MICROSTRIP CROSSOVER FOR THE UHF RANGE BASED ON COMPACT LOOP MODIFICATIONS

Abstract

микрополосковые многолучевые схемы диаграммообразования фазированных антенных решеток могут содержать кроссоверы, обеспечивающие передачу мощности полезного сигнала по взаимно-пересекающимся направлениям в одной плоскости. Классические микрополосковые кроссоверы представляют собой каскадное соединение двух сонаправленных ответвителей, каждый из которых при реализации на основе четвертьволновых шлейфов обладает существенными размерами в диапазоне ультравысоких частот. Цель работы заключается в минимизации размеров кроссовера на основе ответвителей за счёт замены четвертьволновых шлейфов, формирующих топологию кроссовера, на их эквивалентные малоразмерные модификации. В качестве альтернативы исходным отрезкам линии передачи взяты комбинации Т- и П-образных шлейфов, совмещенных со встречно-штыревыми структурами и меандровыми линиями, анализ и синтез которых выполнен авторами в более ранних публикациях. Предложенное конфигурирование позволяет добиться эффективного использования свободного пространства внутри кроссовера и, тем самым, значительно сократить габаритные размеры устройства. Частотные свойства классического микрополоскового кроссовера и оригинального кроссовера, реализованного на модифицированных шлейфах, исследованы на основе строгого электродинамического моделирования методом моментов. Представлены и сопоставлены амплитудно-частотные характеристики классического и модифицированного кроссоверов. Установлено, что площадь, занимаемая модифицированным устройством, более чем на 80 % меньше по сравнению с традиционной конструкцией. Однако пятикратное снижение габаритов кроссовера сопровождается сужением рабочей полосы частот в полтора раза microstrip multi-beam phased array antenna systems may include crossovers that enable the transmission of useful signal power in mutually intersecting directions in a single plane. Classical microstrip crossovers consist of a cascade connection of two co-directional dividers, each of which, when implemented based on quarter-wave loops, has significant dimensions in the UHF range. The aim of this work is to minimize the size of the crossover by replacing the quarter-wave loops, which form the crossover topology, with their equivalent compact modifications. Combinations of T- and Pi-shaped loop sections combined with back-to-back structures and meander lines are taken as alternatives to the original transmission line segments, the analysis and synthesis of which were carried out by the authors in earlier publications. This proposed configuration allows for the efficient use of free space within the crossover and thus significantly reduces the dimensions of the device. The frequency properties of the classical microstrip crossover and the original crossover implemented on modified loops were studied based on rigorous electromagnetic modeling using the method of moments. The amplitude-frequency characteristics of the classical and modified crossovers are presented and compared. It was found that the area occupied by the modified device is more than 80 % smaller compared to the traditional construction. However, the fivefold reduction in the dimensions of the crossover is accompanied by a narrowing of the operating frequency band by one and a half times