического решения определяется тем, что
1) указанные пределы изменения ширины волноводных каналов ВРС: а=(0.7±0.1) - позволяют обеспечить полосу пропускания волны H 10 через ВРС вплоть до 40% f0 и снять принципиальное ограничение рабочего диапазона частот, возникающее всякий раз в СВЧ-устройствах, когда в нем используются волноводные каналы с сильно отличающимися размерами "а", один из которых близок к
, а другой - к а=
и исключить синфазное сложение отраженных от НО сигналов;
2) снижение высоты всех волноводов строчно-столбцовых делителей до размера b 0.2
также позволяет расширить рабочий диапазон ВРС и стабилизировать в этом диапазоне амплитудное распределение, обеспечив КПД
0.5-0.6;
3) ограничение, наложенное на размеры щели: 1 0.3
- позволяет стабилизировать переходные затухания НО распределителей-столбцов и линеек-строк в широком диапазоне частот и тем самым обеспечить стабилизацию амплитудного распределения и КПД ВРС в этой полосе частот по сравнению с прототипом;
4) использование в составе СВЧ-сумматора двойных тройников с высотой каналов b 0.2
позволяет расширить рабочую полосу частот СВЧ-сумматора до 35-40% f0, в которой сохраняется его способность формировать амплитудно-фазовое распределение, соответствующее
-
диаграммам направленности ФАР.
В результате предложенного технического решения обеспечиваются стабильные амплитудно-фазовые характеристики ВРС в диапазоне не менее (35-40%)f 0.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующим описанием и приложенными чнртежами:
На фиг.1 показана схема волноводной распределительной системы.
На фиг.2 изображено амплитудное распределение прототипа (для вертикальной плоскости) в диапазоне частот 40% f0.
На фиг.3 изображено амплитудное распределение (АР) (для вертикальной плоскости) конкретной реализации предлагаемого технического решения в диапазоне до 40% f0.
Волноводная распределительная система содержит
- четыре строчно-столбцовых делителя (1, 2, 3, 4), в каждый из которых входят по одному распределителю-столбцу (51-4) и по n-линеек-строк (6 1-n);
- каждый из четырех распределителей-столбцов и линеек-строк выполнены из многощелевых направленных ответвителей (7), последовательно соединенных в каждом распределителе-столбце и в каждой линейке-строке единым магистральным волноводом (8), и
- СВЧ-сумматор (9), состоящий из четырех двойных тройников (10), имеющий четыре входа: суммарный ( ), разностный
АЗ,
УМ и разностно-разностный (
).
Пример конкретной реализации предлагаемого технического решения:
- ВРС включает четыре строчно-столбцовых делителя, каждый из которых содержит распределитель-столбец и четырнадцать линеек-строк, состоящих из НО, объединенных в каждом распределителе-столбце и линейке-строке своим магистральным волноводом, и формирующих соответствующее числу НО ответвленных каналов. Количество НО в распределителе-столбце (например, j=14), в линейках-строках (например, I=14-44).
- Строчно-столбцовые делители имеют следующие сечения волноводных каналов:
1) магистральные и ответвленные волноводы распределителя-столбца: а=0.7 , b=0.15
;
2) магистральные волноводы линеек-строк: а=0.7 , b=0.2
;
3) ответвленные каналы линеек-строк: а=0.65 , b=0.12
;
- размеры щелей в области связи НО:
- длина щелей l=(0,3-0.24) ;
- СВЧ-сумматор выполнен из четырех двойных тройников с высотой волноводных каналов 0.15 .
Реализованные электрические характеристики предлагаемого варианта распределительной системы:
- рабочий диапазон частот до 40% f0, в котором обеспечивается работоспособность ВРС;
- максимальное изменение КПД и амплитудного распределения на примере распределителя-столбца в диапазоне частот до 40% f0 приведено на фиг.3.
Принцип работы предлагаемого устройства (анализ проводится для режима работы ВРС на передачу) состоит в следующем:
СВЧ-энергия со стороны любого из входов ВРС (суммарного , разностных
УМ и
АЗ или разность-разностного
) разделяется в СВЧ-сумматоре на четыре равные части (неравномерность деления мощности и КПД являются основными характеристиками сумматора) и поступает в магистральные каналы (8) распределителей-столбцов (5) соответственно. Фазы сигналов в каналах (8) определяются тем, что со стороны какого из входов запитывается ВРС, в результате четыре строчно-столбцовых делителя (1-4) формируют одинаковые амплитудные распределения при следующих взаимных фазах:
- по суммарному ( ) каналу - все делители синфазны;
- по разностным каналам ( АЗ и
УМ) - попарно-противофазны в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно и
- по разность-разностному каналу (
) - все соседние делители взаимнопротивофазны.
Стабильность основных амплитудных характеристик СВЧ-сумматора в диапазоне частот и сохранение фазовых соотношений между делителями (1-4) обеспечивают формирование суммарно-разностных характеристик ВРС и соответственно суммарно-разностных ДН в составе ФАР при перестройке частоты в широкой полосе частот. Эта задача решается за счет использования двойных тройников, выполненных из волноводов высотой b<0.2 .
Форма амплитудного распределения и КПД ВРС определяются выбором длины щелей связи 1 и сечений волноводных каналов (а, b) в распределителях-столбцах и линейках-строках. Изменение формы АР в диапазоне частот обусловлено изменением переходных затуханий (Ln) НО. В широкой полосе частот (>20% f0 ) переходные затухания направленных ответвителей в общем случае сильно меняются при перестройке рабочей частоты, что приводит к сильному искажению формы амплитудного распределения (фиг.2). Изменение АР при изменении частоты в предлагаемом техническом решении минимизировано за счет ограничения размеров щелей связи направленных ответвителей (1 0.3
) и волноводных каналов (а=(0.7±0.1)
; b
0.2
), что позволяет реализовать дополнительный положительный эффект - улучшить как компоновку, так и весовые характеристики ВРС, обеспечить важное для широкоугольного сканирования уменьшение шагов излучающих элементов в апертуре антенной решетки.
Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом заключаются в увеличении рабочего диапазона частот ВРС до 35-40% f 0 при одновременной стабилизации в этом диапазоне амплитудно-фазового распределения и в дополнении к этому уменьшении массы, улучшении компактности конструкции, а при применении в составе ФАР в расширении ее сектора сканирования за счет уменьшения волноводных каналов ВРС и соответствующего сокращения шагов излучателей в апертуре решетки.
Класс H01P5/02 с постоянным коэффициентом связи
микрополосковая фидерная линия - патент 2364995 (20.08.2009) | ![]() |
коаксиальная фидерная линия - патент 2339128 (20.11.2008) | ![]() |
способ частотно-селективного согласования микроволновых линий передачи - патент 2326476 (10.06.2008) | ![]() |
микрополосковый трансформатор сопротивлений - патент 2320057 (20.03.2008) | ![]() |
малогабаритный ступенчатый трансформатор волновых сопротивлений - патент 2313867 (27.12.2007) | ![]() |
волноводный переход - патент 2303842 (27.07.2007) | ![]() |
трансформирующее устройство - патент 2175810 (10.11.2001) | |
коаксиальный свч-адаптер печного магнетрона - патент 2161841 (10.01.2001) | |
согласующий трансформатор - патент 2011244 (15.04.1994) |
Класс H01P5/12 волноводные соединения, имеющие более чем два плеча