ЭЛЕМЕНТ ПРОХОДНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ Российский патент 1994 года по МПК H01Q13/00 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для создания волноводных антенных решеток (АР) проходного типа преимущественно для работы в миллиметровом диапазоне волн.

Известны элементы проходной антенной решетки, созданные на основе ферритовых фазовращателей. Однако для переключения данных элементов требуются большие управляющие токи, результатом которых являются большие тепловыделения. Так как ферритовые фазовращатели не могут надежно работать в условиях нестабильных температур, то становится невозможной плотная упаковка элементов, что и ограничивает их применение в антенных решетках миллиметрового диапазона волн (ММДВ).

Кроме того, ферритовые элементы фазовращателей обладают диссипативными потерями и ограничивают прохождение высокого уровня мощности СВЧ.

Эти недостатки устранены в антенных решетках с управляющими полупроводниковыми диодами. В основе элемента АР лежит фазовращатель, представляющий собой закороченный отрезок прямоугольного волновода, внутри которого в Е-плоскости установлены платы с pin-диодами. Управление pin-диодами осуществляется через выводы, проходящие в широких стенках волновода. Фазовращатели объединены в решетку корпусом и закрыты со стороны входа радиопрозрачным укрытием. В заданной части АР расположены платы управления, соединенные с компьютером.

Однако данная конструкция имеет недостатки при плотной упаковке в ММДВ из-за установки большого количества pin-диодов на платах внутри волновода, подвода питания к ним, а также осуществления отвода тепла от АР.

Если АР будет сформирована на проходных pin-диодных фазовращателях, то подвод питания к pin-диодам и отвод выделяющегося тепла усложняется, так как входы и выходы фазовращателей не должны быть загромождены конструктивными элементами. Из конструкции данных элементов АР очевидно, что скомпоновать плотную решетку из таких фазовращателей не удается, так как выводы управления pin-диодами требуют определенного расстояния между фазовращателями. Следовательно АР в ММДВ будет разреженной, что ухудшает ее характеристики - уменьшает сектор электронного сканирования.

АР в ММДВ преимущественно на волноводных элементах обладают рядом суще- ственных преимуществ перед решетками отражательного типа, а именно: проходная АР имеет меньшие вносимые потери по сравнению с отражательной из-за отсутствия при широком секторе сканирования наклонного облучения периферийных излучающих элементов и затенения раскрыва облучателем; проходная решетка имеет меньшие габариты в ее осевом направлении.

Наиболее близким к предложенному устройству по технической сущности является проходной фазовращатель на основе переключаемых отражательных фазовращателей с гибридным ответвителем.

Последовательное соединение двух щелевых мостов позволяет геометрически совместить направление движения волны от входного к выходному сечению волновода, а к выступам конструкции подвести управление pin-диодами и элементы охлаждения. Однако решетка, скомпонованная из таких фазовращателей, получается разреженной на величину двух раскрывов волноводных излучателей.

Целью изобретения является уменьшение межэлементного расстояния и упрощение подвода управляющих проводов.

Это достигается тем, что в элементе проходной АР, содержащей фазовращатели, состоящие из отрезков волноводов и выполненные в виде соединения двух управляемых щелевых мостов, соответствующие парные плечи которых соединены с первыми короткозамкнутыми отрезками волноводов, в каждом из которых расположены управляемые диоды, управляемые щелевые мосты соединены через два щелевых моста так, что соответствующие плечи первого и второго управляемых щелевых мостов являются соответствующими плечами первого и второго щелевых мостов, соответствующие парные плечи которых соединены с вторыми короткозамкнутыми отрезками волноводов. Входы и выходы фазовращателей выполнены соосными. Первые парные короткозамкнутые отрезки волноводов каждого фазовращателя расположены на расстоянии l друг от друга. Количество фазовращателей выбрано равным шести и их входы и выходы по три примыкают друг к другу своими широкими стенками и попарно из каждой тройки - своими узкими стенками. Первые короткозамкнутые отрезки волноводов образуют прямоугольное отверстие, в котором расположен канал теплоотвода с платами управления. Суммарная высота трех узких стенок фазовращателей выбрана равной λ_д, где λ_д- максимальная длина волны в волноводе, при этом в каждый вход и выход фазовращателя из первой пары введены соответствующие ответвители с полной связью, а в каждый вход и выход фазовращателя из второй пары - третьи и четвертые щелевые мосты, соответствующие парные плечи которых соединены с соответствующими третьими и четвертыми короткозамкнутыми отрезками волновода соответственно. В соответствующий вход и выход каждого фазовращателя введены соответствующие переходы. Входы и выходы фазовращателей расположены соответственно в первой и во второй плоскости.

На фиг.1 показан элемент АР, общий вид; на фиг.2-4 - сечения Б-Б, В-В и Г-Г на фиг. 1; на фиг.5 - конструкция элемента АР, при этом отдельные его части условно раздвинуты.

Элемент АР состоит из волноводного корпуса 1, представляющего собой со стороны входа и выхода линейки из шести отрезков волноводов с общими узкими стенками. Каждый волновод образован половинками, соединенными посередине широкой стенки с вставленными платами из полиимидной пленки с pin-диодами. В окне линейки крепится канал теплоотвода 2 с расположенными на нем платами управле- ния 3. Расположение волноводных каналов волноводных переходов, переходов с полной связью, управляемых щелевых мостов, неуправляемых щелевых мостов в элементе АР показано на фиг.2-4, а также на фиг.5.На фиг.2-4 диоды для удобства условно расположены в плоскости чертежа, подразумевая, что они стоят на самом деле в перпендикулярной чертежу плоскости.

Стрелки показывают направление движения волны при ее прохождении через отдельные фазовращатели. Фазовращатели могут иметь четыре фазовых состояния, которые устанавливаются переключением диодов.

Из предложенного элемента АР может быть собран на одной трубе теплоотвода с платами управления антенный модуль с количеством фазовращателей 6хN, где N - число элементов АР в модуле. Из полученных модулей может быть сформирована плотная проходная АР, у которой с двух боковых сторон подводится управление и отводится выделяющееся тепло. Излучаемый раскрыв и облучаемая плоскость такой решетки не загромождены затеняющими элементами конструкции, а толщина АР не превышает 20 λ .

Использование: в антенной технике для создания волноводных антенных решеток проходного типа преимущественно для работы в миллиметровом диапазоне волн. Сущность изобретения: элемент проходной антенной решетки содержит линейку из шести отрезков волноводов с общими узкими стенками. Каждый волновод образован половинками, соединенными посередине широкой стенки с вставленными платами из полиимидной пленки с pin-диодами. В окне линейки крепится канал теплоотвода с расположенными на нем платами управления. Линейка содержит волноводные каналы, волноводные переходы, переходы с полной связью, управляемые щелевые мосты, неуправляемые щелевые мосты. 5 ил.

ЭЛЕМЕНТ ПРОХОДНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ, содержащий фазовращатели, состоящие из отрезков волноводов и выполненные в виде соединения двух управляемых щелевых мостов, соответствующие парные плечи которых соединены с первыми короткозамкнутыми отрезками волноводов, в каждом из которых расположены управляемые диоды, отличающийся тем, что, с целью уменьшения межэлементного расстояния и упрощения подвода управляющих проводов, управляемые щелевые мосты соединены через два щелевых моста так, что соответствующие плечи первого и второго управляемых щелевых мостов являются соответственно соответствующими плечами первого и второго щелевых мостов, соответствующие парные плечи которых соединены с вторыми короткозамкнутыми отрезками волноводов, при этом входы и выходы фазовращателей выполнены соосными, а первые парные короткозамкнутые отрезки волноводов каждого фазовращателя расположены на расстоянии l друг от друга, количество фазовращателей выбрано равным шести и их входы и выходы по три примыкают друг к другу своими широкими стенками и попарно из каждой тройки - своими узкими стенками, так что первые короткозамкнутые отрезки волноводов образуют прямоугольное отверстие, в котором расположен канал теплоотвода с платами управления, причем суммарная высота трех узких стенок фазовращателей выбрана равной λ_д , где λ_д - максимальная длина волны в волноводе, при этом в каждый вход и выход фазовращателя из первой пары введены соответствующие ответвители с полной связью, а в каждый вход и выход фазовращателя из второй пары - третьи и четвертые щелевые мосты, соответствующие парные плечи которых соединены с соответствующими третьими и четвертыми короткозамкнутыми отрезками волноводов соответственно, при этом в соответствующий вход и выход каждого фазовращателя введены соответствующие переходы, а входы и входы фазовращателей расположены соответственно в первой и второй плоскостях.