Многолучевая зеркальная сканирующая антенна

Авторы патента:

Емельянов Роман Валентинович (RU)

Гончаров Анатолий Федорович (RU)

Строцев Андрей Анатольевич (RU)

H01Q25/00 - Антенны или антенные системы, имеющие по меньшей мере две диаграммы направленности (устройства для изменения ориентации или формы диаграммы направленности H01Q 3/00)

Владельцы патента RU 2528136:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в приемных и радиолокационных системах. Техническим результатом является сокращение скорости вращения облучателей. Для этого предлагается многолучевая зеркальная сканирующая антенна, содержащая зеркало, выполненное в форме радиопрозрачной сферы, внутренняя поверхность которой покрыта реверсивным материалом, облучатели, расположенные в фокальной сфере, а также источник управляющих сигналов, в которой два облучателя выполнены в форме окружностей, расположенных вертикально в фокальной сфере под углом 90° относительно друг другу, а сканирование в вертикальной области осуществляется от устройства управления, которое, например, может быть реализовано на базе ПЭВМ, через источник управляющих сигналов с привязкой по времени, при этом привязка по времени обеспечивает определение направления излучения по каждой точке сканирования в вертикальной плоскости. 5 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в приемных и радиолокационных системах, строящихся на базе последних научно-технических достижений. Так появление реверсивных материалов обеспечило возможность создания антенных систем нового поколения ([1] - Патент Украины №85503, заявка №а200608440 от 27.07.2006 г., «Многолучевая зеркальная сканирующая антенна», опубликовано 26.01.2009 г., бюл. №2, [2] - Патент Украины №94991, заявка №а200909356 от 11.09.2009 г. «Многолучевая зеркальная сканирующая антенна», опубликовано 25.06.2011, бюл. №12, [3] - Патент Украины №99012, заявка №а201012993 от 01.11.2010 г. «Зеркальная сканирующая антенна», опубликовано 10.07.2012, бюл. №13, [4] - Патент Украины №85504, заявка №а200608581 от 31.07.2006 г. «Многолучевая зеркальная антенна», опубликовано 26.01.2009 г., бюл. № 2).

В частности, в [1] приведена антенна (фиг.1), содержащая основное (1) и дополнительное (2) параболические зеркала, выполненные из радиопрозрачного материала, при этом внутренняя поверхность основного параболического зеркала и наружная поверхность дополнительного параболического зеркала покрыты реверсивным материалом, два источника управляющих сигналов (4), первый из которых расположен в раскрыве основного параболического зеркала, а второй - на обратной стороне дополнительного параболического зеркала, облучатели (3), расположенные на фокальном кольце с возможностью перемещения в плоскости фокального кольца, причем фокус основного параболического зеркала совпадает с фокусом дополнительного параболического зеркала.

Сигналы (6) источников управляющих сигналов (4) создают на соответствующих поверхностях основного и дополнительного параболических зеркал (покрытых реверсивным материалом) отражающие поверхности (5), за счет чего, в свою очередь, формируются основные лучи диаграммы направленности антенны (7). Таким образом, в соответствии с заданным сектором сканирования, шириной лучей диаграммы направленности и усилением антенны выбирается зеркало, которое будет находиться в режиме отражения электромагнитных волн, а также источник управляющих сигналов, который будет воздействовать сигналами управления на выбранное зеркало. При этом другое зеркало, на которое не воздействуют сигналы управления, находится в режиме пропускания электромагнитных волн. Сканирование осуществляется за счет использования группы подвижных облучателей.

Недостатками такой антенны являются: 1) наличие высокоскоростных механически подвижных деталей - облучателей, перемещение которых осуществляется в плоскости фокального кольца; 2) ограниченность угловых размеров сектора сканирования из-за формы зеркал и их стационарного положения.

Известна также многолучевая зеркальная сканирующая антенна [2], отличительным признаком которой, от рассмотренной выше, является форма вспомогательного зеркала: вертикальный профиль в форме дуги круга в верхней части и в форме части параболы - в нижней части, а горизонтальный профиль - парабола.

Известна также зеркальная сканирующая антенна [3], отличительным признаком которой, от рассмотренных выше, является форма зеркала - в виде цилиндра. Антенна (фиг.2) содержит зеркало (1), выполненное из радиопрозрачного материала и покрытое реверсивным материалом, облучатель (2) и источник управляющих сигналов (4), расположенный с обратной стороны зеркала. Облучатель расположен с внутренней стороны цилиндра на расстоянии r от его оси, равном 0,4…0,6 от радиуса основания цилиндра. Облучатель и источник управляющих сигналов установлены с возможностью синхронного вращения вокруг зеркала, при этом источник управляющих сигналов световыми сигналами (6) формирует на внешней поверхности цилиндра отражающие поверхности (5), а (2) облучает внутреннюю поверхность цилиндра той же формы (3).

Недостатками такой антенны являются: 1) отсутствие многолучевого режима работы; 2) наличие высокоскоростных механически подвижных деталей - облучателя и источника управляющих сигналов, перемещение которых осуществляется относительно оси цилиндра; 3) ограниченность угловых размеров сектора сканирования в плоскостях, перпендикулярных основанию цилиндрического зеркала, из-за формы зеркала и его стационарного положения в указанных плоскостях.

Известна также многолучевая зеркальная антенна [4], взятая за прототип и содержащая (фиг.3) зеркало (1), выполненное в форме радиопрозрачной сферы, внутренняя поверхность которой покрыта реверсивным материалом, облучатели (2), имеющие возможность перемещения по фокальной области (3), а также источник управляющих сигналов (4). При этом источник управляющих сигналов управляющими сигналами (6) формирует на внутренней поверхности сферы отражающие поверхности (5), которые совместно с облучателями формируют многолучевую (7) диаграмму направленности антенны.

Недостатком прототипа является наличие в нем высокоскоростных механически подвижных облучателей, имеющих высокую скорость движения в режиме сканирования больших угловых секторов за ограниченное время.

Целью изобретения является создание антенной системы с минимальным количеством подвижных элементов и расширение функциональных возможностей.

Для достижения указанной цели предлагается многолучевая зеркальная сканирующая антенна, содержащая зеркало, выполненное в форме радиопрозрачной сферы, внутренняя поверхность которой покрыта реверсивным материалом, облучатели, расположенные в фокальной сфере, а также источник управляющих сигналов.

Согласно изобретению два облучателя выполнены в форме окружностей, расположенных вертикально в фокальной сфере под углом 90° относительно друг другу, а сканирование в вертикальной области осуществляется от устройства управления, которое может быть реализовано на базе ПЭВМ через источник управляющих сигналов с привязкой по времени, при этом привязка по времени обеспечивает определение направления излучения по каждой точке сканирования в вертикальной плоскости.

При таком построении многолучевой зеркальной сканирующей антенны скорость вращения облучателей сокращается в четыре раза по сравнению с прототипом при применении в нем линейки облучателей, расположенных по линии - половине окружности в фокальной сфере, или существенно сокращается число подвижных облучателей при применении в прототипе четырех линеек облучателей, расположенных по линиям - половинам окружности в фокальной сфере. Полученный эффект достигается одновременно применением облучателей в форме окружностей и формированием УУ согласованных по времени сигналов управления.

На фиг.1 приведена схема антенны [1] 1-го аналога, на фиг.2 приведена схема антенны [3] 2-го аналога, на фиг.3 приведена схема антенны [4] прототипа.

На фиг.4 изображено конструктивное построение антенны, а на фиг.5 - примерная схема сканирования для одного из облучателей.

Антенна (фиг.4) содержит сферическое радиопрозрачное зеркало (1), внутренняя поверхность которого покрыта реверсивным материалом (2). В фокальной области размещены два облучателя (3₁, 3₂), расположенных вертикально под углом 90° относительно друг друга.

Управление сканированием в вертикальной области осуществляется УУ (4) через распределенный источник управляющих сигналов (5). Применение распределенного источника позволяет обеспечить отсутствие затенения реверсивного материала элементами конструкции антенны. На фиг.4 показано примерное положение элементов распределенного источника управляющих сигналов (5). Последовательность, направленность и продолжительность сигналов управления задается УУ (4) и согласуется им со скоростью вращения облучателей (3₁, 3₂).

Антенна работает следующим образом.

УУ (4) воздействует на источник управляющих сигналов (5), который формирует два управляющих сигнала (например, лучи света определенной формы), воздействующих на реверсивный материал (2) в согласованных с положением облучателей (3₁, 3₂) областях зеркала (1). Таким образом, при фиксированном положении облучателей (3₁, 3₂) одновременно осуществляется сканирование в двух вертикальных плоскостях, расположенных под углом 90° относительно друг друга, т.е. осуществляется сканирование по углу места в четырех азимутальных направлениях. Примерная схема сканирования для одного из облучателей показана на фиг.5. На фиг.5 обозначено: 1 - сферическое радиопрозрачное зеркало, 2 - реверсивный материал, 3 - облучатель, 4.1-4.n - положение отражающей поверхности, сформированной сигналами управления, в разные моменты времени.

Развязка по двум направлениям сканирования обусловлена конструктивными особенностями сферических антенн - относительным положением фокальной сферы и размерами отражающих поверхностей сферического зеркала, задействованных для формирования диаграммы направленности антенны в направлениях, определяемых двумя вертикальными плоскостями, расположенными под углом 90° относительно друг друга.

Сканирование в горизонтальной плоскости (по азимуту) осуществляется путем вращения облучателей (3₁, 3₂), при этом вращение облучателей (3₁, 3₂) осуществляется со скоростью в четыре раза меньше, чем при использовании одного точечного облучателя при фиксированном угле места или линейки облучателей, расположенных по линии - половине окружности в фокальной сфере, поскольку сканирование в вертикальной области (по углу места) осуществляется при одном положении облучателей (3₁, 3₂) одновременно по четырем направлениям (по азимуту).

Наличие УУ (4) обеспечивает возможность задания различных режимов работы антенны, определяемых порядком и скоростью сканирования элементов пространства.

В результате использования изобретения получен следующий технический эффект:

- сокращена скорость вращения облучателей при их малом числе;

- расширены функциональные возможности антенны за счет программного задания различных режимов работы.

Многолучевая зеркальная сканирующая антенна, содержащая зеркало, выполненное в форме радиопрозрачной сферы, внутренняя поверхность которой покрыта реверсивным материалом, облучатели, расположенные в фокальной сфере, а также источник управляющих сигналов, отличающаяся тем, что два облучателя выполнены в форме окружностей, расположенных вертикально в фокальной сфере под углом 90° относительно друг другу, а сканирование в вертикальной области осуществляется от устройства управления, которое может быть реализовано на базе персональной электронно-вычислительной машины, через источник управляющих сигналов.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим управление шириной главного лепестка диаграммы направленности антенны без механического манипулирования антенной или ее частями.

Способ питания элементов передающей кольцевой фазированной антенной решетки и устройство для его реализации // 2315400

Изобретение относится к антенной технике для систем радиосвязи в диапазоне коротких волн (KB). .

Способ обработки основной полосы частот на основе интеллектуальной антенны и подавления помех // 2265929

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в базовой станции беспроводной системы связи с интеллектуальной антенной. .

Способ подавления помех на основе интеллектуальной антенны // 2256985

Антенная система // 2162260

Антенна с круговой или секторной диаграммой направленности // 2146408

Изобретение относится к области антенной техники, приборам и устройствам для излучения акустических волн в заданный сектор или зону обзора. .

Облучающее устройство // 2124254

Изобретение относится к области антенной техники, а именно к антенным системам, имеющим по крайней мере два вида диаграмм направленности, и может быть использовано при разработке зеркальных антенных систем, формирующих различные диаграммы направленности, для летательных аппаратов.

Линейная антенная решетка // 2058637

Диаграммообразующая схема // 1806383

Многолучевая зеркальная антенна // 1683103

Изобретение относится к антенной технике . .

Двумерная моноимпульсная фар с электронным управлением лучом // 2541186

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в СВЧ-антенной технике в составе радиолокационных систем и комплексов. Технический результат состоит в расширении мгновенной полосы, увеличении разрешающей способности и возможности одновременного формирования до 8+2·2n (где n=1, 2, 3…) независимо управляемых лучей. Для этого двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом содержит панели излучателей, блоки фазовращателей и волноводную распределительную систему, состоящую из строчно-столбцовых делителей, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, а также СВЧ-сумматора, обеспечивающего формирование суммарно-разностных ДН, при этом каждый квадрант апертуры ФАР разбит на 4 части и в каждой этой части в ВРС выполнены распределитель-столбец и распределители-строки, обеспечивающие запитку отдельных излучающих элементов апертуры своей части без нарушения регулярности структуры всей ФАР. Для формирования нескольких независимо управляемых ДН каждый квадрант апертуры дополнительно разбит на 2n частей, причем распределители-столбцы в каждом квадранте в соседних частях объединены в пары, запитываемые вновь вводимыми балансными мостами и формирующие совместно с распределителями-строками в раскрыве ФАР подрешетки, количеством, равным числу пар, при этом каждый вновь вводимый балансный мост, запитывающий пару распределителей-столбцов, по одному из входов через суммирующее устройство, объединяющих аналогичные входы балансных мостов в каждом квадранте, соединен с СВЧ-сумматором, а по другому входу формирует независимый вход каждой подрешетки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ управления инерционным приводом антенны, обеспечивающий устойчивое сопровождение интенсивно маневрирующих и высокоскоростных воздушных объектов // 2571363

Изобретение относится к радиоэлектронным системам сопровождения, в частности к следящим системам по направлению (измерителям углов и угловых скоростей линии визирования), в которых используется инерционный привод антенны, и может быть использовано для эффективного управления инерционными следящими системами по направлению в режиме сопровождения различных воздушных объектов, включая интенсивно маневрирующие. Технический результат - повышение точности и устойчивости сопровождения по направлению интенсивно маневрирующих объектов (ИМО). Для этого способ учитывает в законе управления угловую скорость линии визирования, ее первую и вторую производные, а также инерционные свойства привода антенны, при этом в способе в сигнале управления дополнительно учитываются скорость линии визирования, ее первая и вторая производные. 6 ил.

Способ формирования кластерных зон облучающей решеткой многолучевой гибридной зеркальной антенны // 2578289

Использование: радиотехника, области антенной техники в диапазоне СВЧ-КВЧ, и предназначено для использования в системах радиосвязи, радиопеленга, радионаблюдения и радиомониторинга. Технический результат: выравнивание (по интенсивности) плотности потока мощности при покрытии заданной области ГУС на земной поверхности меньшим числом облучателей. Сущность изобретения: в способе отображают географические координаты (широты и долготы) точек, равномерно распределенных по области зоны гарантированного уровня сигнала (ГУС), в линейной системе геоцентрических координат, последовательно переводят линейные координаты области ГУС в систему линейных координат бортовой антенны, далее в азимут-угломестную систему координат антенны и отображении электромагнитных волн, распространяющихся от каждой из точек области ГУС на поверхности Земли в виде геометрооптических лучей (ГО-лучей) равной амплитуды, определяют парциальные диаграммы направленности (ДН) бортовой антенны в азимут-угломестной системе координат бортовой антенны, при этом плоскость раскрыва кластера облучателей, формирующего парциальные диаграммы излучения антенны, устанавливается ортогонально фокальной оси параболоида, формирующего зеркало антенны, а результирующий кластер формируют путем попадания ГО-лучей в пределы главного лепестка каждой из парциальных ДН антенны, а местоположение центрального облучателя формируемой области кластерной группы располагают в области, близкой к фокальной оси параболоида, а периферийные облучатели устанавливают так, что их ДН перекрывают оставшуюся часть проекций ГО-точек в азимут-угломестной системе координат антенны до полного формирования области ГУС. 10 ил.

Способ обужения приемной диаграммы направленности антенны и многофункциональная радиолокационная станция для летательных аппаратов, реализующая этот способ // 2599932

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования на летательных аппаратах. Техническим результатом изобретения является разработка средств многофункциональной бортовой радиолокационной станции, обеспечивающих обнаружение малоразмерных неподвижных наземных и надводных целей на фоне отражений от подстилающей поверхности. Амплитудный суммарно-суммарно-разностный способ (АССР) обужения приемной диаграммы направленности антенны заключается в том, что из суммы модулей сигналов, принятых суммарной приемной диаграммой направленности, вычитают модуль суммы сигналов, принятых диаграммой обужения. Многофункциональная радиолокационная станция для летательных аппаратов содержит цифровую фазированную антенную решетку (ЦФАР), формирующую суммарную приемо-передающую диаграмму направленности и суммарную диаграмму направленности обужения, передающее устройство, приемное устройство, задающий генератор, синтезатор частот-синхронизатор, цифровой процессор данных, цифровой процессор сигналов, включающий в себя устройство обужения, блок управления лучом (БУЛ) и индикатор, а также необходимые связи между ними. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Статичная антенная система // 2626058

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке и изготовлении статичных антенных систем спутниковых и радиорелейных линий связи, а также приемных антенных систем радиолокационных станций. Техническим результатом является создание антенной системы без механических подвижных элементов и расширение функциональных возможностей, в части различных режимов работы. Предложена статичная антенная система, выполненная в виде двух сфер (зеркало и облучатель) из радиопрозрачного материала, покрытого изнутри реверсивным материалом. Под воздействием управляющих сигналов формируется апертура зеркала антенны и форма облучателя. 1 ил.

Способ радиолокационного обзора пространства // 2642453

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС). Достигаемый технический результат - обеспечение электронного сканирования лучом фазированной антенной решетки (ФАР) в азимутально-угломестном секторе для РЛС с одномерным электронным сканированием при остановке вращения антенны в азимутальной плоскости. Технический результат достигается тем, что в способе радиолокационного обзора пространства, заключающемся в электронном и механическом сканировании лучом фазированной антенной решетки по углу места и механическом по азимуту, изменяют плоскость электронного сканирования ФАР путем вращения или качания ФАР вокруг оси, перпендикулярной ее плоскости, с возможностью обеспечения электронного сканирования лучом ФАР в азимутально-угломестном секторе для РЛС с одномерным электронным сканированием при остановке вращения или качания антенны в азимутальной плоскости. 1 ил.