Исследование возможностей согласования раскрыва многоэлементного приемо-передающего облучателя

Abstract

Currently, aperture antennas with spatial excitation, such as reflector antennas and phased array antennas, are widely used in radar. The composition of such an antenna includes an irradiator, which can be made in the form of a small-element array of radiators to form a set of necessary radiation patterns. Monopulse irradiators are often used, which form both total and difference directional patterns. When performing an irradiator based on waveguide parts, radiators in the form of horns or open ends of waveguides are installed in its aperture. Waveguide irradiators with four and twelve horns are widely used. One of the main electrical characteristics of such an irradiator when used as part of a receiving-transmitting antenna is the isolation of the transmitting and receiving paths. Matching the aperture of the transmitting and receiving irradiator has a significant effect on the isolation of its waveguide channels. With small transverse dimensions of the radiators in the form of open ends of waveguides, it is not possible to obtain high isolation of waveguide channels without the use of additional matching elements. The task of research the effect of matching the aperture of a waveguide multi-element irradiator on the isolation of its transmitting and receiving channels, as well as the ways of matching its radiators, is set.The article considers a four-horn irradiator, the aperture of which contains radiators in the form of open ends of a square waveguide. Each radiator has the radius rounding required for the manufacture of the product using the available technological processes. To match the emitter, a dielectric plate is installed inside it. During the research the thickness of the plate and its location relative to the aperture plane changed. The characteristics of matching the radiators with a plate made of teflon, polyethylene and ST-4 material based on polymers filled with titanium dioxide are presented.The proposed method of matching the opening of a multi-element irradiator with a transverse emitter size of 0,68λ (λ is the wavelength in free space corresponding to the average frequency of the operating band) makes it possible to improve the isolation of the receiving and transmitting waveguide channels by at least 4 dB in the frequency band of up to 3%.В настоящее время широкое применение в радиолокации находят апертурные антенны с пространственным возбуждением, такие как зеркальные антенны и фазированные антенные решетки. В состав такой антенны входит облучатель, который может выполняться в виде малоэлементной решетки излучателей для формирования набора необходимых диаграмм направленности. Часто используются моноимпульсные облучатели, формирующие как суммарную, так и разностные диаграммы направленности. При выполнении облучателя на основе волноводных узлов и трактов в его раскрыве устанавливаются излучатели в виде рупоров или открытых концов волноводов. Широкое распространение получили волноводные облучатели с четырьмя и двенадцатью рупорами. Одной из основных электрических характеристик такого облучателя при использовании его в составе приемо-передающей антенны является развязка передающего и приемного трактов. Согласование раскрыва приемо-передающего облучателя оказывает существенное влияние на развязку его волноводных трактов. При малых поперечных размерах излучателей в виде открытых концов волноводов не удается получить высокие показатели развязки волноводных трактов без применения дополнительных согласующих элементов. Поставлена задача исследования влияния согласования раскрыва волноводного многоэлементного облучателя на развязку его передающего и приемного трактов, а также способов согласования его излучателей.В статье рассмотрен четырехрупорный облучатель, раскрыв которого содержит излучатели в виде открытых концов квадратного волновода. В каждом излучателе предусмотрены радиусные скругления, необходимые для изготовления изделия с применением доступных технологических процессов. Для согласования излучателя внутри него устанавливается диэлектрическая пластина. В процессе исследования изменялись толщина пластины и ее расположение относительно плоскости раскрыва. Представлены характеристики согласования излучателей с пластиной из фторопласта,  полиэтилена и материала СТ-4 на основе полимеров, наполненных двуокисью титана.Предложенный способ согласования раскрыва многоэлементного облучателя при поперечном размере излучателя 0,68λ (λ – длина волны в свободном пространстве, соответствующая средней частоте рабочего диапазона) позволяет в полосе частот до 3% улучшить развязку приемного и передающего волноводных трактов не менее чем на 4 дБ