Фазированная антенная решетка



Фазированная антенная решетка
Фазированная антенная решетка

 


Владельцы патента RU 2441301:

Открытое акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения (RU)

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в СВЧ антенной технике в составе фазированных антенных решеток, использующих моноимпульсный метод пеленгации.

Изобретение относится к моноимпульсным системам, предназначенным для использования в моноимпульсных антеннах в качестве облучателей. .

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может быть использовано в СВЧ антенной технике в составе антенных решеток различного назначения. .

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и КВЧ диапазонов и может быть использовано в радиолокационных системах с моноимпульсным методом пеленгации целей для облучения антенн апертурного типа.

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ- и КВЧ-диапазонов, в частности к конструкциям моноимпульсных антенн, и может быть использовано в радиолокационных системах с моноимпульсным методом пеленгации целей как самостоятельно, так и в качестве облучателей антенн апертурного типа в виде фазированных антенных решеток, зеркальных и линзовых антенн, обеспечивающих приемопередающий режим работы.

Изобретение относится к радиолокации для использования в качестве как активной, так и пассивной фазированной антенной решетки (АФАР). .

Изобретение относится к волноводной СВЧ антенной технике и может быть использовано в составе распределительных систем для фазированных антенных решеток. .

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокационным системам с моноимпульсным методом определения координат цели, и может быть использовано в антенных системах с фазированными антенными решетками (ФАР).

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может применяться в системах с ФАР, использующих моноимпульсный метод пеленгации. .

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в линейных антенных решетках. .

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может применяться в системах с фазированными антенными решетками (ФАР), использующими моноимпульсный метод пеленгации как самостоятельно, так и в качестве составной части более сложной системы

Изобретение относится к элементам антенно-фидерного тракта, предназначенным для использования в качестве облучателей в моноимпульсных антеннах, в том числе в фазированных антенных решетках на основе двухмодовых ферритовых фазовращателей. Техническим результатом заявляемой моноимпульсной системы является уменьшение общих габаритных размеров моноимпульсной системы для применения ее в качестве облучателя однозеркальной антенной системы с дополнительным уменьшением шумов и потерь сигнала в волноводных трактах. Моноимпульсная система содержит приемную 1 и передающую 2 суммарно-разностные схемы деления (СРСД), двенадцать селекторов поляризации с перегородками, объединенных в узел 3 селекторов поляризации, двенадцать излучателей, объединенных в узел 4 излучателей, и три малошумящих усилителей 5, а также соответствующие связи между вышеуказанными частями моноимпульсной системы. В дополнительных пунктах формулы представлено конкретное выполнение моноимпульсной системы, ее частей и связей между частями моноимпульсной системы. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применено в системах моноимпульсной радиолокации и радиопеленгации, использующих антенную решетку и цифровую обработку сигналов. Достигаемый технический результат изобретения - повышение точностных характеристик и быстродействия, вплоть до определения угла прихода сигнала по единственной его реализации. Для достижения технического результата по первому варианту способа, до приема сигналов осуществляют моделирование процесса их приема и обработки, при котором используют весовую функцию Хэмминга, обеспечивающую соответствующий уровень боковых лепестков и далее определяемого значения угла смещения, ширину рабочей зоны пеленгации не менее двукратной ширины диаграммы направленности парциального канала по уровню половинной мощности, в процессе моделирования определяют на основе весовой функции и параметров антенной решетки конкретный вид функций, параметрически зависящих от угла смещения, разлагают нечетную функцию, описывающую пеленгационную характеристику, по нечетным степеням текущего угла в ряд Маклорена, определяют предварительное значение угла смещения, вычисляют окончательное значение угла смещения, использованную при моделировании весовую функцию и определенное в результате моделирования значение угла смещения используют при формировании диаграмм направленности антенной решетки, получают значение сигнала рассогласования и вычисляют значение угла прихода сигнала источника радиоизлучения соответствующим образом. Для достижения технического результата по второму варианту определяют окончательное значение угла смещения как результат решения задачи, обеспечивающий соответствие пеленгационной характеристики кубической функции с отклонением только в седьмом и более высоких порядках разложения, далее использованную при моделировании весовую функцию и определенное в результате моделирования значение угла смещения используют при формировании диаграмм направленности антенной решетки, приеме и обработке сигнала, получая значение сигнала рассогласования, после чего вычисляют значение угла прихода сигнала источника радиоизлучения определенным образом. Примером реализации способов по первому и второму вариантам является обзорный моноимпульсный амплитудный суммарно-разностный пеленгатор с использованием антенной решетки и цифровой обработки сигналов, выполненный определенным образом. 3 н.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх