Плоская волноводно-щелевая антенная решетка для моноимпульсной РЛС

В. Г. Кошкидько; В. А. Флейтенг; А. Н. Дементьев; Д. Л. Мясников

doi:10.18127/j03209601-202404-05

Плоская волноводно-щелевая антенная решетка для моноимпульсной РЛС

В. Г. Кошкидько¹, В. А. Флейтенг², А. Н. Дементьев³, Д. Л. Мясников⁴

научная статья УДК 621.396.677 Страницы: 41-49 doi.org/10.18127/j03209601-202404-05

^1,2 Южный федеральный университет (г. Таганрог, Россия)
^3,4 МИРЭА – Российский технологический университет (Москва, Россия)

Ключевые слова: Моноимпульсная антенна волноводно-щелевая антенная решетка энергетический метод

Аннотация

Постановка проблемы. В моноимпульсной радиолокации наряду с зеркальными и линзовыми антеннами часто используют волноводно-щелевые антенные решетки (ВЩАР), особенно в тех случаях, когда требуется иметь плоскую невыступающую форму и компактные размеры. Разработка таких антенн имеет особенности, связанные с использованием нестандартных систем запитки излучающих волноводов, которые можно рассмотреть на примере создания плоской антенны, предназначенной для применения в моноимпульсном радаре поиска и сопровождения.

Цель. Выполнить расчет и моделирование ВЩАР на основе полого металлического волновода с заданным уровнем боковых лепестков и заданной шириной главного лепестка диаграммы направленности.

Результаты. Рассмотрена методика и исследованы особенности проектирования моноимпульсной антенной системы на основе ВЩАР, которая формирует луч, направленный по нормали к плоскости антенны. Выполнен расчет конструкции антенны в пакете компьютерной алгебры MathCad. Для расчета координат продольных щелей на широкой стенке излучающего волновода, а также наклонных щелей на широкой стенке питающего волновода использован энергетический метод. Проведено моделирование характеристик ВЩАР в пакете электродинамического моделирования САПР Ansys HFSS. Представлены рассчитанные диаграммы направленности разработанной антенной решетки в E- и H-плоскостях при суммарном и разностном режимах работы.

Практическая значимость. Предложенный подход может быть применен при разработке практической конструкции антенны для моноимпульсной РЛС.

Поступила: 13.05.2024
Одобрена: 27.05.2024
Принята: 24.07.2024

Для цитирования

Кошкидько В.Г., Флейтенг В.А., Дементьев А.Н., Мясников Д.Л. Плоская волноводно-щелевая антенная решетка для моноимпульсной РЛС // Антенны. 2024. № 4. С. 41–49. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202404-05

Список источников

Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.: Радио и связь. 1984.
Воскресенский Д.И. и др. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование антенных решеток: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Д.И. Воскресенского. Изд. 4-е. М.: Радиотехника. 2012.
Josefsson L., Rengarajan S. Slotted waveguide array antennas: Theory, analysis and design. Scitech Publishing. 2018. DOI: 10.1049/ SBEW517E.
Balanis C.A. Antenna theory: Analysis and design. Ed. 4th. Hoboken, NJ, USA: Wiley. 2016.
Coetzee J.C., Joubert J., McNamara D.A. Off-center-frequency analysis of a complete planar slotted-waveguide array consisting of subarrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2000. V. 48. № 11. P. 1746–1755. DOI: 10.1109/8.900233.
Семенихин А.И., Кошкидько В.Г., Климов А.В. Проектирование зеркальных антенн с помощью пакета Mathcad: Учеб. пособие. Таганрог: Изд-во ЮФУ. 2016. URL: https://hub.lib.sfedu.ru/repository /material/800914249/
Wang W.-X., Wang J. Analysis and design of 8 mm large waveguide longitudinal slot array // Proceedings of 2012 International Workshop on Microwave and Millimeter Wave Circuits and System Technology. 2012. DOI: 10.1109/MMWCST.2012.6238118.
Richardson P.N., Lee H.Y. Design and analysis of slotted waveguide arrays // Microwave Journal. 1988. № 6. P. 109–125. DOI: 10.1002/1098–2760(20001220)27:63.3.CO;2-J.
Elliott R.S. On the design of traveling-wave-fed longitudinal shunt slot arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1979. V. 27. № 5. P. 717–720. DOI: 10.1109/TAP.1979.1142166.
Koshkid'ko V.G., Migalin M.M. Design and investigation of a linear equidistant slotted waveguide antenna // 2017 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). Divnomorskoe, Russia, 26–30 June 2017. Piscataway: IEEE. 2017. P. 291–294. DOI: 10.1109/RSEMW.2017.8103653.
Кошкидько В.Г., Мигалин М.М. Применение макросов языка VBScript при моделировании волноводно-щелевых антенн в САПР Ansys HFSS // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2020. Т. 23. № 1. С. 6–17. DOI: 10.32603/1993-8985-2020-23-1-6-17.
Кошкидько В.Г., Мигалин М.М. Исследование частотной зависимости диаграммы направленности резонансной волноводно-щелевой антенной решетки, состоящей из подрешеток, в САПР Ansys HFSS // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2020. Т. 23. № 4. DOI: 10.32603/1993-8985-2020-23-4-15-24.
Кошкидько В.Г., Мигалин М.М. Разработка линейной эквидистантной волноводно-щелевой антенной решетки и анализ ее направленных свойств // Антенны. 2018. № 2. C. 15–20. DOI: 10.32603/1993-8985-2020-23-4-15-24.
Li T., Meng H., Dou W., Xia G., Zhu H. Design of low sidelobe slotted waveguide monopulse antenna array // Proceedings of 2014 3rd Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation. Harbin, China. 2014. P. 212–214. DOI: 10.1109/APCAP.2014.6992455.
Rengarajan S.R., Zawadzki M.S., Hodges R.E. Waveguide-slot array antenna designs for low-average-sidelobe specifications // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2010. V. 52. № 6. P. 89–98. DOI: 10.1109/MAP.2010.5723227.
Stevenson A.F. Theory of slots in rectangular waveguides // Journal of Applied Physics. 1948. V. 19. № 1. P. 24–38. DOI: 10.1063/1.1697868.
Oliner A. The impedance properties of narrow radiating slots in the broad face of rectangular waveguide: Part I – Theory // IRE Transactions on Antennas and Propagation. 1957. V. 5. № 1. P. 4–11. DOI: 10.1109/TAP.1957.1144488.
Oliner A. The impedance properties of narrow radiating slots in the broad face of rectangular waveguide: Part II – Comparison with measurement // IRE Transactions on Antennas and Propagation. 1957. V. 5. № 1. P. 12–20. DOI: 10.1109/TAP.1957.1144487.

[1] Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.: Радио и связь. 1984.

[2] Воскресенский Д.И. и др. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование антенных решеток: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Д.И. Воскресенского. Изд. 4-е. М.: Радиотехника. 2012.

[3] Josefsson L., Rengarajan S. Slotted waveguide array antennas: Theory, analysis and design. Scitech Publishing. 2018. DOI: 10.1049/ SBEW517E.

[4] Balanis C.A. Antenna theory: Analysis and design. Ed. 4th. Hoboken, NJ, USA: Wiley. 2016.

[5] Coetzee J.C., Joubert J., McNamara D.A. Off-center-frequency analysis of a complete planar slotted-waveguide array consisting of subarrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2000. V. 48. № 11. P. 1746–1755. DOI: 10.1109/8.900233.

[6] Семенихин А.И., Кошкидько В.Г., Климов А.В. Проектирование зеркальных антенн с помощью пакета Mathcad: Учеб. пособие. Таганрог: Изд-во ЮФУ. 2016. URL: https://hub.lib.sfedu.ru/repository /material/800914249/

[7] Wang W.-X., Wang J. Analysis and design of 8 mm large waveguide longitudinal slot array // Proceedings of 2012 International Workshop on Microwave and Millimeter Wave Circuits and System Technology. 2012. DOI: 10.1109/MMWCST.2012.6238118.

[8] Richardson P.N., Lee H.Y. Design and analysis of slotted waveguide arrays // Microwave Journal. 1988. № 6. P. 109–125. DOI: 10.1002/1098–2760(20001220)27:63.3.CO;2-J.

[9] Elliott R.S. On the design of traveling-wave-fed longitudinal shunt slot arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1979. V. 27. № 5. P. 717–720. DOI: 10.1109/TAP.1979.1142166.

[10] Koshkid'ko V.G., Migalin M.M. Design and investigation of a linear equidistant slotted waveguide antenna // 2017 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). Divnomorskoe, Russia, 26–30 June 2017. Piscataway: IEEE. 2017. P. 291–294. DOI: 10.1109/RSEMW.2017.8103653.

[11] Кошкидько В.Г., Мигалин М.М. Применение макросов языка VBScript при моделировании волноводно-щелевых антенн в САПР Ansys HFSS // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2020. Т. 23. № 1. С. 6–17. DOI: 10.32603/1993-8985-2020-23-1-6-17.

[12] Кошкидько В.Г., Мигалин М.М. Исследование частотной зависимости диаграммы направленности резонансной волноводно-щелевой антенной решетки, состоящей из подрешеток, в САПР Ansys HFSS // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2020. Т. 23. № 4. DOI: 10.32603/1993-8985-2020-23-4-15-24.

[13] Кошкидько В.Г., Мигалин М.М. Разработка линейной эквидистантной волноводно-щелевой антенной решетки и анализ ее направленных свойств // Антенны. 2018. № 2. C. 15–20. DOI: 10.32603/1993-8985-2020-23-4-15-24.

[14] Li T., Meng H., Dou W., Xia G., Zhu H. Design of low sidelobe slotted waveguide monopulse antenna array // Proceedings of 2014 3rd Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation. Harbin, China. 2014. P. 212–214. DOI: 10.1109/APCAP.2014.6992455.

[15] Rengarajan S.R., Zawadzki M.S., Hodges R.E. Waveguide-slot array antenna designs for low-average-sidelobe specifications // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2010. V. 52. № 6. P. 89–98. DOI: 10.1109/MAP.2010.5723227.

[16] Stevenson A.F. Theory of slots in rectangular waveguides // Journal of Applied Physics. 1948. V. 19. № 1. P. 24–38. DOI: 10.1063/1.1697868.

[17] Oliner A. The impedance properties of narrow radiating slots in the broad face of rectangular waveguide: Part I – Theory // IRE Transactions on Antennas and Propagation. 1957. V. 5. № 1. P. 4–11. DOI: 10.1109/TAP.1957.1144488.

[18] Oliner A. The impedance properties of narrow radiating slots in the broad face of rectangular waveguide: Part II – Comparison with measurement // IRE Transactions on Antennas and Propagation. 1957. V. 5. № 1. P. 12–20. DOI: 10.1109/TAP.1957.1144487.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи