RU163406U1

RU163406U1 - ULTRA-BAND IRRADIATOR WITH HIGH ELLIPTICITY

Info

Publication number: RU163406U1
Application number: RU2016102287/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Иннокентьевич Буянов; Максим Олегович Коноваленко; Олег Юрьевич Сваровский
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран"
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2016-07-20

Abstract

Сверхширокополосный облучатель с высоким коэффициентом эллиптичности, содержащий диполи, систему запитки для каждого диполя, отличающийся тем, что скрещенные несимметричные диполи в форме лепестка расположены в общей плоскости горизонтально над поверхностью рефлектора на расстоянии порядка четверти длины волны нижней границы частотного диапазона, причем каждый несимметричный диполь снабжен реактивным шлейфом, замкнутым на землю, реактивный шлейф и несимметричный диполь соединены металлическим переходом, а на пересечении осей каждого диполя расположена металлическая втулка, к которой прикреплена металлическая крышка цилиндрической формы, а между ними расположена полиимидная шайба, при этом конструктивно несимметричные диполи закреплены на полой металлической трубе, а в полости трубы расположены две пары коаксиального термоустойчивого кабеля, на другом конце трубы расположен дополнительный рефлектор диаметром не более полутора длин волн верхней границы частотного диапазона.An ultra-wide irradiator with a high coefficient of ellipticity, comprising dipoles, a feeding system for each dipole, characterized in that the crossed asymmetric dipoles in the shape of a petal are located in a common plane horizontally above the reflector surface at a distance of about a quarter of the wavelength of the lower boundary of the frequency range, with each asymmetric dipole provided a reactive loop closed to ground, a reactive loop and an asymmetric dipole are connected by a metal transition, and at the intersection of the axes, each of the dipole, there is a metal sleeve to which a metal cap of cylindrical shape is attached, and between them there is a polyimide washer, while structurally asymmetric dipoles are mounted on the hollow metal pipe, and two pairs of coaxial heat-resistant cable are located in the pipe cavity, at the other end of the pipe there is an additional reflector with a diameter of not more than one and a half wavelengths of the upper boundary of the frequency range.

Description

Область примененияApplication area

Полезная модель предназначена для построения зеркальных антенн круговой поляризации с развязкой между левым и правым направлением вращения не менее - 23 дБ при полосе пропускания равной октаве.The utility model is intended for constructing circular polarized reflector antennas with isolation between the left and right directions of rotation of at least 23 dB with a passband equal to an octave.

Уровень техникиState of the art

Известна турникетная антенна [см. патент RU №2236733, МПК H01Q 21/26, 10.07.2003], которая состоит из симметрирующего устройства, выполненного из трубок, закрепленных на плоском экране и образующих двухпроводный короткозамкнутый шлейф, длина которого изменяется с помощью короткозамыкателя, выполненного в виде диска с отверстиями для трубок симметрирующего устройства. Верхняя часть коаксиальной линии первой трубки выполнена в виде односекционного четвертьволнового согласующего трансформатора, верхний конец центрального проводника которого соединен с центральным проводником, проложенным во второй трубке и образующим с ней разомкнутый коаксиальный шлейф. Коаксиальные соединители соединены с выходными плечами коаксиального тройника, расположенного с противоположной стороны плоского экрана.A turnstile antenna is known [see RU patent No. 2236733, IPC H01Q 21/26, 07/10/2003], which consists of a balancing device made of tubes mounted on a flat screen and forming a two-wire short-circuit cable, the length of which is changed using a short circuit made in the form of a disk with holes for tubes of a balancing device. The upper part of the coaxial line of the first tube is made in the form of a single-section quarter-wave matching transformer, the upper end of the central conductor of which is connected to the central conductor laid in the second tube and forming an open coaxial loop with it. Coaxial connectors are connected to the output arms of a coaxial tee located on the opposite side of the flat screen.

Известна также широкополосная турникетная антенна, наиболее близкая к заявленной полезной модели, [см. патент SU №1712995, МПК H01Q 21/26, 15.02.1992], которая содержит две пары полуволновых прямолинейных симметричных вибраторов, размещенных в одной плоскости ортогонально в полом резонаторе и подключенных к квадратурному мосту посредством симметрирующего устройства. Полуволновые прямолинейные симметричные вибраторы установлены над дном полого резонатора и введены средний и верхний металлические экраны расположенные под и над прямолинейными симметричными вибраторами соответственно.Also known is a broadband turnstile antenna closest to the claimed utility model, [see SU patent No. 1712995, IPC H01Q 21/26, 02.15.1992], which contains two pairs of half-wave rectilinear symmetrical vibrators placed in the same plane orthogonally in the hollow resonator and connected to the quadrature bridge by means of a balancing device. Half-wave rectilinear symmetric vibrators are installed above the bottom of the hollow resonator and introduced the middle and upper metal screens located below and above the rectilinear symmetric vibrators, respectively.

Недостатками данных устройств является то, что используемые вибраторы симметричны, таким образом, для их скрещивания необходимо разносить точки возбуждения по высоте, что ведет к отличию согласования каждого из них и в свою очередь, может повлиять на равномерность амплитуды возбуждения в полосе частот, так же использование симметричных вибраторов не позволяет регулировать амплитуду и фазу сигнала в каждом из плеч в отдельности, что нередко требуется в готовом макете или целом изделии.The disadvantages of these devices is that the vibrators used are symmetrical, therefore, to cross them, it is necessary to distribute the excitation points in height, which leads to a difference in matching of each of them and, in turn, can affect the uniformity of the excitation amplitude in the frequency band, as well symmetric vibrators does not allow you to adjust the amplitude and phase of the signal in each of the arms separately, which is often required in the finished layout or the whole product.

Использование металлических трубок в качестве плеч каждого симметричного вибратора накладывает ограничение на частоты, при которых возможно изготовить данный излучатель.The use of metal tubes as the arms of each symmetrical vibrator imposes a limitation on the frequencies at which this emitter can be manufactured.

Кроме того, несмотря на широкую полосу пропускания антенны в целом, невозможно получить развязку между левой и правой эллиптической поляризацией выше - 17 дБ, и, как следствие, коэффициент эллиптичности выше 0.8. Причиной является симметричное возбуждение вибраторов и недостаточная развязка между линейными поляризациями ортогональных плеч антенны.In addition, despite the wide passband of the antenna as a whole, it is impossible to obtain a decoupling between the left and right elliptical polarizations higher than 17 dB, and, as a result, the ellipticity coefficient is higher than 0.8. The reason is the symmetric excitation of the vibrators and the insufficient isolation between the linear polarizations of the orthogonal arms of the antenna.

Сущность полезной моделиUtility Model Essence

Техническим результатом предложенного решения является повышение минимального уровня развязки между левым и правым направлением вращения круговой поляризации поля до - 23 дБ в пределах ширины основного лепестка диаграммы направленности зеркальных антенн с полосой пропускания равной октаве.The technical result of the proposed solution is to increase the minimum level of isolation between the left and right direction of rotation of the circular polarization of the field to - 23 dB within the width of the main lobe of the directivity pattern of mirror antennas with a passband equal to an octave.

Основной технический результат достигается тем, чтоThe main technical result is achieved by the fact that

- сверхширокополосный облучатель содержит диполи, систему запитки для каждого диполя,- ultra-wideband irradiator contains dipoles, a feeding system for each dipole,

- несимметричные диполи в форме лепестка, расположенные в общей плоскости горизонтально над поверхностью рефлектора на расстоянии порядка четверти длины волны нижней границы частотного диапазона- asymmetric petal-shaped dipoles located in a common plane horizontally above the reflector surface at a distance of the order of a quarter of the wavelength of the lower boundary of the frequency range

- каждый несимметричный диполь снабжен реактивным шлейфом, замкнутым на землю,- each asymmetric dipole is equipped with a reactive loop closed to the ground,

- реактивный шлейф и несимметричный диполь соединены металлическим переходом,- a jet loop and an asymmetric dipole are connected by a metal transition,

- на пересечении осей каждого диполя расположена металлическая втулка, к которой крепится металлическая крышка цилиндрической формы, а между ними расположена полиимидная шайба, при этом конструктивно несимметричные диполи закреплены на металлической трубе, а в полости трубы расположены две пары коаксиального термоустойчивого кабеля, на другом конце трубы установлен дополнительный рефлектор диаметром не более полутора длин волн верхней границы частотного диапазона.- at the intersection of the axes of each dipole there is a metal sleeve to which a metal cap of cylindrical shape is attached, and between them there is a polyimide washer, while structurally asymmetric dipoles are mounted on a metal pipe, and two pairs of coaxial heat-resistant cable are located in the pipe cavity, at the other end of the pipe an additional reflector with a diameter of not more than one and a half wavelengths of the upper boundary of the frequency range is installed.

Использование несимметричных диполей значительно сокращает изменение положения фазового центра облучателя. Изменение составляет не более четверти длины волны верхней границы частотного диапазона. Таким образом, при помещении облучателя в фокус зеркала, расфазировка отраженных от его поверхности лучей становится минимальной, что увеличивает как коэффициент эллиптичности, так и уменьшает уровень первых боковых лепестков зеркальной антенны в целом, не давая выйти за границу выше - 20 дБ в полосе частот равной октаве.The use of asymmetric dipoles significantly reduces the change in the position of the phase center of the irradiator. The change is not more than a quarter of the wavelength of the upper boundary of the frequency range. Thus, when the irradiator is placed in the focus of the mirror, the misphasing of the rays reflected from its surface becomes minimal, which increases both the ellipticity coefficient and reduces the level of the first side lobes of the mirror antenna as a whole, preventing it from going beyond the limit of - 20 dB in the frequency band equal to octave.

Расположение несимметричных диполей в одной плоскости решает задачу совмещения фазовых центров их ортогональных пар. Таким образом, увеличивается значение коэффициента эллиптичности в широкой полосе частот (не менее октавы), т.к. отсутствие разнесения фазовых центров минимизирует ошибку разности фаз ортогональных пар диполей, связанную с несовпадением их начала отсчета каждого фазового фронта.The location of asymmetric dipoles in one plane solves the problem of combining the phase centers of their orthogonal pairs. Thus, the ellipticity coefficient increases in a wide frequency band (not less than an octave), because the absence of separation of phase centers minimizes the error of the phase difference of the orthogonal pairs of dipoles associated with the mismatch of their reference point of each phase front.

Выполнение несимметричных диполей в виде лепестков позволяет расширить полосу согласования облучателя за счет изменения вида кривой реактивной части полного входного комплексного сопротивления. В этом случае уменьшается как емкостная, так и индуктивная составляющая сопротивления в полосе частот равной не менее октавы. Использование короткозамкнутых реактивных шлейфов, соединенных с каждым несимметричным диполем, соединенных металлическим переходом, так же позволяет расширить полосу согласования облучателя за счет компенсации оставшейся реактивной части входного комплексного сопротивления путем подбирания ширины и длины реактивного шлейфа.The implementation of asymmetric dipoles in the form of petals allows you to expand the matching band of the irradiator by changing the shape of the curve of the reactive part of the total input complex resistance. In this case, both the capacitive and inductive components of the resistance in the frequency band equal to at least an octave are reduced. The use of short-circuited reactive loops connected to each asymmetric dipole, connected by a metal junction, also allows you to expand the matching band of the irradiator by compensating for the remaining reactive part of the input complex resistance by selecting the width and length of the reactive loop.

Использование металлической втулки, к которой крепится металлическая крышка цилиндрической формы и полиимидная шайба служат для достижения необходимого уровня добавочной емкости в сопротивлении облучателя.The use of a metal sleeve to which a metal cap of a cylindrical shape and a polyimide washer are attached serve to achieve the required level of additional capacitance in the resistance of the irradiator.

Дополнительный рефлектор служит как инструмент, позволяющий регулировать уровень развязки между противоположными направлениями вращения круговой поляризации. Его диаметр и расстояние до основного рефлектора изменяет как поляризационные свойства всей антенны, в которой используется облучатель, так и ее направленные характеристики.An additional reflector serves as a tool that allows you to adjust the level of isolation between opposite directions of rotation of circular polarization. Its diameter and distance to the main reflector changes both the polarization properties of the entire antenna in which the irradiator is used, and its directional characteristics.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 представлен общий вид облучателя, на фиг. 2 представлен вид облучателя в продольном срезе.In FIG. 1 shows a general view of the irradiator, FIG. 2 shows a view of the irradiator in a longitudinal section.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Сверхширокополосный облучатель с высоким коэффициентом эллиптичности представляет собой объемную дипольную антенну турникетного типа. Скрещенные несимметричные диполи 1 в форме лепестка расположены в общей плоскости горизонтально над поверхностью рефлектора 2 на расстоянии порядка четверти длины волны нижней границы частотного диапазона. Каждый несимметричный диполь 1 имеет реактивный шлейф 3, замкнутый на землю, при этом шлейф 3 и диполь 1 соединены металлическим переходом 4. Возбуждение каждого из четырех независимых диполей 1 осуществляется жестким коаксиальным кабелем 5 равной электрической длины по схеме парафазной запитки. На пересечении осей каждого диполя 1 расположена металлическая втулка 6, к которой крепится металлическая крышка 7 цилиндрической формы с определенным значением высоты, при этом между ними проложена полиимидная шайба 8 для достижения необходимого уровня добавочной емкости в сопротивлении облучателя. Конструкция несимметричных диполей 1 расположена на полой металлической трубе 9, в которой проходят две пары коаксиального термоустойчивого кабеля 5. Продолжение данной трубы соединяется с дополнительным рефлектором 10 диаметром не более полутора длин волн верхней границы частотного диапазона.The ultra-wide band irradiator with a high ellipticity coefficient is a turnstile type surround dipole antenna. Crossed asymmetrical petal-shaped dipoles 1 are located in a common plane horizontally above the surface of the reflector 2 at a distance of about a quarter of the wavelength of the lower boundary of the frequency range. Each asymmetric dipole 1 has a reactive loop 3 closed to ground, while the loop 3 and dipole 1 are connected by a metal junction 4. Each of the four independent dipoles 1 is excited by a rigid coaxial cable 5 of equal electrical length according to the paraphase feeding circuit. At the intersection of the axes of each dipole 1, there is a metal sleeve 6 to which a metal cover 7 of a cylindrical shape with a certain height value is attached, while a polyimide washer 8 is laid between them to achieve the required level of additional capacitance in the resistance of the irradiator. The design of asymmetric dipoles 1 is located on a hollow metal pipe 9, in which two pairs of coaxial heat-resistant cable 5 pass. The extension of this pipe is connected to an additional reflector 10 with a diameter of no more than one and a half wavelengths of the upper boundary of the frequency range.

Сверхширокополосный облучатель работает следующим образом. Каждый несимметричный диполь 1 возбуждается коаксиальной линией передачи 5 соответствующей одной из четырех отдельно развязанных каналов, при этом двигаясь в направлении кругового вращения относительно центра пересечения осей каждого диполя 1, набег фазы между соседними диполями 1 составляет 90 градусов, образуя последовательность 0-90-180-270 или 0-270-180-90 градусов. Возбуждение всех несимметричных диполей 1 равной амплитудой в совокупности с условием квадратурного набега фазы формирует электрическое поле круговой поляризации. Задавая ту или иную последовательность набега фазы, изменяется направление вращения вектора электрического поля, определяющее правый или левый круг поляризации. Электромагнитная волна, отражаясь от основного рефлектора 2, синфазно складывается с волнами в том же направлении, тем самым формируя диаграмму направленности с главным лепестком в одной полуплоскости.Ultrawide irradiator operates as follows. Each asymmetric dipole 1 is excited by a coaxial transmission line 5 corresponding to one of four separately decoupled channels, while moving in the direction of circular rotation relative to the center of intersection of the axes of each dipole 1, the phase incursion between adjacent dipoles 1 is 90 degrees, forming a sequence 0-90-180- 270 or 0-270-180-90 degrees. The excitation of all asymmetric dipoles 1 with equal amplitude in combination with the condition of quadrature phase incursion forms an electric field of circular polarization. By setting this or that phase incursion sequence, the direction of rotation of the electric field vector changes, which determines the right or left circle of polarization. An electromagnetic wave, reflected from the main reflector 2, is in phase with the waves in the same direction, thereby forming a radiation pattern with the main lobe in one half-plane.

Таким образом, независимое возбуждение каждого несимметричного диполя значительно расширяет полосу пропускания облучателя при жестком условии развязки между ортогональными скрещенными парами - 70 дБ. При этом существует возможность регулировки амплитуды и фазы излучения в каждом из четырех независимых плеч облучателя, что позволяет проводить техническую настройку направленных характеристик реальных образцов.Thus, the independent excitation of each asymmetric dipole significantly expands the passband of the irradiator under the stringent decoupling condition between orthogonal crossed pairs - 70 dB. At the same time, it is possible to adjust the amplitude and phase of the radiation in each of the four independent arms of the irradiator, which allows for the technical adjustment of the directional characteristics of real samples.

Предложенное решение также позволяет использовать печатные технологии, что значительно увеличивает повторяемость всех образцов при серийном производстве.The proposed solution also allows the use of printing technology, which significantly increases the repeatability of all samples in serial production.

Claims

An ultra-wide irradiator with a high coefficient of ellipticity, comprising dipoles, a feeding system for each dipole, characterized in that the crossed asymmetric dipoles in the shape of a petal are located in a common plane horizontally above the reflector surface at a distance of about a quarter of the wavelength of the lower boundary of the frequency range, with each asymmetric dipole provided a reactive loop closed to ground, a reactive loop and an asymmetric dipole are connected by a metal transition, and at the intersection of the axes, each of the dipole, there is a metal sleeve to which a metal cap of cylindrical shape is attached, and between them there is a polyimide washer, while structurally asymmetric dipoles are mounted on the hollow metal pipe, and two pairs of coaxial heat-resistant cable are located in the pipe cavity, at the other end of the pipe there is an additional reflector with a diameter of not more than one and a half wavelengths of the upper boundary of the frequency range.