Фазированная антенная решетка

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к фазированным антенным решеткам. Техническим результатом является возможность изменения поляризации излучаемого СВЧ сигнала, что позволяет увеличить дальность действия радиолокационной станции в различных условиях применения. Фазированная антенная решетка (ФАР) содержит систему распределения СВЧ сигнала, систему излучателей и N двухмодовых фазовращателей, где N - целое число, каждый из которых содержит последовательно соединенные поглотитель ортогональной поляризации, поляризатор с постоянными магнитами, фазосдвигающую секцию, поляризатор с магнитопроводом и обмотками управления, при этом в ФАР введен блок коммутаторов. 5 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ, в частности к фазированным антенным решеткам (ФАР).

Известна ФАР [S.P.Willians, L.E.Corey, "Mechanisms that contribute, to the far-field polarisation properties of phasedarray antennas", Antennas and Propag., Simp. San Jose, Calif., June 1989, p.412-415, GB], которая содержит распределительную систему СВЧ сигнала, излучатели и двухмодовые ферритовые фазовращатели. Каждый двухмодовый ферритовый фазовращатель, например C.R.Boyd, "A Dual-Mode Latching Reciprocal Ferrite Phase Shifter", IEEE Trans., MTT, vol. MTT-18, N 12, Dec.1970, состоит из фазосдвигающей секции с соленоидальной обмоткой управления фазой, двух поляризаторов с постоянными магнитами, создающими в СВЧ феррите поперечное квадрупольное поле, и двух поглотителей ортогональной поляризации на концах фазовращателя.

Недостатком такой ФАР является невозможность изменения поляризации излучаемого СВЧ сигнала.

Наиболее близкой по технической сущности является ФАР [Патент на изобретение РФ, №2208274 от 11.12.2001 г.], которая содержит распределительную систему СВЧ сигнала, систему излучателей, двухмодовые ферритовые фазовращатели, каждый из которых содержит фазосдвигающую секцию, два поглотителя ортогональной поляризации на концах, один поляризатор с постоянными магнитами и один поляризатор с магнитопроводом и обмоткой, блок управления поляризаторами с магнитопроводом и обмоткой. Такая ФАР позволяет уменьшать боковое излучение, однако изменять поляризацию излучаемого СВЧ сигнала она также не может.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в возможности изменения поляризации излучаемого СВЧ сигнала, что позволяет увеличить дальность действия радиолокационной станции (РЛС) в различных условиях применения.

Указанный результат достигается тем, что ФАР содержит систему распределения СВЧ сигнала, вход которой является первым входом ФАР, систему излучателей и N двухмодовых фазовращателей, каждый из которых содержит последовательно соединенные входной поглотитель ортогональной поляризации, поляризатор с постоянными магнитами, фазосдвигающую секцию, поляризатор с магнитопроводом и обмоткой управления. N выходов системы распределения СВЧ сигнала соединены с первыми входами N фазовращателей, выходы которых соединены с соответствующими входами системы излучателей.

В ФАР введен блок коммутаторов, первый, второй, третий и четвертый входы которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым входами ФАР. Каждый из N выходов блока коммутаторов соединен со вторым входом каждого N-го двухмодового фазовращателя, к которому подсоединена обмотка поляризатора с магнитопроводом и обмоткой управления, а каждый из излучателей выполнен так, что может излучать сигналы обеих ортогональных поляризаций.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой фазированной антенной решетки.

На фиг.2 представлена блок-схема блока коммутаторов.

На фиг.3 представлена блок-схема фазовращателя.

На фиг.4 представлено поперечное сечение поляризатора с постоянными магнитами.

На фиг.5 представлено поперечное сечение поляризатора с магнитопроводом и обмоткой управления.

Фазированная антенная решетка состоит из системы распределения СВЧ сигнала 1, выполненной, например, в виде волноводных линеек ответвителей, системы излучателей 2, блока коммутаторов 3, выполненного, например, по блок-схеме, приведенной на фиг.2, N фазовращателей 4, пример выполнения каждого из которых приведен на фиг.3, 4, 5, причем N выходов системы распределения СВЧ сигнала 1, вход которой является первым входом фазированной анетенной решетки, подключены к первым входам каждого N-го фазовращателя 4, ко вторым входам каждого N-го фазовращателя 4 подключен каждый N-й выход блока коммутаторов 3. Выход каждого N-го фазовращателя 4 соединен с каждым N-м входом системы излучателей 2.

Блок коммутаторов 3, выполненный, например, по блок-схеме, приведенной на фиг.2, состоит из N биполярных коммутаторов тока 5, (N+1)-го коммутатора тока 6 и (N+2)-го коммутатора тока 7. Коммутаторы тока 5 представляют собой двухканальные электронные переключатели и могут быть выполнены на микросхеме ADG 419 фирмы Analog Device (см. каталог Analog Device luc. 1994 г., раздел 7 стр.44). (N+1)-й и (N+2)-й коммутаторы тока 6 и 7 представляет собой аналоговые ключи с электронным управлением и могут быть выполнены на микросхеме К590 КН9 (см. Справочник разработчика и конструктора РЭА, элементная база, М., 1993 г. часть 1, стр.107).

Фазовращатель 4, выполненный, например, по блок-схеме, приведенной на фиг.3, состоит из входного поглотителя ортогональной поляризации 8, поляризатора с постоянными магнитами 9, фазосдвигающей секции 10, поляризатора с магнитопроводом и обмоткой управления 11. Поляризатор с постоянными магнитами, поперечное сечение которого приведено на фиг.4, состоит, например, из вкладыша из СВЧ феррита 12, волновода 13, постоянных магнитов 14.

Поляризатор с магнитопроводом и обмоткой управления 11, поперечное сечение которого приведено на фиг.5, состоит, например, из вкладыша СВЧ феррита 15, волновода 16, магнитопровода 17, обмотки управления 18.

Фазированная антенная решетка работает следующим образом. СВЧ сигнал с линейной поляризацией поступает на первый вход ФАР и через систему распределения СВЧ сигнала 1 подается на первые входы N фазовращателей 4. На выходе поляризатора с постоянными магнитами 9 каждого фазовращателя 4 сигнал приобретает круговую поляризацию и, проходя фазосдвигающую секцию 10, получает сдвиг фазы, необходимый для создания требуемого фазового фронта на раскрыве фазированной антенной решетки.

Далее сигнал с круговой поляризацией и приобретенной фазой поступает на вход поляризатора с магнитопроводом и обмотками управления 11. Со входа 1 блока коммутаторов 3 на входы 1 (N+1)-го и (N+2)-го коммутаторов 6 и 7 подается сигнал, который открывает их, после чего со входа II блока коммутаторов 3 через (N+1)-й коммутатор 6 на входы 2 N коммутаторов 5 поступает положительное напряжение, а со входа III блока коммутаторов 3 через (N+2)-й коммутатор 7 на входы 3 N коммутаторов 5 поступает отрицательное напряжение. Если со входа IV блока коммутаторов 3 на входы 1 N коммутаторов 5 подается сигнал, открывающий плечи, которые пропускают положительное напряжение на входы 2 N фазовращателей 4, то в обмотках управления 18 поляризаторов с магнитопроводом и обмотками управления 11 появятся положительные токи. Во вкладышах из СВЧ феррита 12 этих поляризаторов образуются управляющие квадрупольные поля, которые создают в каждом поляризаторе с магнитопроводом и обмотками управления 11 90°-й дифференциальный фазовый сдвиг между ортогональными СВЧ сигналами. После этого на выходах N фазовращателей образуются линейно-поляризованные сигналы с приобретенной фазой, которые поступают в систему излучателей 2 и далее излучаются в пространство. Поляризация излученных сигналов будет совпадать с поляризацией сигналов, поступивших на входы 1 N фазовращателей 4 в том случае, если управляющие квадрупольные магнитные поля в поляризаторах с магнитопроводом и обмотками управления 11 имеют направление, противоположное направлению управляющих квадрупольных магнитных полей в поляризаторах с постоянными магнитами 9.

Если с входа IV блока коммутаторов 3 на входы 1 N коммутаторов 5 подается сигнал, открывающий плечи этих коммутаторов, которые пропускают отрицательное напряжение на входы 2 N фазовращателей 4, то в обмотках управления 18 поляризаторов с магнитопроводом и обмоткой управления 11 появятся отрицательные токи. В СВЧ ферритах этих поляризаторов 11 управляющие квадрупольные магнитные поля изменят направление на обратное, которое будет совпадать с направлением управляющих квадрупольных магнитных полей в поляризаторах с постоянными магнитами 9. После этого поляризация излучаемых сигналов изменится на 90°.

Если с входа I блока коммутаторов 3 на входы 1 (N+1)-го и (N+2)-го коммутаторов 6 и 7 подается сигнал, запирающий (N+1)-й и (N+2)-й коммутаторы 6 и 7, то с выходов этих коммутаторов на входы 2 и 3 N коммутаторов 5 напряжения не поступают, в результате независимо от того, какой сигнал поступает на входы 1 N коммутаторов 5, напряжения на их выходах и, соответственно, токи в обмотках управления 18 поляризаторов с магнитопроводом и обмотками управления 11 и управляющие квадрупольные магнитные поля во вкладышах из СВЧ феррита 12 будут отсутствовать. Эти вкладыши 12 становятся обычными диэлектриками, и поэтому излучаемый сигнал будет иметь круговую поляризацию, причем направление ее вращения определяется направлением управляющего квадрупольного магнитного поля во входных поляризаторах с постоянными магнитами 9.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить излучение СВЧ сигнала с тремя различными поляризациями: с двумя ортогональными линейными и одной круговой. Это дает возможность оптимизировать дальность действия РЛС в различных условиях. Так, например, максимальная дальность обнаружения воздушной цели над сушей происходит посредством сигнала с вертикальной поляризацией. При наличии гидрометеоров и над водной поверхностью максимальная дальность обнаружения воздушной цели обеспечивается сигналом с круговой поляризацией. Дальность обнаружения надводной цели вдвое больше при сигнале с линейной горизонтальной поляризацией, чем при сигнале с линейной вертикальной поляризацией.

Фазированная антенная решетка (ФАР), содержащая систему распределения СВЧ сигнала, вход которой является первым входом ФАР, систему излучателей и N двухмодовых фазовращателей, где N - целое число, каждый из которых содержит последовательно соединенные поглотитель ортогональной поляризации, поляризатор с постоянными магнитами, фазосдвигающую секцию, поляризатор с магнитопроводом и обмотками управления, причем N выходов системы распределения СВЧ сигнала соединены с первыми входами N фазовращателей, выходы которых соединены с соответствующими входами системы излучателей, отличающаяся тем, что в ФАР введен блок коммутаторов, причем первый, второй, третий и четвертый входы блока коммутаторов являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым входами ФАР, каждый из N выходов блока коммутаторов соединен со вторым входом каждого N-го двухмодового фазовращателя, а система излучателей выполнена так, что может излучать сигналы обеих ортогональных поляризаций.