линейная вибраторная фазированная антенная решетка

Формула изобретения

Линейная вибраторная фазированная антенная решетка, состоящая из симметричных полуволновых вибраторов, расположенных в одной плоскости над проводящим экраном на расстоянии четверти средней длины волны рабочего диапазона и синфазно запитанных с помощью фидерного тракта, содержащего отрезки коаксиальной линии запитки вибраторов от делителя мощности и средства обеспечения электронного сканирования на основе фазовращателей и блоков управления их переключениями, отличающаяся тем, что одноименные печатные плечи вибраторов имеют точку запитки от фидерного тракта, размещенную на уровне плоскости проводящего экрана в основании вертикальных печатных участков возбуждения, переходящих в эти плечи под углом 90°, а противоположные печатные плечи вибраторов или гальванически закорочены посредством своего вертикального печатного участка возбуждения на корпус антенной решетки в местах соединения с проводящим экраном или переходят под углом 90° в U-образный вертикально расположенный над проводящим экраном печатный участок возбуждения с разомкнутым вторым концом, общей электрической длиной в половину средней длины волны рабочего диапазона и образованием с соседним вертикальным печатным участком возбуждения одноименного плеча вибратора группы связанных проводников, при этом соседние вертикальные печатные участки возбуждения одноименных и противоположных плеч вибраторов снабжены установленными параллельно плоскости расположения участков согласующими емкостными плоскими проводящими элементами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к антенной технике, в частности к линейным вибраторным фазированным антенным решеткам (ФАР) в печатно-полосковом исполнении, и может быть использовано в радиолокационных сканирующих антенных системах, например, в качестве линейной ФАР в составе радиолокационной станции.

Высокочастотная энергия передается от передатчика к антенне или от антенны к приемнику при помощи линии передач, таких как волноводы и коаксиальные, симметричные и несимметричные полосковые линии.

Питание симметричных вибраторов осуществляется наиболее простым образом с помощью симметричной двухпроводной линии, проводники которой подсоединяются непосредственно к плечам вибратора (см. книгу Кочержевского Г.Н. и др. Антенно-фидерные устройства. М., «Радио и связь», 1989, с.133, рис.7.1).

Но симметричная двухпроводная линия относится к открытым линиям передачи с незащищенностью от атмосферных воздействий и рассогласованием с элементами излучений вследствие антенного эффекта самой линии, усиливающегося при возрастании частоты, в связи с чем в высокочастотном диапазоне для питания симметричных вибраторов желательна экранированная линия в виде коаксиального кабеля.

Кроме того, в ФАР полное сопротивление излучающего элемента изменяется в процессе сканирования и, соответственно, усложняется проблема согласования излучающих элементов ФАР с линией передачи (см. Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника, М., «Советское радио», 1977, т.2, с.152).

Как следствие, при проектировании ФАР необходимы конструктивные меры по оптимизации сочетания типа запитки излучателей и их согласования с линией запитки.

Известен технологичный печатно-полосковый вариант исполнения вибраторной ФАР с запиткой печатных плеч вибраторов полосковыми линиями, имеющими удвоенное волновое сопротивление по отношению к волновому сопротивлению входной полосковой линии в несимметричном и симметричном вариантах исполнения и отличающимися по длине на половину длины волны в полосковой линии, и с обеспечением регулировки входного импеданса в данной запитке вибраторов с целью согласования с волновым сопротивлением питающих полосковых линий посредством изменения расстояния между плечами вибратора и общей длины вибратора, складывающейся из длин плеч вибратора и расстояния между ними (см. статью Демидова В.В. и др. Печатно-полосковые вибраторные фазированные антенные решетки L- и S-диапазонов. - Антенны, 2001, вып.9, с.4, 6, 7, рис.2, 6а).

Однако данная вибраторная ФАР характеризуется ухудшенными массогабаритными показателями из-за дополнительного выделения материала и размера в направлении, перпендикулярном плоскости проводящего экрана, на выполнение согласования вибраторов с питающими полосковыми линиями в виде полуволнового колена, а также функциональными возможностями, ограниченными режимом механического сканирования.

Наиболее близкой заявляемой по технической сущности, т.е. прототипом, является линейная ФАР с электронным сканированием с вибраторными излучателями, расположенными над плоским проводящим экраном с подобранными для согласования шагом решетки, высотой вибраторных излучателей над экраном и длиной вибратора и снабженными средствами симметричного возбуждения плеч вибраторов с помощью коаксиальной линии запитки и электронно-управляемыми высокочастотными устройствами для управления фазовым распределением ФАР - фазовращателями, переключателями и разветвлениями (см. книгу Воскресенского Д.И. и др. Антенны и устройства СВЧ (Проектирование фазированных антенных решеток), М., «Радио и связь», 1981, с.6, 13, 33, 161, рис.2.10).

Данная линейная ФАР имеет конструктивно усложненную и нетехнологичную запитку плеч вибраторов в связи с вынесением точки запитки от фидерного тракта над плоскостью проводящего экрана на высоту вибратора.

Технический результат предлагаемого изобретения - оптимизация конструктивного выполнения линейной ФАР за счет упрощения и повышения технологичности запитки и согласования вибраторов с фидерным трактом.

Указанный технический результат достигается тем, что в линейной вибраторной ФАР, состоящей из симметричных полуволновых вибраторов, расположенных в одной плоскости над проводящим экраном на расстоянии четверть средней длины волны рабочего диапазона и синфазно запитанных с помощью фидерного тракта, содержащего отрезки коаксиальной линии запитки вибраторов от делителя мощности и средства обеспечения электронного сканирования на основе фазовращателей и блоков управления их переключениями, одноименные печатные плечи вибраторов имеют точку запитки от фидерного тракта, размещенную на уровне плоскости проводящего экрана в основании вертикальных печатных участков возбуждения, переходящих в эти плечи под углом 90°, а противоположные печатные плечи вибраторов гальванически закорочены посредством своего вертикального печатного участка на корпус антенной решетки в местах соединения с проводящим экраном или переходят под углом 90° в U-образный вертикально расположенный над проводящим экраном печатный участок возбуждения с разомкнутым вторым концом, общей электрической длиной в половину средней длины волны рабочего диапазона и образованием с соседним вертикальным печатным участком возбуждения одноименного плеча вибратора, группы из трех связанных проводников, при этом соседние вертикальные печатные участки возбуждения разноименных плеч вибраторов или пара соседних проводников, входящих в указанную группу из трех связанных проводников, снабжены установленными параллельно плоскости расположения участков или проводников согласующими емкостными плоскими проводящими элементами.

Предлагаемое антенное решение, простое в конструктивном исполнении и удобное в проведении настроечного согласования вибраторов с фидерным трактом за счет возможности регулировочного смещения в вертикальном направлении емкостных элементов, обеспечивает упрощение и повышение технологичности запитки и согласования плеч вибраторов при подтвержденной экспериментально работоспособности заявляемой линейной ФАР.

На фиг.1 и 2 изображена схема линейной вибраторной ФАР в двух вариантах выполнения в соответствии с представленной формулой изобретения; на фиг.3 - результаты измерения коэффициента стоячей волны (КСВ) центрального вибратора при электронном сканировании луча в секторе ±45°, подтверждающие работоспособность линейной ФАР при согласовании вибраторов с фидерным трактом в режиме сканирования.

Линейная вибраторная ФАР содержит симметричные полуволновые вибраторы 1 в печатном исполнении, расположенные в одной плоскости над проводящим экраном на расстоянии четверти средней длины волны рабочего диапазона и синфазно запитанные с помощью фидерного тракта, включающего отрезки 2 коаксиальной линии запитки вибраторов 1 от делителя мощности 3 и средств обеспечения электронного сканирования на основе фазовращателей 4 и блоков управления 5 их переключениями (на фиг.2 фидерный тракт не показан и аналогичен изображенному на фиг.1).

Одноименные печатные плечи 6 вибраторов 1 имеют точку запитки 7 от фидерного тракта, размещенную на уровне плоскости проводящего экрана в основании вертикальных участков возбуждения 8, переходящих в плечи 6 под углом 90°, а противоположные печатные плечи 9 вибраторов 1 гальванически закорочены посредством своего вертикального печатного участка 10 на корпус антенной решетки в местах соединения с проводящим экраном (см. фиг.1) или переходят под углом 90° в U-образный вертикально расположенный над проводящим экраном печатный участок возбуждения 11 с разомкнутым вторым концом (см.фиг.2), общей электрической длиной в половину средней длины волны рабочего диапазона и образованием с соседним вертикальным печатным участком 8 возбуждения плеча 6 вибратора 1 группы из трех связанных проводников 12.

При этом соседние вертикальные печатные участки 8 и 10 разноименных плеч 6 и 9 вибраторов 1 (см.фиг.1) или пара соседних проводников, входящих в группу из трех связанных проводников 12 (см.фиг.2) снабжены установленными параллельно плоскости расположения участков или проводников согласующими емкостными плоскими проводящими элементами 13.

Линейная вибраторная ФАР работает в режиме электронного сканирования с обеспечением однополярного излучения полуволновых вибраторов 1 в широкой полосе частот, в частности, в L- диапазоне, с качанием луча антенны в секторе ±45°.

При этом высокочастотная энергия, поступающая из передатчика (на фиг.1 и 2 передатчик не показан) по линии питания в делитель мощности 3, распределяется через фазовращатели 4 и далее через отрезки 2 коаксиальной линии запитки на вертикальные участки возбуждения 8 для излучения высокочастотной энергии плечами 6 и 9 вибраторов 1 с обеспечением в предлагаемой запитке согласования вибраторов 1 с фидерным трактом с помощью емкостных элементов 13. Передаваемые через фазовращатели 4 сигналы в последних приобретают в результате воздействия блоков управления 5 требуемый режимом электронного сканирования сдвиг фазы.

Приемлемые рабочие характеристики заявляемой линейной вибраторной ФАР подтверждены результатами испытаний при макетировании фрагментов решетки в количестве пяти вибраторов 1 в печатном исполнении и с возбуждением вибраторов 1 коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Одним из основных требований для решетки является уровень КСВ вибратора при сканировании луча, а параметры диаграммы направленности (ДН) определяются множителем решетки (см. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника, М., «Советское радио», 1977, т.2, с.140).

В качестве примера, подтверждающего работоспособность заявляемой решетки, на фиг.3 приведены результаты измерения КСВ центрального вибратора 1 фрагмента решетки в количестве пяти вибраторов, выполненных в соответствии с фиг.1 при сканировании луча в секторе ±45°.

Заявляемые варианты выполнения вибраторов (фиг.1 и 2) прошли этап оценки характеристик как методом программно-математического моделирования, так и методом непосредственного измерения и показали совпадение с ДН традиционного полуволнового вибратора. При этом во втором варианте выполнения вибратора (фиг.2) разомкнутый с одного конца U-участок 11 позволяет создать в группе из трех связанных проводников 12 режим короткого замыкания в средней части U-участка 11 и, таким образом, сформировать аналогичную первому варианту ДН полуволнового вибратора.

В настоящее время на основе заявляемого изобретения заявителем проводятся работы по проектированию линейной ФАР с 36-ю вибраторами в составе действующей РЛС.