Устройство формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимыми амплитудными распределениями

Настоящее устройство относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в различных радиотехнических устройствах, таких как фазированные антенные решетки, в качестве диаграммообразующего элемента, например, предназначенного для работы с запросчиком стандарта Mk-XII. Техническим результатом является разработка устройства для формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимыми амплитудными распределениями, характеризующегося малыми габаритами, технологичностью изготовления и низким уровнем потерь мощности, предназначенного для работы с запросчиком стандарта Mk-XII. Технический результат достигается тем, что устройство для формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимыми амплитудными распределениями, содержащее диэлектрическую подложку, на которой закреплены входные и выходные полосковые проводники, делители Вилкинсона, соединенные по параллельной схеме, отличается от прототипа тем, что входные полосковые проводники, представленные суммарным, разностным и компенсационным делителями мощности, и соответствующие выходные полосковые проводники, соединенные кольцевыми мостами U-образного изгиба, выходы которых связаны с разъемами подключения излучателей, расположены на одной стороне диэлектрической подложки, размещенной в металлическом корпусе, на торцах которого выполнены разъемы суммарного, разностного, компенсационного делителей мощности и антенны подавления задних лепестков, а на поверхности - разъемы для подключения излучателей. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее устройство относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в различных радиотехнических устройствах, таких как фазированные антенные решетки, в качестве диаграммообразующего элемента, например, предназначенного для работы с запросчиком стандарта Mk-XII.

Известна линейная антенная решетка, формирующая диаграммы направленности суммарного и разностного типов, по авторскому свидетельству SU 728635 А, приоритет 19.03.1971 г., которая содержит двухканальное суммарно-разностное устройство возбуждения, состоящее из двух делителей мощности, кольцевых мостов, входы каждого из которых соединены с делителями мощности, а выходы, соответственно, с парами излучателей.

Недостатком данной антенной решетки является то, что по мере увеличения количества излучателей N, сложность устройства пропорционально возрастает, что затрудняет его физическую реализацию и на практике требует дополнительных решений по улучшению массогабаритных показателей и технологичности изготовления без значительного ухудшения основных параметров.

Известен полосковый делитель/сумматор мощности (варианты) по патенту на полезную модель RU 154073 U1, приоритет 03.03.2014 г., который реализован в виде полосковой линии с воздушным заполнением и размещен в металлическом корпусе, на поверхности которого установлены коаксиально-полосковые переходы врубного типа.

Недостатком устройства является относительно большие габариты, что ограничивает число размещаемых каналов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является многоканальный делитель мощности по патенту на изобретение RU 2396645 С1, дата приоритета 14.07.2009 г., содержащий диэлектрическую подложку с входным полосковым проводником и выходными полосковыми проводниками, N-1 делителей Вилкинсона, 2N микрополосковых проводников, причем каждый из N выходных микрополосковых проводников связан с делителями Вилкинсона, где N целое число больше 1.

К недостаткам данного устройства относится высокая сложность изготовления многослойной СВЧ платы, наличие большого количества межслойных СВЧ переходов, увеличивающих потери мощности.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является создание диаграмообразующего устройства с двумя независимыми амплитудными распределениями, малых габаритов, с минимальными потерями мощности, предназначенного для работы с запросчиком стандарта Mk-XII.

Решение указанной технической проблемы достигается тем, что диэлектрическая подложка, на которой расположены входные и выходные полосковые проводники, делители Вилкинсона, соединенные по параллельной схеме, при этом входные полосковые проводники, представленные суммарным, разностным и компенсационным делителями мощности, и соответствующие выходные полосковые проводники, соединенные кольцевыми мостами U-образного изгиба, выходы которых связаны с разъемами подключения излучателей, расположены на одной стороне диэлектрической подложки, размещенной в металлическом корпусе, на торцах которого выполнены разъемы суммарного, разностного, компенсационного делителей мощности и антенны подавления задних лепестков, а на поверхности - разъемы для подключения излучателей.

Техническим результатом является разработка шестнадцатиканального устройства для формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимыми амплитудными распределениями, характеризующегося малыми габаритами, технологичностью изготовления и низким уровнем потерь мощности, предназначенного для работы с запросчиком стандарта Mk-XII.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежных рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, техническое решение соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в технических решениях, а использование их в заявленной совокупности дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Предлагаемое устройство формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимыми амплитудными распределениями (далее устройство) иллюстрируется чертежами:

фиг. 1 - общий вид устройства;

фиг. 2 - общий вид устройства по слоям;

фиг. 3 - диэлектрическая подложка;

фиг. 4 - делитель мощности;

фиг. 5 - кольцевой мост U-образного изгиба;

фиг. 6 - делитель Вилкинсона;

фиг. 7 - коаксиально-полосковый переход.

Устройство (фиг. 1, 2) состоит из диэлектрической подложки 1, которая располагается в экранирующим металлическом корпусе 2 между слоями с пенополистироловым заполнением 3, и набором диэлектрических втулок 4. Диэлектрические втулки 4 служат для обеспечения взаимного расположения корпуса 2 и диэлектрической подложки 1.

На одной стороне (фиг. 2, 3) диэлектрической подложки 1 закреплены входные и выходные полосковые проводники, представленные делителем мощности 5 суммарного канала, делителем мощности 6 разностного канала, делителем мощности 7 компенсационного канала с делителями 8 Вилкинсона и кольцевыми мостами 9 U-образного изгиба.

Вход каждого делителя мощности 5, 6 с несимметричным делением (фиг. 4) состоит из входного плеча 10, для подводимой СВЧ мощности, первого 11 и второго 12 четвертьволновых трансформаторов, первого 13 и второго 14 плеч, которые соединяются с делителями 8 Вилкинсона.

Выходы делителей мощности суммарного канала 5 и разностного канала 6 объединяются восьмью кольцевыми мостами 9, девятый кольцевой мост 9 присоединен к одному из выходов делителя мощности 5 суммарного канала и выходу делителя мощности 7 компенсационного канала.

Делитель мощности 7 компенсационного канала соединен с антенной 15 подавления задних лепестков (АПЗЛ).

На верхнем торце корпуса 2 (фиг. 1) расположены разъем 16 делителя мощности 6 разностного канала, разъем 17 АПЗЛ 15, разъем 18 делителя мощности 7 компенсационного канала, на нижнем торце корпуса 2 расположен разъем 19 делителя мощности 5 суммарного канала, на поверхности корпуса 2 установлено шестнадцать разъемов 20 в виде коаксиально-полосковых переходов для подключения излучателей (не показаны).

Кольцевой мост 9 (фиг. 5) представляет собой замкнутый изогнутый полосок общей длиной 1,5λ, где λ - длина волны, состоит из двух полосковых плеч 21 для подключения выходов делителя мощности 5 суммарного канала и делителя мощности 6 разностного канала, плеч 22 и 23 под разъемы 20.

Делитель 8 Вилкинсона (фиг. 6) с несимметричным делением состоит из входного плеча 24 для подводимой СВЧ мощности, первого 25 и второго 26 выходных плеч, первого 27, второго 28, третьего 29, четвертого 30 и пятого 31 четвертьволновых трансформаторов, балансного резистора 32. К балансному резистору 32 присоединены две изогнутые полуволновые линии 33 с Z_лин=2Z₀, где Z₀ - волновое сопротивление регулярной полосковой линии, которые вторыми своими концами перпендикулярно присоединяются между первым 27 и третьим 29, и вторым 28 и четвертым 29 трансформаторами. Балансный резистор 32 расположен на расстоянии λ/2 от точек подключения между трансформаторами 28, 30 и 39, 31, обеспечивая необходимую развязку между первым 25 и вторым 26 выходными плечами.

Каждый разъем 20 коаксиально-полоскового перехода (фиг. 7) содержит корпус разъема 34, центральную жилу 35, зажимную цангу 36, диэлектрическую втулку 37 разъема.

Устройство для формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимым амплитудным распределением работает следующим образом.

СВЧ сигнал через разъем 19 поступает на вход делителя мощности 5 суммарного канала, далее на делители 8 Вилкинсона, и распределяется на восемь выходов с равной фазой и амплитудой (косинус на пьедестале) за счет неравномерного деления. Далее сигнал, проходя через кольцевые мосты 9, делится на шестнадцать выходных плеч 22, 23 и поступает на разъемы 20.

Делитель мощности 6 разностного канала имеет спадающую амплитуду (распределение Бейлисса). В отличие от делителя мощности 5 суммарного канала, в формировании амплитудного распределения участвует меньше на один кольцевой мост 9. Выходные плечи 22, 23 на каждом кольцевом мосту 9 со стороны делителя мощности 6 разностного канала находятся в противофазе.

Делитель мощности 7 канала компенсации формирует сигнал от антенны 17 подавления задних лепестков (ПЗЛ) и двух центральных излучателей (не показаны), подключенных в противофазе между собой на одном кольцевом мосту 9.

Такое выполнение шестнадцатиканального устройства, характеризующегося малыми габаритами, технологичностью изготовления и низким уровнем потерь мощности, позволяет формировать суммарную и разностную диаграммы направленности с независимыми амплитудными распределениями.

1. Устройство для формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимыми амплитудными распределениями, содержащее диэлектрическую подложку, на которой закреплены входные и выходные полосковые проводники, делители Вилкинсона, соединенные по параллельной схеме, отличающееся тем, что входные полосковые проводники, представленные суммарным, разностным и компенсационным делителями мощности, и соответствующие выходные полосковые проводники, соединенные кольцевыми мостами U-образного изгиба, выходы которых связаны с разъемами подключения излучателей, расположены на одной стороне диэлектрической подложки, размещенной в металлическом корпусе, на торцах которого выполнены разъемы суммарного, разностного, компенсационного делителей мощности и антенны подавления задних лепестков, а на поверхности - разъемы для подключения излучателей.

2. Устройство для формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимыми амплитудными распределениями по п. 1, отличающееся тем, что разъемы для подключения излучающих элементов выполнены в виде коаксиально-полосковых переходов и расположены непосредственно над выходами кольцевых мостов.

3. Устройство для формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимыми амплитудными распределениями по п. 1, отличающееся тем, что металлический корпус выполнен с пенополистироловым заполнением.

4. Устройство для формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимыми амплитудными распределениями по п. 1, отличающееся тем, что к балансному резистору делителя Вилкинсона присоединены изогнутые полуволновые полосковые линии, вторые концы которых подключены перпендикулярно в месте соединения двух четвертьволновых трансформаторов.

5. Устройство для формирования суммарной и разностной диаграмм направленности с независимыми амплитудными распределениями по п. 1, отличающееся тем, что предназначено для работы с запросчиком стандарта Mk-XII.