Фазированная антенная решетка с калибровочной сетью

 

Изобретение включает фазированную антенную решетку, содержащую множество волноводных излучателей, систему энергоснабжения, а также калибровочную сеть для генерирования тестового импульса. Путем непосредственного соединения калибровочной сети с волноводными излучателями обеспечивается более точная калибровка, которая проводится по алгоритму калибровки ввиду возникающих в волноводных излучателях фазовых и амплитудных погрешностей. В предпочтительном варианте калибровочная сеть сконструирована как система волноводов. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к фазированным антенным решеткам, имеющим решетку волноводных излучателей, соединенную с системой питания, а также калибровочную сеть для калибровки системы питания.

Фазированная антенная решетка этого типа известна из Европейского патентного описания EP-B 0110260. Здесь описан импульсный радар /РЛС/, включающий когерентный приемопередающий блок с передатчиком, передающей антенной, несколькими приемными антеннами, соединенными с когерентными приемниками, которые приспособлены путем фазокогерентного детектирования для преобразования эхо-сигналов в квадратурные видеосигналы, имеющие два компонента. Упомянутый когерентный приемопередающий блок дополнительно содержит формователь луча, передатчик, имеющий возможность передачи тестовых сигналов в тестовой фазе, в течение которой тестовые сигналы подаются в приемные каналы. На основе видеосигналов, генерируемых приемниками, определяются фазовые и амплитудные сигналы коррекции, которые адеквантны амплитудным и фазовым ошибкам, выдаваемым приемниками. Необходимость использования калибровочной или тестовой сети вытекает из того факта, что разности усиления и фаз приемников могут создавать затруднения в желаемой редукции /уменьшении/ боковых лепестков диаграммы направленности. Недостаток известной техники в области фазированных антенных решеток состоит в том, что тестовый сигнал подается непосредственно в приемные каналы. В результате этого фазовые и амплитудные погрешности, накопленные до приемных каналов, например, в соединении приемника и волноводных излучателей, а также в трансформаторных, обычно имеющихся в волноводных излучателях, не включаются в тестовые процедуры и следовательно, не компенсируются. Одним из возможных решений является подача тестового сигнала с помощью отдельного рупорного облучателя, расположенного перед антенной. Недостатком такого решения является остающаяся необходимость компенсирования погрешностей, возникающих вследствие того, что расстояния между рупорным облучателем и волноводными излучателями различны для различных волноводных излучателей. Задача, поставленная при создании данной фазированной антенной решетки, заключается в том, чтобы решить указанную выше проблему путем ввода тестового сигнала непосредственно, по крайней мере, в основном во все волноводные излучатели. Такое решение дает то преимущество, что фазовые и амплитудные погрешности, возникающие в волноводных излучателях, также учитываются при тестовой процедуре. Конструктивно это решение выражается в том, что все или почти все волноводные излучатели имеют элемент для присоединения к калибровочной сети.

В фазированных антенных решетках, снабженных волноводными излучателями, система питания включает один приемопередающий модуль на каждый волноводный излучатель или на группу волноводных излучателей. В результате такого выполнения на входе недостает пространства для размещения элемента для присоединения к калибровочной сети. На выходе волноводных излучателей также недостаточно места для элемента присоединения к калибровочной сети, так как выход должен быть свободен от препятствий, мешающих невозмущенному излучению электромагнитной энергии. Особый вариант изобретения решает эту проблему тем, что упомянутое присоединительное устройство монтируется на боковой стенке волноводных излучателей.

Калибровочная сеть необходима для передачи микроволновой энергии при минимальных потерях. Для этого в основном используется полосовая сеть, в которой дюройд обычно применяется в качестве диэлектрика. Предпочтительный вариант фазированной антенной решетки согласно данному изобретению служит для реализации значительно более дешевой калибровочной сети и это достигается тем, что калибровочная сеть содержит по крайней мере один волновод.

Если калибровочная сеть в виде волновода размещена между волноводными излучателями таким образом, что она прилегает к боковым стенкам волноводных излучателей, то соответствующие меры должны быть приняты, чтобы расстояние между рядами волноводных излучателей было как можно меньше, несмотря на наличие волновода. Это может быть обеспечено тем, что наиболее широкая боковая стенка волновода прилегает к волноводному излучателю с тем, чтобы расстояние между рядами волноводных излучателей определялось самой узкой боковой стенкой волновода. Поэтому еще один предпочтительный вариант изобретения характерен тем, что наиболее широкая боковая стенка волновода прилегает к наиболее широким стенкам волноводных радиаторов.

Вариант изобретения, в котором калибровочная сеть содержит по крайней мере один волновод, может быть усовершенствован в вариант с системой волноводов, которая охватывает несколько волноводных излучателей, установленных в ряд, где каждый волноводный излучатель соединен с волноводом. На ряд волноводных излучателей приходится предпочтительно один волновод, который установлен под прямым углом к соответствующему ряду волноводных излучателей. Еще один предпочтительный вариант изобретения поэтому характерен тем, что в нем по крайней мере один волновод помещен под прямым или почти прямым углом к волноводным излучателям.

Преимущество последнего варианта изобретения в том, что здесь могут быть использованы присоединительные элементы каждого волноводного излучателя в виде связи между волноводом и данным волноводным излучателем.

Соединение между волноводным излучателем и волноводом калибровочной сети может быть в этом варианте просто и эффективно реализовано с помощью одного или нескольких отверстий в боковых стенах волновода или волноводного излучателя. В связи с этим еще один предпочтительный вариант изобретения характерен тем, что упомянутое соединение включает по крайней мере одно отверстие в боковой стенке волноводного излучателя и отверстие в боковой стенке волновода, причем эти отверстия совпадают.

При подаче тестового импульса важно, чтобы его энергия не эмитировала /т. е. не испускалась/ со стороны выхода антенны, например, в случае, когда желательно молчание радара, однако калибровка тем не менее необходима. Этого можно достичь путем использования направленного соединительного элемента, который передает энергию преимущественно в направлении системы энергопитания. Еще один предпочтительный вариант данного изобретения поэтому характерен тем, что соединительное устройство на один волноводный излучатель содержит направленный ответвитель с направлением в основном в сторону системы энергоснабжения.

Если калибровочная сеть содержит один или несколько волноводов со связями между каждым волноводным излучателем и соответствующим волноводом, то целесообразно поддерживать в этой связи энергию тестового сигнала на возможно более низком уровне с тем, чтобы достаточно энергии оставалось для более удаленных волноводных излучателей. В этом смысле желательно, чтобы каждый волноводный излучатель получал в основном одинаковую долю энергии. Поэтому еще один предпочтительный вариант данного изобретения характерен тем, что каждое соединение осуществляет затухание сигнала на -35 дБ - -45д Б.

В конструкции с несколькими рядами волноводных излучателей и калибровочной сетью в форме волновода появляется возможность соединять несколько волноводов, например, с помощью 180-волноводных связей по концам данного ряда волноводных излучателей, причем указанные связи соединяют выходные концы одних волноводов и входные концы параллельных волноводов, относящихся к следующему ряду волноводных излучателей. Таким путем калибровочная сеть может быть продлена и единого источника энергоснабжения будет достаточно для подачи тестового сигнала на вход калибровочной сети. Предпочтительный вариант изобретения поэтому характерен тем, что по крайней мере один волновод состоит из нескольких волноводов, причем выход одного волновода в этой конструкции соединен с входом другого.

Путем использования генератора сигналов, подающего сигналы достаточной мощности на вход калибровочной сети, выполненной как по крайней мере один волновод, где каждый волноводный излучатель получает лишь относительно малую долю микроволновой энергии, достигают равномерности микроволнового излучения по волноводным излучателям. В результате определенное количество микроволнового излучения на выходе калибровочной сети должно быть поглощено согласованной нагрузкой. Поэтому предпочтительный вариант изобретения характерен тем, что по крайней мере один волновод одним концом присоединен к генератору калибровочного сигнала, а другой его конец имеет согласованную нагрузку.

Фазированная антенная решетка по данному изобретению детально описана ниже со ссылками на следующие чертежи.

На фиг. 1 представлена антенная решетка волноводных излучателей соответственно первому варианту изобретения.

На фиг. 2A представлен вид спереди на волноводные излучатели соответственно первому варианту изобретения.

На фиг. 2B представлен вид сбоку на волноводный излучатель соответственно первому варианту изобретения.

На фиг. 3 представлена антенная решетка волноводных излучателей согласно второму варианту настоящего изобретения.

На фиг. 4 показан вид данного устройства в разобранном состоянии, который иллюстрирует один из возможных способов крепления волноводных излучателей к волноводу калибровочной сети.

На фиг. 1 представлен фронтальный вид антенной решетки волноводных излучателей 1, содержащей калибровочную сеть согласно первому варианту изобретения. Волноводные излучатели установлены в первый 2, средний 3 и нижний 4 ряды. Этот иллюстративный вариант содержит только три ряда волноводных излучателей, но на практике может использоваться один или несколько десятков рядов с несколькими десятками излучателей в каждом ряду. Волноводные излучатели каждого ряда смещены относительно волноводных излучателей соседнего ряда на половину расстояния между центрами излучателей в ряду. Такая конструкция обеспечивает благоприятную диаграмму направленности антенны в части боковых лепестков. Однако такое выполнение не обязательно. На передней стороне обычно устанавливается ирисовая диафрагма /на фиг. не показана/ для предотвращения перекрестных помех от одного волноводного излучателя к другому. С задней стороны 5 излучатели обычно присоединены к генмонтажной / задней/ панели /не показана на фиг/. Задняя панель обеспечивает жесткость конструкции антенны и служит для обеспечения электрических связей между волноводными излучателями и их соответствующими приемопередающими модулями. Для того, чтобы компенсировать фазовые и амплитудные отклонения, которые являются обычно следствием технологических неточностей при производстве приемопередающих модулей, необходимо предусмотреть корректирующие средства для каждого приемопередающего модуля. В данном случае каждый индивидуальный приемопередающий модуль во время наладки получает тест-сигнал, имеющий известную фазу и известную амплитуду. Для того, чтобы снабдить каждый приемопередающий модуль таким тестовым сигналом, можно, например, расположить калибровочную сеть между задней панелью и приемопередающими модулями. Однако такое решение имеет ряд недостатков. Во-первых, необходимо предусмотреть пространство между приемопередающими модулями и задней стенкой для размещения калибровочной сети. В этом пространстве должны быть расположены линии связи между каждым волноводным излучателем и соответствующим приемопередающим модулем, а это приведет к увеличению потерь. Во-вторых, амплитудные и фазовые погрешности, возникающие за задней панелью, не будут включены в коррекционную процедуру. В иллюстративном варианте калибровочная сеть содержит несколько волноводов 6, 7, 8, которые смонтированы вдоль широких боковых стенок волноводных излучателей. Каждый волноводный излучатель имеет соединительное устройство в виде отверстия 9, которое показано только на одном излучателе. Соединительное устройство предпочтительно сконструировано как направленный ответвитель, передающий энергию в основном в направлении задней панели. Направленный ответвитель может быть выполнен, например, как два диагональных отверстия в прямоугольнике, образованном в месте наложения волновода и волноводного излучателя. Соединительное устройство необходимо только для тех волноводных излучателей, которые подлежат калибровке. Обычно оно выполняется для всех излучателей, хотя вообще это не обязательно. Можно также выполнить несколько отверстий на волноводный излучатель. Волноводы 6, 7, 8 связаны волноводными коленами 10, 11, которые могут быть прикреплены с помощью фланцев 12. Следовательно, одного тестового сигнала достаточно для всей системы волноводов. Система волноводов отогнута в направлении задней панели с помощью колена 13, что позволяет использовать заднюю панель для подачи тестового сигнала. На конце 14 системы волноводов крепится не показанная на фиг. согласованная нагрузка, которая служит для предотвращения отражения тестового сигнала. Разумеется, можно применить для каждого ряда излучающих элементов один тестовый сигнал и одну согласованную нагрузку в каждом волноводе. В этом случае отпадает надобность в коленах 10, 11. В такой конструкции при поломке одного генератора тестового сигнала возможна подача тестовых сигналов в остальные ряды излучателей. В иллюстрируемом варианте волноводные излучатели состоят из прямоугольных в сечении элементов, нижняя часть которых удалена в месте присоединения к волноводу. Верхняя часть 15 волновода таким образом представляет собой нижнюю стенку волноводных излучателей. Такое выполнение имеет то преимущество, что только волновод должен иметь одно или несколько отверстий.

На фиг. 2A и фиг. 2B показан в увеличенном виде волноводный излучатель 1. Волноводный излучатель имеет прямоугольную форму. В месте соединения с волноводом 6 излучатель имеет форму перевернутой буквы U благодаря тому, что часть нижней стенки удалена. За волноводом волноводный излучатель продолжается как прямоугольный в поперечном сечении элемент/ см. фиг. 2B/. В такой конструкции узкая боковая стенка 16 волновода 6 контактирует со срезом 17 волноводного излучателя, откуда начинается нижняя боковая стенка 18 и продолжается в направлении задней стенки. Такое выполнение позволяет точно установить волноводные излучатели во время сборки.

На фиг. 3 показан второй вариант фазированной антенной решетки, снабженной калибровочной сетью в соответствии с данным изобретением. Волноводные излучатели 19 здесь установлены на обеих сторонах волноводов. Благодаря этому на 50 процентов сокращается потребная длина волноводов 20, 21, 22. Волноводы 20, 21, 22 на обеих сторонах имеют отверстия 23 для подачи тестового импульса. Волноводные излучатели 19 снабжены совпадающими отверстиями 24. В иллюстрируемом варианте волноводные излучатели имеют прямоугольную в сечении форму по всей их длине. Согласованная нагрузка 25 установлена на конце волновода 22. Тестовый импульс вводится на входе 26 волновода 20.

На фиг. 4 показан отличный от показанного на фиг. 1 способ крепления волноводного излучателя 27 к волноводу 28 калибровочной сети. Вырез 29, имеющий ширину боковой стенки волноводного излучателя, выполняется на верхней боковой стенке 30 волновода 28. При этом создается паз, который почти точно соответствует прямоугольному волноводному излучателю 27. Волноводный излучатель имеет отверстие 31 для обеспечения ввода энергии излучения.

Фазированная антенная решетка соответственно данному изобретению ни в коем случае не сводится к приведенным выше в качестве примеров вариантам. Признаки этих вариантов могут различным образом комбинироваться.

Формула изобретения

1. Фазированная антенная решетка, содержащая решетку волноводных излучателей, связанных с системой энергоснабжения, и калибровочную сеть для калибровки системы энергоснабжения, указанная калибровочная сеть включает волновод для подвода тестового сигнала к волноводным излучателям, указанный волновод снабжен соединительным устройством для каждого волноводного излучателя для подвода тестового сигнала к соответствующему волноводному излучателю, отличающаяся тем, что соединительное устройство для каждого волноводного излучателя включает направленный соединительный элемент с главной направленностью в сторону системы энергоснабжения.

2. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что указанный волновод имеет прямоугольное поперечное сечение, а соединительное устройство включает отверстие в боковой стенке волновода и отверстие в боковой стенке волноводного излучателя, причем эти отверстия совмещены.

3. Решетка по п.2, отличающаяся тем, что соединительное устройство обеспечивает затухание сигнала (-35) - (-95) ДБ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4