Фазированная антенная решетка

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может применяться в системах с фазированными антенными решетками (ФАР), использующих моноимпульсный метод пеленгации. Техническим результатом является уменьшение массогабаритных характеристик ФАР при ее работе в низкочастотных диапазонах. ФАР состоит из четырех квадрантов апертуры и главного распределителя (1), имеющего три входа и четыре выхода. Каждый из квадрантов апертуры содержит распределитель-столбца (2) с N выходами и N распределителей-строк (3) с установленными на них микрополосковыми фазовращателями (4). Распределители-строк попарно объединены с групповыми излучателями в узлы. Распределители-строк (3) содержат коаксиально-полосковые переходы, многоканальные делители мощности, выполненные в виде кольцевых делителей мощности на основе симметричной полосковой линии с подвешенной подложкой с поглощающими элементами кольцевых делителей в виде корпусных СВЧ-резисторов, непосредственно установленные микрополосковые фазовращатели (4), каждый из которых входом подключен к одному из выходов многоканального делителя мощности, а выходом - к одному из полосковых групповых излучателей, выполненных на основе несимметричной полосковой линии с подвешенной подложкой, и объединены со распределителями-столбца (2) коаксиальными линиями. Распределители-столбцы конструктивно объединены с главным распределителем. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может применяться в системах с фазированными антенными решетками (ФАР), использующих моноимпульсный метод пеленгации.

Известна двумерная моноимпульсная антенна с электронным управлением лучом, состоящая из линеек излучателей, фазовращателей и распределительной системы, выполненной из распределителей первого типа, входы которых соединены с соответствующими выходами расределителей второго типа, входы которых соединены соответственно с выходами основного и дополнительного СВЧ-сумматоров, соединенных между собой по одному разностному входу через фазирующие секции и направленный ответвитель. В каждом канале между распределителями первого типа и фазовращателями, а также между фазовращателями и соответствующими каналами линеек излучателей присоединены циркуляторы (патент РФ №2383090, H01Q 25/02, 2009 г.).

Недостатками приводимого технического решения являются сложность конструкции, технологическая сложность изготовления, большое колическтво элементов СВЧ-тракта.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является бортовая антенна с электронным управлением лучом и волноводной распределительной системой (ВРС). В этой антенне используется ВРС строчно-столбцового типа, в которой имеется четыре строчно-столбцовых распределителя, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, для чего используется один распределитель-столбец и N распределителей-строк и СВЧ-сумматор, запитывающий четыре упомянутых делителя с требуемыми для формирования суммарно-разностных диаграмм направленности фазовыми соотношениями. Кроме того, данная антенна содержит проходные волноводные ферритовые фазовращатели и панель излучения, выполненную на основе рупорных излучателей (Синани А.И., Позднякова Р.Д., Митин В.А. "Волноводная распределительная система бортовой антенны с электронным управление лучом". Журнал "Антенны", вып.6(61), 2002 г., с.13-19).

Недостатками этого технического решения являются:

- конструктивно-технологическая сложность изготовления ВРС при большом числе элементов ФАР;

- примененная в ВРС последовательная схема деления приводит к сужению рабочего диапазона частот;

- значительные размеры рупорных излучателей в низкочастотных диапазонах;

- нецелесообразность использования ферритовых фазовращателей в низкочастотных диапазонах ввиду их значительной массы и энергии, необходимой для управления.

Перед авторами стояла задача создания ФАР, лишенной перечисленных недостатков.

Задача решена за счет того, что в фазированной антенной решетке, содержащей четыре строчно-столбцовых распределителя, каждый из которых разветвляет СВЧ-сигнал в одном из квадрантов апертуры с использованием одного распределителя-столбца и N распределителей-строк, главный распределитель, фазовращатели, излучатели и узлы управления фазовращателями, распределители-строки содержат коаксиально-полосковые переходы, многоканальные делители мощности, выполненные в виде кольцевых делителей мощности на основе симметричной полосковой линии с подвешенной подложкой и поглощающими элементами кольцевых делителей в виде корпусных СВЧ-резисторов, непосредственно установленные микрополосковые фазовращатели, каждый из которых входом подключен к одному из выходов многоканального делителя мощности, а выходом - к одному из полосковых групповых излучателей, выполненных на основе несимметричной полосковой линии с подвешенной подложкой, и объединены с распределителями-столбцами коаксиальными линиями.

Распределители-столбцы конструктивно объединены с главным распределителем.

В главном распределителе выполнена суммарно-разностная схема деления.

Главный распределитель и распределители-столбцы содержат элементы СВЧ-тракта, выполненные на коаксиальной линии.

Главный распределитель и распределители-столбцы содержат элементы СВЧ-тракта, выполненные на волноводах.

Главный распределитель и распределители-столбцы содержат элементы СВЧ-тракта, выполненные на симметричной полосковой линии с подвешенной подложкой.

В одном узле объединены два распределителя-строки и групповой излучатель.

По крайней мере, в одном распределителе-строке в многоканальном делителе мощности предусмотрен дополнительный вспомогательный выход с переходом на коаксиальную линию.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик ФАР при ее работе в низкочастотных диапазонах.

Заявляемая ФАР обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Заявляемая ФАР, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется при помощи чертежей, где

на фиг.1 представлена схема двумерной ФАР;

на фиг.2 - схема узла двумерной ФАР.

ФАР состоит из 4-х квадрантов апертуры и главного распределителя 1, имеющего три входа и четыре выхода. Каждый из квадрантов апертуры содержит распределитель-столбец 2 с N выходами и N распределителей-строк 3 с установленными на них микрополосковыми фазовращателями 4. Распределители-строки 3 попарно объединены с групповыми излучателями 5 в узлы.

Распределители-строки 3 представляют совокупность многоканального делителя мощности 6 с параллельно-последовательной схемой деления, выполненного на основе симметричной полосковой линии с подвешенной подложкой на основе кольцевых делителей мощности, микрополосковых фазовращателей 4 и переходов, выполненных для связи одного типа линии с другим, выполненных в едином узле. В качестве поглощающих элементов в кольцевых делителях мощности используются корпусные СВЧ-резисторы 7, по конструкции аналогичные Р1-12 в случае использования «кольцевого делителя Вилкинсона», либо корпусные СВЧ-резисторы, по конструкции аналогичные Р1-17 при использовании кольцевого делителя типа «гибридное кольцо».

Переход с симметричной полосковой линии (выходы многоканального делителя мощности 6) на микрополосковую линию (вход микрополоскового фазовращателя 4) выполнен в виде совокупности перпендикулярного коаксиально-полоскового перехода и коаксиально-микрополоскового перехода. На входе распределителя-строки 3 установлен коаксиально-полосковый переход 8. Для контроля уровня излученной мощности, а также для обеспечения работы системы самодиагностики и системы компенсации помех при работе ФАР в составе радиолокационной станции в части распределителей-строк 3 в многоканальном делителе мощности 6 предусмотрен дополнительный выход с переходом на коаксиальную линию 9.

Распределители-строки 3 попарно объединены с групповыми излучателями 5, выполненными на основе несимметричной полосковой линии с подвешенной подложкой, в узлы, причем переход от микрополоскового фазовращателя 4 к одному из излучателей в составе группового излучателя 5 реализован в виде совокупности перехода с микрополосковой на коаксиальную линию и перпендикулярного зонда, возбуждающего излучатель.

В главном распределителе 1 реализована суммарно-разностная схема, обеспечивающая возможность моноимпульсного метода работы ФАР в двух ортогональных плоскостях.

Одним из возможных конструктивных исполнений является объединение четырех распределителей-столбцов 2 с главным распределителем 1, причем распределители-столбцы 2 могут быть реализованы с применением симметричной полосковой линии с подвешенной подложкой и коаксиальной линии. Питание от главного распределителя 1 к распределителям-столбцам 2 передается при помощи коаксиальной линии, выполненной в виде коаксиального кабеля в случае раздельного исполнения вышеуказанных распределителей-столбцов 2, либо в виде отрезка коаксиальной линии, реализованной в конструктиве, объединяющем главный распределитель 1 и распределители-столбцы 2. Объединение распределителей-столбцов 2 и распределителей-строк 3 осуществляется посредством коаксиальных линий, реализованных в виде коаксиального кабеля.

При большой выходной мощности ФАР главный распределитель 1 и распределители-столбцы 2 могут быть выполнены на волноводах с волноводно-коаксиальными переходами на выходах распределителей, либо на коаксиальной линии высокого уровня мощности. При низкой выходной мощности ФАР целесообразнее выполнение главного распределителя 1 и распределителей-столбцов 2 на симметричной полосковой линии.

ФАР работает следующим образом.

При работе ФАР "на излучение" СВЧ-сигнал, поступающий на суммарный вход главного распределителя 1, равноамплитудно делится между четырьмя его выходами, откуда поступает на входы распределителей-столбцов 2. В каждом из распределителей-столбцов 2 входной сигнал делится с заданным амплитудным соотношением между N выходами распределителя-столбца 2 и поступает на вход соответствующего распределителя-строки 3, откуда после деления в необходимых соотношениях поступает на входы микрополосковых фазовращателей 4 и, пройдя через них, излучается в пространство полосковыми излучателями, входящими в состав групповых излучателей 5.

Излученные сигналы складываются в пространстве, формируя диаграмму направленности ФАР, положение главного лепестка которой зависит от фазы, вносимой микрополосковыми фазовращателями 4.

При работе ФАР "на прием" сигнал с направления, соответствующего направлению максимума главного лепестка диаграммы направленности, принимается полосковыми излучателями, входящими в состав групповых излучателей 5. Сигналы с групповых излучателей 5, пройдя через микрополосковые фазовращатели 4 и получив фазовый сдвиг, синфазно складываются сначала в распределителях-строках 3, затем в распределителях-столбцах 2. Четыре поступивших на вход главного распределителя 1 сигнала после сложения в суммарно-разностной схеме формируют суммарную и две ортогональные разностные диаграммы направленности.

На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация заявляемой ФАР, изготовлен опытный образец, работающий в дециметровом диапазоне длин волн, испытания которого подтвердили преимущества по сравнению с известными устройствами, в том числе с прототипом, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.

1. Фазированная антенная решетка, содержащая четыре строчно-столбцовых распределителя, каждый из которых разветвляет СВЧ-сигнал в одном из квадрантов апертуры с использованием одного распределителя-столбца и N распределителей-строк, главный распределитель, фазовращатели, излучатели и узлы управления фазовращателями, отличающаяся тем, что распределители строки содержат коаксиально-полосковые переходы, многоканальные делители мощности, выполненные в виде кольцевых делителей мощности на основе симметричной полосковой линии с подвешенной подложкой с поглощающими элементами кольцевых делителей в виде корпусных СВЧ-резисторов, непосредственно установленные микрополосковые фазовращатели, каждый из которых входом подключен к одному из выходов многоканального делителя мощности, а выходом - к одному из полосковых групповых излучателей, выполненных на основе несимметричной полосковой линии с подвешенной подложкой, и объединены с распределителями-столбцами коаксиальными линиями.

2. Фазированная антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что распределители-столбцы конструктивно объединены с главным распределителем.

3. Фазированная антенная решетка по п.2, отличающаяся тем, что в главном распределителе выполнена суммарно-разностная схема деления.

4. Фазированная антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что главный распределитель и распределители-столбцы содержат элементы СВЧ-тракта, выполненные на коаксиальной линии.

5. Фазированная антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что главный распределитель и распределители-столбцы содержат элементы СВЧ-тракта, выполненные на волноводах.

6. Фазированная антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что главный распределитель распределители-столбцы содержат элементы СВЧ-тракта, выполненные на симметричной полосковой линии с подвешенной подложкой.

7. Фазированная антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что в одном узле объединены два распределителя-строки и групповой излучатель.

8. Фазированная антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, в одном распределителе-строке в многоканальном делителе мощности предусмотрен дополнительный вспомогательный выход с переходом на коаксиальную линию.