Антенный элемент фазированной антенной решетки с управляемым поляризатором

Реферат

Элемент фазированной антенной решетки с управляемым поляриза-тором

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в антенных системах сверхвысокочастотного диапазона для управления фа-зовым сдвигом и переключением поляризации электромагнитной волны.

Технический результат полезной модели заключается в снижении по-терь энергии переключения поляризации электромагнитной волны, умень-шении габаритных размеров и массы элемента фазированной антенной ре-шетки с управляемым поляризатором. Результат достигается тем, что эле-мент фазированной антенной решетки с управляемым поляризатором со-держит фазовращатель, соединенный через волноводный переход с управ-ляемым поляризатором, включающим участок металлизированного ферри-тового стержня квадратного сечения, с установленными на нем магнито-проводами. При этом ферритовый фазовращатель имеет линейную поляри-зацию и выполнен на волноводе прямоугольного сечения, продолжением которого является волноводный переход, также выполненный на волново-де прямоугольного сечения, в центре которого по всей длине установлена диэлектрическая пластина. Управляемый поляризатор выполнен на метал-лизированном ферритовом стержне квадратного сечения с двумя или че-тырьмя Г-образными магнитопроводами, установленными на его ребрах. Соединение волноводного перехода с управляемым поляризатором осуще-ствляется через металлическую стенку с квадратным отверстием в центре и присоединенным к ней квадратным волноводом, внутреннее сечение ко-торого равно сечению отверстия.

2005120202

200512020;

МПК: Н010 13/02; Н010 21/00; 21/24

Н01Р 1/17; 1/175; 1/19; 1/40

Элемент фазированной антенной решетки с управляемым поляризатором

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в антенных системах СВЧ диапазона для управления фазовым сдвигом и пе-реключением поляризации электромагнитной волны.

Известен антенный элемент фазированной антенной решетки (патент 118 № 3,938,158 опубликован 10. 02. 1976), содержащий фазовращатель и переключатель поляризации, включающий участок металлизированного ферритового стержня квадратного сечения. Недостатком его являются сложность конструкции, большие габаритные размеры.

Известен антенный элемент фазированной антенной решетки (патент Ки № 2249281 опубликован 27. 03. 2005г.), содержащий в едином конст-руктиве фазовращатель и переключатель поляризации, его основу состав-ляет один общий металлизированный ферритовый стержень с одинаковым или различным круглым сечением по длине. Он имеет фазовращатель кру-говой поляризации с обмоткой управления и ферритовыми магнитопрово-дами, симметрично установленными на участке металлизированного фер-ритового стержня круглого сечения, образующего волновод круглого сече-ния, включающем другой участок металлизированного ферритового стержня круглого сечения и расположенные на нем магнитопроводы, по форме представляющие собой части кольца (два полукольца или четверти кольца), имеющие пазы для фиксации катушки управления переключением поляризации. К недостаткам данного устройства можно отнести повышен-ные потери СВЧ-энергии, большие габаритные размеры.

Наиболее близким к заявляемому по конструкции является антенный элемент фазированной антенной решетки (патент К11 № 2194342 опублико-ван 10. 12. 2002г.), который и выбран в качестве прототипа. Антенный эле-мент содержит в едином конструктиве фазовращатель и переключатель

поляризации, его основу составляют два ферритовых стержня круглого се-чения, между которыми вклеен ферритовый стержень квадратного сечения. Указанные склеенные стержни металлизируются. Переключатель поляри-зации состоит из металлизированного ферритового стержня квадратного сечения, катушки управления и четырех магнитопроводов (по форме пред-ставляющих равнобедренную трапецию), установленных на гранях ферри-тового стержня. Катушка управления переключателя поляризации создает квадрупольное намагничивание и имеет, по меньшей мере, две обмотки -сброса и набора, которые проходят через пазы магнитопроводов. Соедине-ние ферритового фазовращателя с управляемым переключателем поляри-зации выполнено в виде волноводного перехода длиной не менее Х/8, где Х - длина волны в свободном пространстве. Наличие четырех дроссельных щелей позволяет увеличить быстродействие антенного элемента и умень-шить потребляемую мощность. Недостатком данной конструкции являются высокие потери СВЧ-энергии, большие габаритные размеры и масса.

Технический результат заявляемого элемента фазированной антенной решетки (ФАР) с управляемым поляризатором заключается в снижении по-терь проходящей СВЧ-энергии, уменьшении его габаритных размеров и массы.

Технический результат достигается за счет того, что элемент фазиро-ванной антенной решетки с управляемым поляризатором содержит фазов-ращатель, соединенный через волноводный переход с управляемым поля-ризатором, включающим металлизированный ферритовый стержень квад-ратного сечения, образующий волновод квадратного сечения с установлен-ными на нем магнитопроводами, имеющими пазы для фиксации катушки управления поляризатором, которая образована, по меньшей мере, двумя обмотками в виде жгута и расположена внутри пазов магнитопроводов ни-же внешней верхней поверхности магнитопроводов с возможностью обес-печения управляемого перехода с одного вида поляризации на другой в любой последовательности. При этом ферритовый фазовращатель имеет

линейную поляризацию и выполнен на волноводе прямоугольного сечения, продолжением которого является волноводный переход длиной (0,07 -0,12)\ выполненный на волноводе прямоугольного сечения, высота кото-рого равна (0,25 - 0,3)\ а его ширина равна (0,4 - 0,5)\ причем размеры волноводов могут быть как одинаковыми, так и отличными друг от друга. В центре волновода перехода по всей длине установлена диэлектрическая пластина с диэлектрической проницаемостью е == 15 - 17, высота которой составляет (0,4 - 0,8) от высоты волновода перехода, а ширина - (0,4 - 0,7) от ширины волновода перехода. Соединение волноводного перехода с управляемым поляризатором осуществляют через металлическую стенку с квадратным отверстием в центре и присоединенным к ней соосно отвер-стию квадратным металлическим волноводом, внутреннее сечение которо-го равно сечению отверстия. Внутрь волновода помещена часть металлизи-рованного ферритового стержня, на котором выполнен управляемый поля-ризатор. Управляемый поляризатор содержит четыре Г-образных магнито-провода, установленных на ребрах металлизированного ферритового стержня. Металлизированный ферритовый стержень управляемого поля-ризатора может содержать фаски. Управляемый поляризатор вместо четы-рех может содержать два Г-образных магнитопровода, установленных на противоположных ребрах металлизированного ферритового стержня.

Конструкция элемента фазированной антенной решетки с управляе-мым поляризатором показана на рисунках Фиг. 1 - Фиг. 7. Элемент ФАР с управляемым поляризатором содержит ферритовый фазовращатель 1 ли-нейной поляризации, выполненный на волноводе прямоугольного сечения, волноводный переход 2, соединяющий фазовращатель 1 с управляемым поляризатором 3, обеспечивающим работу элемента фазированной антен-ной решетки с управляемым поляризатором на двух линейных ортого-нальных и двух круговых поляризациях. Фазовращатель 1 и управляемый поляризатор 3 соединены через волноводный переход 2 длиной (0,07 -0,12)\ выполненный на прямоугольном волноводе, высота которого равна

4

(0,25 - 0,3)\ а его ширина равна (0,4 - 0,5)\ являющемся продолжением прямоугольного волновода фазовращателя 1, размеры волноводов перехода и фазовращателя в сечении могут быть как одинаковыми, так и различны-ми. В центре волновода перехода 2 по всей длине установлена диэлектри-ческая пластина 4 с диэлектрической проницаемостью 8 =15-17, имею-щая высоту, равную (0,4 - 0,8) от высоты волновода перехода, а ширину -(0,4 - 0,7) от ширины волновода перехода. Управляемый поляризатор 3, выполненный на квадратном металлизированном ферритовом стержне 5, содержит катушку управления 6, состоящую, по меньшей мере, из двух обмоток (обмотки сброса и обмотки набора), четыре или два магнитопро-вода 7 (Фиг, 2, 3), расположенные на противоположных ребрах металлизи-рованного ферритового стержня 5. Магнитопроводы 7 выполнены в виде Г-образных ферритовых скоб, опирающихся на две стороны поверхности металлизированного ферритового стержня 5. При этом магнитопроводы 7 имеют паз 8, выполненный на его внутренней поверхности. В пазы 8 маг-нитопровода уложена управляющая катушка 6. В месте соединения пере-хода с управляемым поляризатором установлена металлическая стенка 9, в центре которой находится квадратное отверстие 10. К стенке 9 соосно от-верстию 10 присоединен квадратный металлический волновод 11, (внут-реннее сечение которого равно сечению отверстия 10), при этом часть ме-таллизированного ферритового стержня 5 помещена в квадратный волно-вод 11. Ферритовый стержень выполнен с фасками 12, исключающими ост-рые кромки, что облегчает его покрытие слоем металлизации и уменьшает количество сколов. Схематичное изображение катушки управления поля-ризатором показано на Фиг. 6. Катушка управления выполнена путем по-следовательного неоднократного прохождения обмоток через пазы магни-топроводов, расположенные на смежных ребрах металлизированного фер-ритового стержня, с образованием многовитковой намотки, выполненной в виде жгута.

Работа элемента фазированной антенной решетки с управляемым по-ляризатором осуществляется в двухимпульсном режиме. Режимы работы показаны на схеме Фиг. 7. Первый импульс напряжения подается на об-мотку сброса, в результате чего магнитная система устанавливается в по-ложение -Вг. Второй импульс напряжения подается на обмотку набора, и магнитная система, в зависимости от длительности импульса, переходит в состояние I, II, III или IV. Состоянию I соответствует горизонтальная по-ляризация, состоянию II - круговая поляризация, состоянию III - верти-кальная поляризация, состоянию IV- круговая поляризация с противопо-ложным направлением относительно поляризации, полученной в состоя-нии II.

Предлагаемая конструкция позволяет значительно уменьшить длину управляемого поляризатора, в результате чего снижаются потери проходя-щей сверхвысокочастотной энергии, уменьшаются габаритные размеры и масса элемента фазированной антенной решетки с управляемым поляриза-тором.

1. Антенный элемент фазированной антенной решетки с управляемым поляризатором, содержащий фазовращатель, соединенный через волноводный переход с управляемым переключателем поляризации, включающим металлизированный ферритовый стержень квадратного сечения, образующий волновод квадратного сечения с установленными на нем магнитопроводами, имеющими пазы для фиксации катушки управления переключателем поляризации, катушка управления переключателем поляризации выполнена по меньшей мере двумя обмотками в виде жгута, расположенными внутри пазов магнитопроводов ниже внешней верхней поверхности магнитопроводов с возможностью обеспечения управляемого перехода с одного вида поляризации на другой в любой последовательности, отличающийся тем, что ферритовый фазовращатель имеет линейную поляризацию и выполнен на волноводе прямоугольного сечения, продолжением которого является волноводный переход длиной (0,07-0,12), также выполненный на волноводе прямоугольного сечения, высота которого равна (0,25-0,3), а его ширина равна (0,4-0,5), причем сечения волноводов могут быть как одинаковыми, так и отличными друг от друга, в центре волновода перехода по всей длине установлена диэлектрическая пластина с диэлектрической проницаемостью =15-17, высота которой составляет (0,4-0,8) от высоты волновода перехода, а ширина - (0,4-0,7) от ширины волновода перехода, причем управляемый переключатель поляризации содержит четыре Г-образных магнитопровода, установленных на ребрах металлизированного ферритового стержня, при этом соединение волноводного перехода с управляемым переключателем поляризации осуществляется через металлическую стенку с квадратным отверстием в центре и присоединенным к ней соосно отверстию квадратным волноводом, внутреннее сечение которого равно сечению отверстия, внутрь волновода помещена часть металлизированного ферритового стержня, на котором выполнен управляемый переключатель поляризации.

2. Антенный элемент фазированной антенной решетки с управляемым поляризатором по п.1, отличающийся тем, что металлизированный ферритовый стержень управляемого переключателя поляризации содержит фаски.

3. Антенный элемент фазированной антенной решетки с управляемым или поляризатором по п.1 или 2, отличающийся тем, что управляемый переключатель поляризации содержит два Г-образных магнитопровода, установленных на противоположных ребрах металлизированного ферритового стержня.