УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ НА Ш-ОБРАЗНОМ ВОЛНОВОДЕ Российский патент 1995 года по МПК H01Q11/02 

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к антенно-фидерным устройствам, и может быть использовано как при конструировании излучающих устройств и устройств СВЧ, так и при проектировании фазированных антенных решеток (ФАР) различного назначения.

Известные линейные излучатели на Ш-образных волноводах, имеющие устройства возбуждения в виде волноводных и коаксиально-волноводных переходов (авт.св. СССР N 344541, 1978), можно рассматривать в качестве аналогов. Устройства возбуждения представляют собой волноводный переход от прямоугольного волновода к Ш-образному и от коаксиальной линии к Ш-образному волноводу.

Основными недостатками устройств возбуждения на Ш-образных волноводах являются значительные потери энергии СВЧ, так как все эти устройства заполняются диэлектриком, а также узкая полоса рабочих частот.

Известное устройство возбуждения на Ш-образном (желобковом) волноводе (патент США N 2799830, 1957) выбрано в качестве прототипа. Это устройство представляет собой (фиг. 1) отрезок Ш-образного волновода 1, к торцевой части которого присоединяется внешний проводник 2, а к начальному участку центрального ребра 3 внутренний проводник 4 коаксиальной линии.

Отличительной особенностью известного устройства является то, что устройство возбуждения располагается в торцовой части Ш-образного волновода, а поэтому при компоновке таких линейных излучателей в антенную решетку необходимо устанавливать дополнительные уголковые переходы (что приведет к дополнительным потерям энергии СВЧ (для соединения линейных излучателей с предшествующей им аппаратурой антенной решетки: фазовращателями, распределителем мощности и т. д. так как наиболее рациональным является расположение этой аппаратуры с тыльной стороны антенной решетки.

К недостаткам устройств возбуждения торцового типа можно отнести также узкую полосу рабочих частот. Так, в устройстве возбуждения линейного излучателя на Ш-образном волноводе, изготовленном по прототипу, удалось добиться входного согласования линейного излучателя до величины К_ст V ≅ 1,2 в рабочем диапазоне частот, не превышающем ±3%
Таким образом, целью изобретения является расширение полосы рабочих частот путем улучшения согласования, уменьшение потерь энергии СВЧ и габаритов ФАР из линейных излучателей на Ш-образных волноводах.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве возбуждения линейного излучателя на Ш-образном волноводе, содержащем отрезок волновода и коаксиальной линии, соединенные друг с другом, внешний проводник коаксиальной линии соединен с дном, а внутренний с начальным участком центрального ребра Ш-образного волновода, выполненного в форме выступа над дном Ш-образного волновода, образованного вырезом в центральном ребре, причем глубина выреза равна половине длины волны (λ_cp/2) средней частоты рабочего диапазона, высота выреза и высота торцевой части центрального ребра 1/8 глубины (λ_cp/16), а место подключения внутреннего проводника коаксиальной линии к начальному участку центрального ребра определяется одной восьмой длины волны (λ_cp/8) средней частоты рабочего диапазона от начала выступа, что позволило значительно улучшить согласование, уменьшить потери и габариты ФАР.

На фиг. 1 изображено устройство возбуждения линейного излучателя ФАР на Ш-образном волноводе; на фиг. 2 схематично представлен разрез предлагаемого устройства возбуждения; на фиг. 3 схемы компоновки линейных излучателей-прототипов и предлагаемых линейных излучателей в ФАР (1 линейный излучатель, 2 фазовращатель, 3 распределитель мощности, 4 уголковые переходы); на фиг. 4 кривые входного согласования (кривая а согласование прототипа, кривая б предлагаемого устройства).

Устройство (фиг. 1) содержит отрезок Ш-образного волновода 1 и коаксиальной линии, внешний проводник 2, который соединен с дном, а внутренний проводник 4 с начальным участком центрального ребра 3. Такое соединение коаксиальной линии с Ш-образным волноводом можно рассматривать как два соединенных между собой отрезка полосковой линии, которая образуется боковыми стенками Ш-образного волновода и скошенным окончанием центрального ребра. Путем подбора формы начального участка центрального ребра и места подключения внутреннего проводника коаксиальной линии к начальному участку центрального ребра Ш-образного волновода удалось добиться значительного улучшения согласования входного устройства линейного излучателя (фиг. 4, кривая б).

Подключение устройства возбуждения линейного излучателя 1 со стороны дна Ш-образного волновода позволило уменьшить потери энергии СВЧ за счет исключения дополнительных уголковых переходов 4 (фиг. 3а), установка которых была бы необходима при использовании устройства возбуждения прототипа, а также улучшить компоновку ФАР за счет отказа от одной сборочной единицы и сокращения габаритов антенной решетки. С помощью устройства удалось добиться входного согласования линейного излучателя на Ш-образном волноводе в полосе рабочих частот ±5% диапазонов S и С с К_стV не более 1,2. В ФАР с линейными излучателями на Ш-образных волноводах согласование улучшено в 2 раза, потери энергии СВЧ уменьшены на 0,2-0,3 дБ, площадь апертуры антенной решетки на 2% без ухудшения основных параметров ФАР.

Использование: в технике СВЧ, в частности в антенно-фидерных устройствах как при конструировании излучающих устройств и устройств СВЧ, так и при проектировании фазированных антенных решеток (ФАР) различных назначений. Сущность изобретения: устройство возбуждения линейного излучателя ФАР на Ш-образном волноводе содержит отрезок Ш-образного волновода, соединенного с коаксиальной линией, внешний проводник которой соединен с дном, а внутренний с начальным участком центрального ребра отрезка Ш-образного волновода, выполненного в виде выступа над дном отрезка Ш-образного волновода, образованного посредством выреза в его центральном ребре, причем глубина выреза выбрана равной λ_ср/2 а его высота и высота торцевой начальной части центрального ребра λ_ср/16 при этом место подключения внутреннего проводника коаксиальной линии к начальному участку центрального ребра от начала выступа выбрано равным λ_ср/8 где λ_ср средняя частота рабочего диапазона. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ НА Ш-ОБРАЗНОМ ВОЛНОВОДЕ, содержащее отрезок Ш-образного волновода, соединенного с коаксиальной линией, отличающееся тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот путем улучшения согласования, уменьшения потерь и габаритов фазированной антенной решетки, внешний проводник коаксиальной линии соединен с дном, а внутренний с начальным участком центрального ребра отрезка Ш-образного волновода, выполненного в виде выступа над дном отрезка Ш-образного волновода, образованного посредством выреза в его центральном ребре, причем глубина выреза выбрана равной λ_cр/2, а его высота и высота торцевой начальной части центрального ребра λ_cр/16, при этом место подключения внутреннего проводника коаксиальной линии к начальному участку центрального ребра от начала выступа выбрано равным λ_cр/8, где λ_cр - средняя частота рабочего диапазона.