Фазовый способ управления режимами работы фазированной антенной решетки (фар)

Предлагаемое техническое решение относится к области радиотехники и может использоваться в волноводной СВЧ антенной технике. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей ФАР за счет возможного использования, помимо полного раскрыва, отдельных квадрантов раскрыва антенны для формирования до четырех работающих одновременно независимо управляемых диаграмм направленности. Фазовый способ управления режимами работы ФАР основан на распределении СВЧ-сигналов по квадрантам апертуры с последующим разведением их, используя распределительную систему, по отдельным излучающим элементам в режиме передачи, в режиме приема отраженных сигналов, суммировании их в отдельных квадрантах с последующей подачей результирующих сигналов от квадрантов на СВЧ-сумматор, формирующий суммарно-разностные характеристики, при этом на входе каждого квадранта в режиме передачи сигналы разделяются на две части в балансном мосте с возможностью изменения фазы в одной из частей на 180 при обеспечении заданного фазового распределения в апертуре ФАР, при этом в режиме приема просуммированные в распределительной системе сигналы от апертуры поступают на то или иное балансное плечо моста в зависимости от того, изменена или не изменена на 180° фаза в части квадранта. 2 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в волноводной СВЧ антенной технике.

Известен способ работы активных ФАР (см. «Активные фазированные антенные решетки бортовых РЛС: новое качество», авт. к.э.н. Б.А.Турчак, А.И.Живец, В.Г.Штанько, «Вопросы радиоэлектроники», сер. ОТ, вып.1, Москва, 2008 г.), при котором сигналы в режиме приема поступают на вторую (дополнительную) СВЧ-распределительную систему, которая вводится в АФАР для обеспечения режимов с многоканальной структурой обработки сигналов. Для этого излучающий раскрыв АФАР разбивается на несколько десятков частей (подрешеток), каждая из которых посредством СВЧ-сумматоров подключается ко входу одного из каналов многоканального приемного устройства и далее к цифровым средствам пространственной обработки. При этом при формировании ДН обеспечивается автофокусировка (адаптация) провала в направлении на помеховый сигнал.

Недостатками приводимого способа работы АФАР является необходимость подачи сигналов в режиме приема на вторую (дополнительную) распределительную систему, состоящую из нескольких десятков частей (подрешеток).

Известен способ построения бортовой РЛС, обеспечивающий более высокую скрытность работы (см. «Радиэлектронная система истребителя с активной фазированной антенной решеткой», авт. д.т.н. В.Н.Антипов, к.т.н. А.А.Герасимов, к.т.н. Ю.Н.Гуськов, д.т.н. Н.Ю.Жибуртович, «Вопросы радиоэлектроники» сер. РЛ техника, вып.3, 2010 г.). Этот способ предполагает применение широкой диаграммы направленности антенны (ДНА) на передачу, а сохранение разрешающей способности по угловым координатам и энергетического потенциала достигается многолучевой системой на прием, при этом элементы антенной решетки разбиваются на группы (подрешетки) по числу приемных каналов. Разбиение раскрыва антенны на части целесообразно проводить и при создании комбинированных режимов, которые реализуются посредством излучения и приема двух и более сигналов на разных несущих. Возможно и полное использование полотна антенны при работе на двух разных несущих частотах, но при этом необходимо в каждый модуль ввести дополнительно малошумящий усилитель и фазовращатель.

Недостатками приводимого способа построения бортовой РЛС являются необходимость коммутации подрешеток при работе с полным раскрывом или с его частями и связанное с этим усложнение конструкции.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ возбуждения антенной системы (см. патент RU №2300833 С1, МПК H01Q 21/29(2006/01) «Антенная система», авт. Митин В.А., Винярская Н.А. и др.), предусматривающий в режиме передачи подачу СВЧ-сигналов в антенную моноимпульсную ФАР через СВЧ-сумматор и строчно-столбцовую распределительную систему, состоящую из ортогонально расположенных линейных распределителей первого и второго типов, сгруппированных по четвертям и построчно заполняющих раскрыв двухмерной моноимпульсной ФАР, а в режиме приема - суммирование парциальных сигналов от раскрыва в линейных распределителях первого и второго типов, а затем - в основном СВЧ-сумматоре.

Недостаток приводимого технического решения - реализация режимов работы ФАР, использующих только полный раскрыв ФАР.

Сущность предлагаемого фазового способа управления режимами работы фазированной антенной решетки состоит в том, что СВЧ-сигнал, поданный на вход ФАР в режиме передачи, разводится по квадрантам апертуры и далее, используя распределительную систему строчно-столбцового типа, по отдельным излучающим элементам, а в режиме приема - суммируется распределительной системой принятых апертурой антенны сигналов с последующей подачей их в СВЧ-сумматор, формирующий суммарно-разностные характеристики. Новым в предлагаемом техническом решении является способ управления режимами работы ФАР, обеспечивающий коммутацию сигналов на входе каждого квадранта и, соответственно, изменение режимов работы антенны, а именно: или работа с полным раскрывом, или работа с независимо управляемыми квадрантами. Это реализуется при помощи деления СВЧ-сигнала в режиме передачи на две части в балансном мосте, установленном на входе каждого квадранта, с подачей этих сигналов на части квадрантов (половины) с возможностью изменения фазы в одной из частей на 180° при обеспечении заданного фазового распределения в апертуре ФАР, при этом в режиме приема просуммированные в распределительной системе сигналы от апертуры антенны поступают на то или иное балансное плечо балансного моста в каждом квадранте в зависимости от того, изменена или не изменена на 180° фаза в части квадранта и далее, или на независимый вход, или на СВЧ-сумматор, работающий со всем раскрывом.

Технический результат при использовании предлагаемого способа управления режимами работы ФАР заключается в расширении функциональных возможностей ФАР за счет возможного использования, помимо полного раскрыва, отдельных квадрантов раскрыва антенны для формирования до четырех (работающих одновременно) независимо управляемых диаграмм направленности. Технический результат обеспечен возможностью изменения фаз сигналов на 180° в частях квадрантов ФАР, объединенных балансным мостом, с использованием имеющихся в каждом канале ФАР фазовращателей.

На Фиг.1 приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления режимами работы ФАР.

На Фиг.2 (а,б,в) приведены расчетные характеристики устройства, реализующего предлагаемый способ управления режимами работы ФАР, выполненного на волноводных Т-мостах.

На Фиг.2а представлены характеристики согласования по различным входам устройства в диапазоне частот.

На Фиг.2б представлены характеристики деления входного сигнала по входам половин квадрантов в диапазоне частот.

На Фиг.2в представлены характеристики развязок сигналов между различными входами в диапазоне частот.

Устройство, реализующее способ управления режимами работы ФАР, функциональная схема которого приведена на Фиг.1, состоит из СВЧ-сумматора, выполненного на балансных мостах 1¹÷1⁴; балансных мостов 2¹÷2⁴ на входах половин квадрантов 3¹,3², 4¹,4², 5¹,5², 6¹,6²; блоков фазовращателей 7¹,7², 8¹,8², 9¹,9², 10¹,10², соединенных поканально с половинами квадрантов.

Принцип работы устройства, реализующего предлагаемый способ управления режимами, состоит в следующем: в режиме «на передачу» при работе с полным раскрывом СВЧ-сигнал от Вх Σ после двукратного деления на равные части в Т-мостах СВЧ-сумматора 1¹,1²,1³ поступает на входы Т-мостов 2¹÷2⁴ делителей на входах половин квадрантов 3¹,3², 4¹,4², 5¹,5², 6¹,6², формируя на Н-выходах Т-мостов 2¹÷2⁴ синфазные и равные по величине СВЧ-сигналы, при этом на Е-выходах (входах) этих Т-мостов (входов квадрантов) СВЧ-сигнал отсутствует.

При подаче на Е-выходы(входы) Т-мостов 2¹÷2⁴ СВЧ-сигналов (режим работы «на передачу» от отдельных квадрантов) на выходах этих мостов формируются равные по величине, но противофазные сигналы; эта противофазность далее устраняется в раскрыве ФАР при фазировании дополнительной подачи в блоки фазовращателей 7¹, 7²÷10¹, 10² одной из половин квадрантов фазовой подставки величиной в 180°. При этом СВЧ-сигналы на Н-входы Т-мостов не поступают, тем самым осуществляется развязка входов всего раскрыва и его частей.

В режиме «на прием» введение фазовых подставок величиной в 180° в блоки фазовращателей 7¹, 7²÷10¹, 10² одной из половин квадрантов позволяет переключать режимы работы ФАР (работа с полным раскрывом или с отдельными квадрантами).

Технико-экономические преимущества предложенного способа управления режимами работы ФАР по сравнению с прототипом заключаются в обеспечении возможности управления режимами работы ФАР (с использованием полного раскрыва или его частей) посредством использования штатных фазовращателей, имеющихся в каждом канале и сведенных в блоки по признаку принадлежности к той или иной половине квадранта, что в совокупности приводит к расширению функциональных возможностей ФАР с обеспечением независимого формирования ДН от отдельных квадрантов раскрыва антенны или от полного раскрыва.

Фазовый способ управления режимами работы ФАР, основанный на распределении СВЧ-сигналов по квадрантам апертуры с последующим разведением их, используя распределительную систему, по отдельным излучающим элементам в режиме передачи, а в режиме приема отраженных сигналов - суммировании их в отдельных квадрантах с последующей подачей результирующих сигналов от квадрантов на СВЧ-сумматор, формирующий суммарно-разностные характеристики, отличающийся тем, что на входе каждого квадранта в режиме передачи сигналы разделяются на две части в балансном мосте с возможностью изменения фазы в одной из частей на 180° при обеспечении заданного фазового распределения в апертуре ФАР, при этом в режиме приема просуммированные в распределительной системе сигналы от апертуры поступают на то или иное балансное плечо моста в зависимости от того, изменена или не изменена на 180° фаза в части квадранта.