Антенная решетка с ограниченным сектором сканирования

 

1 .АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ОГРАНИЧЕННЫМ СЕКТОРОМ СКАНИРОВАНИЯ, 1Е1Ы полненная из модулей, расположенных вдоль определенной пространстреннрй линии, каждый из которых состоит из двух групп излучателей и блока их врзбуждепия, срдержащег вход, распределитель мощности лидва каиала, выходы которого подк;шчены линиями передачи к каждой из групп излучателей соответствую кхцего, модуля и включенных в линии передачи элементов связи с группами излучателей других моделей, отличающаяся тем, что с целью расширения рабочей полосы VU W Ьд ; I f i-Ji J I 1 частот пусем ограничения количества модулей, с которыми осуществляется связь каждого соответствующего модуля , элементы связи выполнены в виде двух групп направленных ответвителей , включенных последовательно в каждую линию передачи модуля, причем первая группа направленных ответвителей имеет по крайней мере первый выход для соединения с помощью линий передачи с вторым входом несоседней группы направленных ответвителей, относящихся к излучателям несоседнего модуля, и второй выход для соединения с помощью линии передачи с первым входом соседней группы направленных ответвителей , относящихся к излучателям соседнего модуля, a вторая группа имеет по крайней мере первый вход для соединения с помощью линии передачи с вторым выходом соседней группы направленных ответвителей, относящихся к излучателям соседнего модуля, и второй вход для соединения с помощью линии передачи с первым выводом несоседней группы-направленных ответвителей, относяишхся к излучателям несоседнего модуля. . T i.4 л . C

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

MUHMNI

РЕСПУБЛИН з(я) Н 01 Ц 3/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ЛО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н ПАТЕНТ (21) 2638052/09 (22) 13.07,78 (31) 815617 (32) 14.07.77 (33) США (46) 07.10.83. Вюл. 940 (72) Гарольд А.Вилер (США) (.71) Хэзелтайн Корпорейшн (США) (53) 621.396.677(088.8) (56) 1. Патент США Р 3803625, кл. 343-778, 1974.

2. Патент США Ю 4041501, кл. 343-844, 1977 (прототип). и (54) (57) 1,АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ОГРА» ЯИЧЕННЫМ СЕКТОРОИ СКАНИРОВАНИЯ, вы-. полненная из модулей, расположен ных вдоль определенной простран . ственной линии, каждый из которых состоит иэ двух групп излучателей и блока их возбуждения, содержащего вход, распределитель мощности надва канала, выходы которого подключены лийиямн передачи к каждой из rpynn излучателей соответствующего,модуля и включенных в линии передачи элементов связи с группами излучателей других модулей, отличающаяся тем, что, с целью расширения рабочей полосы

„„SU„„1052174 А частот пу<ем ограничения количества модулей, с которыми осуществляется связь каждого соответствующего модуля, элементы связи выполнены в виде двух групп направленных ответвителей, включенных последовательно в каждую линию передачи модуля, причем первая группа направленных .ответвителей имеет по крайней мере .первый выход для соединения с помощью линий передачи с вторым входом несоседней группы направленных ответвителей, относящихся к излучателям несоседнего модуля, и второй выход для соединения с помощью линии передачи с первым входом со.седней группы направленных ответвителей, относящихся к излучателям соседнего модуля, а вторая группа имеет по крайней мере первый вход для соединения с помощью линии передачи с вторым выходом соседней группы направленных ответвнтелей, относящихся к излучателям соседнего модуля, и второй вход для соединения с помощью линии передачи с первым выходом несоседней группы.направленных ответвнтелей, относящихся к излучателям несоседнего модуля.

1052174

2, Решетка по и. 1 о т л и ч аю щ а я с я тем что общее число направленных ответвителей каждой из двух групп, включенных в линии передачи модуля, равно числу модулей, возбуждаемых при питании входа соответствующего модуля.

3. Решетка по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что при выпол-i ненни. блока возбуждения одного или ! группы модулей на однослойной печатной плате в местах пересечения

Изобретение относится к антенной технике, в частности к фаэированным антенным решеткам (ФАР) с электрическим сканированием луча.

Известны эквидистантные ФАР с ограниченным сектором сканирования луча, в которых реализуется диа- . грамма направленности управляемого излучателя решетки, близкая к прямоугольной так, что интерференционные максимумы вне заданного сектора сканирования эффективно подавляются. Диаграмма направленности управляемого излучателя близкая к прямоугольной, достигается введением схем связи излучателя ре13 шетки с соседними излучателями, при этом эффективно возбуждаемая апертура в решетке при возбуждении одного управляемого излучателя превышает размер, приходя- 20 щийся в решетке на один излучающий элемент (1 g.

В указанном устройстве между излучателями включены элементы связи. При возбуждении одного управ- 25 ляемого входа в решетке возбуждаются три излучателя, причем амплитудно-фазовые распределения при возбуждении двух соседних управля.емых входов как бы перекрываются. ЗО

Возможность формирования диаграммы управляемого излучателя близкой .к прямоугольной в указанном устройстве ограничены из-за малого числа возбуждаемых излучателей при 35 питании с одного управляемого входа °

НаибоЛее близким к предлагаемому является антенная решетка, которая содержит модули, расположенные вдоль определенной про.странственной линии, каждый из . которых состоит из двух групп излучателей и блока их возбуждения.

Блок возбуждения, в свою очередь, содержит вход, распределитель мощ-, 45 полосковых линий передачи включены трехшлейфовые направленные ответвители с полной связью, причем пересекающиеся полосковые линии подключены к диагональным плечам упомяну- . того ответвителя с полной связью.

4. Решетка по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что входы или .выходы направленных ответвителей модулей, расположенных вблизи края антенной решетки, подсоединены к согласованным нагрузкам, 2 ности на два канала, выходы которого подключены линиями передачи к каждой из групп излучателей соответствующего модуля. В указанные .линии передач включены элементы связи с группами излучателей других модулей.

Элементы связи выполнены в виде двух отрезков линий передачи с направленными ответвителяьци, так, что при возбуждении входа одного модуля возбуждаются последовательно группы излучателей других модулей.

При этом размер эффективно возбуждаемой апертуры при возбуждении каждого из модулей соизмерим со всей апертурой решетки. АмплитудНо-фазовое распределение достаточно хорошо аппроксимирует функцию типа sinÕ/Х, что позволяет реализовать диаграмму направленности управляемого элемента, весьма близкую к прямоугольной (2 ).

Однако такое устройство в силу последовательного характера свя- зей между группами излучателей узкополосно.

Цель изобретения — расширение рабочей полосы частот путем ограничения количества модулей, с которыми осуществляется связь каждого соотватствующего модуля.

Указанная цель достигается тем, что в антенной решетке с ограниченным сектором сканирования, выполненной иэ модулей, расположенных вдоль определенной пространственной линии, каждый из которых состоит из двух групп излучателей и блока их возбуждения, содержашего вход, распределитель мощности на два канала, выходы которого подключены линиями передачи к каждой из групп излучателей соответствующего модуля и включенных в линию передачи элементов связи с группами излучателей других моду1052174 лей, элементы связи выполнены в виде двух групп направленных ответвителей, включенных последовательно в каждую линию передачи модуля, причем первая группа направленных ответвителей имеет по крайней мере первый выход для соединения с помощью линии передачи с вторьм входом несоседней группы направленных ответвителей, относящихся K излучателям несоседнего модуля, и второй. выход для соединения с помощью линии передачи с первым входом соседней группы направленных ответвителей, относящихся к излучателям соседнего модуля, а вторая группа направленных ответвителей имеет по крайней мере первый э вход для соединения с помощью линии передачи с вторым выходом соседней группы направленных ответвителей, относящихся к излучателям соседнего модуля, а.второй вход для соединения-с помощью линии передачи с первым выходом несоседней группы направленных ответвителей, относящихся к излучателям несосед-. него модуля.

Кроме того, общее число направленных ответвителей каждой из двух групп, включенных в линии передачи модуля равно числу модулей, возбуждаемых при питании входа соответствующего модуля..

При выполнении блока возбуждения одного или группы модулей на .однослойной печатной плате в местах пересечения полосковых линий передачи включены трехшлейфовые направленные ответвители с полной связью, причем пересекающиеся полосковые линии подключены к диагональным плечам упомянутого ответвителя с, полной связью.

Входы или выходы направленных ответвителей Модулей, расположенных вблизи края антенной решетки, подсоединены к согласованным нагрузкам.

На фиг. 1 показана электрическая схема предлагаемой антенной решетки; на фиг. 2 — двухшлейфовый направленный ответвитель в микрополосковом исполнении, в плане; на фиг. 3— то же, разрез; на фиг. 4 - трехшлейфовый направленный ответвитель в микрополосковом исполнении на фиг. 5 - устройство связи в микро . полосковом исполнении.

Схема устройства (фиг. 1) состоит иэ 8 модулей (1,, ° 18). Êààдый иэ модулей содержит два излучателя (2„2 ... 28,. 28 ) (или две группы

6 Э излучателей s случае двумерной рещетки) и блок возбуждения, включающий в себя вход (3, 38), распределитель мощности на два канала (4 ...4я), линии передачи (5(,5, 58,5 ), соединяющие выходы распре45

66

KaK s соседних модулях 1 3 и 1 5 так и в несоседних 12 и 16. Таким образом, при возбуждении модуля 14 с входа 3 СВЧ мощность.возбуждает группы излучающих элементов как в возбуждаемом модуле, так и в модулях 12-16. На фиг. 1 векторами условно показано амплитуднофазовое распределение на апертуре решетки. Подбирая величину связи направленных ответвителей в каждой из групп, можно реализовать диаграмму управляемого элемента (модуля) в решетке достаточно хорошо аппроксимирующую, требуемую. При возбуждении:с входам модуля возбуждаются группы излучающих элементов в двух соседних модулях. Увеличением числа направленных ответнителей в каждой из групп можно соответственно увеличить число соседних возбуждаемых модулей. Предлагаемое устройство путем выбора числа связан-! ных друг с другом модулей поззоляделителя мощности на два канала (41 41... 48 4 В) и группы излучателей (2„,2, ...2я,28),. В каждую из линий передачи (5,5., ...58i5 ) включены элементы связи в виде двух

5 групп направленных ответвителей (61.... 68) и (7 ... 78) . Эти группы. выделены пунктиром в модуле 16.

Первая группа направленных ответвителей (б ... 6 8) имеет по крайней (0 мере один вйход 8, который соединен с помощью линии 9 передачи с вторым входом 10 несоседней группы направленных ответвителей, относящихся к излучателям (2,21... (15 28, 28 ) несоседнего модуля (1 °, . 18) .

Имеется также второй выход ll, соединенный линией передачи с первым входом 12 второй группы направленных ответвителей, относящихся к излучателям соседнего модуля. Вторая группа направленных ответвителей (71 78) имеет по крайней мере первый вход 12, соединенный линией передачи .с вторым выходом 11 сосед . ней группы направленных ответвителей, относящихся к излучателям соседнего модуля, и второй вход 10, соединенный линией передачи с пер-. вым выходом несоседней группы направленных ответвителей, относя30 шихся к излучателям несоседнего модуля (На фиг. 1 указанные связи показаны .в модулях 11, 12 и 13) .

Антенная решетка работает следующим образом.

35 При возбуждении, например, модуля 14 с входа 34СВЧ мощность поступает на распределитель мощности на два канала 4 4 и на две линии передачи 54 и 5 . Через первую группу

40 направленных ответвителей 6 СВЧ .,мощность поступает на входы направленных ответвителей второй группы

1052174

4 ет получить преимущество по сравнению с устройством-прототипом, а именно расширить рабочую полосу частот, в которой реализуется требуемая диаграмма направленности управляемого элемента.

Важной особенностью предлагаеМого устройства по сравнению с прототипом является возможность независимого выбора величины связи меж- ду модулями, что дает широкие воэможности для синтеза требуемой диаграммы направленности управляемо» го элемента в решетке. Большое число направленных ответвителей и большое число линий передачи, свя- 15 эывающих входы и выходы различных направленных ответвителей, делают предпочтительным выполнение устройства с использованием технологии печатных полосковых систем. 20

На фиг. 2 и. 3 показано известное устройство - двухшлейфовый .направленный ответвитель в микропбл0сковом исполнении, используемый в изобретении. Двухшлейфовый 25 направленный ответвитель 13 выполняется на диэлектрической плате.

На одной стороне платы 14 имеется проводящий экран 15, а на другой печатная схема 16. Печатная схема содержит микрополосковые линии 17 и 18 передачи, соединенные шлейфами 19 и 20.

Величина связи между линиями

17 и 18 определяется толщиной С шлейфов 19 и 20. Если к каналу Р> подается СВЧ мощность, то канал Р4 будет развязанным. Мощность между каналами Р и Рэ поделится в отношении, определяемом соотношениями волновых проводимостей шлейфов 40

19 и 20 и волновых проводимостей линий 17 и 18 передачи.

На фиг. 4 показан трехшлейфо.вый направленный ответвитель 21, 45 реализующий связь ноль децибел. Параметры шлейфов 22, 23 и 24 выбраны так, что при подаче мощности со входа Р„ линии 25 передачи вся мощность за вычетом омических потерь попадает в плечо Р линии 26 пере- дачи. В силу симметрии.ртветвителя при подаче мощности в плечо Р .линии 25 вся мощность попадает в плечо Р4 линии 26.

Указанных трехшлейфовый напраленный ответвитель 21 со связью ноль децибел или полной связью используется в местах пересечения двух линий передачи. Причем пересекающиеся линии передачи подключаются к диагональным плечам трехшлейфового ответвителя с полной связью.

На фиг. 4 и 5 размеры A и В близки к четверти длины волны в диэлектрике. На фиг. 5 показана схема выполнения элементов связи модуля в микрополосковом исполнении с использованием устройств, показанных на фиг. 2 и 4. Схема содержит вход 3 . Распределитель мощности на два канала 44 . Первые группы направленных ответвителей 6 имеются первый выход 8 и второй вйход 11.

Имеется вторая группа направленных ответвителей 7 1 первым 12 и вторым 10 входами. Вторые выходи 11 первых элементов связи 64 соединены линиями 9 передачи, например,. коаксиальными, с первыми входами 12 вторых групп направленных ответвителей соседних модулей 1 и 1 . Соединение несоседних модулей включает е себя линии 27 передачи и трехшлейфовые направленные ответвители

21, включенные в местах пересечения линий передачи 5 и 5 модуля

1 и линий передачи 27.

Выходы и входы направленных ответвителей периферийных модулей подсоединены к согласованным нагрузкам 28 (фиг. 2).

Предложениое техническое решение по сравнению с устройством прототипом позволяет реализовать большую широкополосность. Кроме того, в предложенном устройстве обеспечивается воэможность независимого выбора величины связи между излучающими элементами (группами элементов) модулей в решетке, что позволяет более гибко решать задачу синтеза требуемой диаграммы управляемого элемента е ФАР..

1052174

Pg Pg

6 Р9

Фиг.2 !

Фиг3

Г е Ю

1;

1J

Составитель В.Иванов

Редактор H.Безродная Техред C.Ìèãóíîâà Корректор И.Эрдейи

Эакаэ 8706/61 Тираж 590 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП „Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 / (/ 1

fl 5

yl л

27 у Ю

/ л Vf2

) /

/ ) X / Н

/3

2 8