фазированная антенная решетка

Формула изобретения

Фазированная антенная решетка, состоящая из 4К панелей излучателей, 4К блоков фазовращателей, 4К линеек волноводной распределительной системы и главного распределителя в составе СВЧ-сумматора, имеющего четыре выхода и один суммарный и два разностных входа, четырех линеек направленных ответвителей, каждая из которых имеет 2К выходов, и 4К согласованных нагрузок, причем N входов каждой из К панелей излучателей соединены с соответствующими N выходами каждого из К блока фазовращателей, N входов каждого из которых присоединены к соответствующим N выходам каждой из К линеек волноводной распределительной системы, вход каждой из К линеек волноводной распределительной системы соединен с соответствующими К выходами линеек направленных ответвителей главного распределителя, вход каждой из четырех линеек направленных ответвителей соединен с соответствующим выходом СВЧ-сумматора, причем по первому разностному входу формируется разностная диаграмма направленности в плоскости ориентации главного распределителя, а по второму разностному входу формируется разностная диаграмма направленности в плоскости линеек волноводной распределительной системы, при этом в одни К выходов линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия ответвляется, а в другие К выходов линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия не поступает, отличающаяся тем, что в главный распределитель введены четыре дополнительные линейки направленных ответвителей, имеющих 2К выходов в каждой, 4К+2 фазирующие секции, суммирующее устройство и направленный ответвитель, причем разностный вход СВЧ-сумматора, по которому формировалась разностная диаграмма направленности в плоскости главного распределителя, соединен с выходом фазирующей секции, вход которой подключен к одному из выходов направленного ответвителя, второй выход которого соединен с входом фазирующей секции, выход которой подключен к входу суммирующего устройства, а вход направленного ответвителя становится вторым разностным входом, по которому формируется разностная диаграмма направленности фазированной антенной решетки в плоскости ориентации главного распределителя, при этом каждый из четырех выходов суммирующего устройства соединен с соответствующими входами дополнительных линеек направленных ответвителей, а К выходов каждой из дополнительных линеек направленных ответвителей, на которые не поступает СВЧ-сигнал, соединены с К согласованными нагрузками, а другие К выходов дополнительных линеек направленных ответвителей подключены к K фазирующим секциям, выходы которых, в свою очередь, соединены с соответствующими К выходами линеек направленных ответвителей главного распределителя.

Описание изобретения к патенту

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

Известна фазированная антенная решетка (ФАР) с центральным возбуждением, содержащая линейные излучатели, соединенные с управляемыми фазовращателями, СВЧ-сумматор и волноводный распределитель, выполненный из направленных ответвителей и магистральных волноводов. В этой фазированной антенной решетке система распределения энергии по раскрыву состоит из волноводного суммарно-разностного моста и многоканального волноводного распределителя мощности, выходы которого соединены с входами управляемых фазовращателей через направленные ответвители. ["Фазированная антенная решетка с центральным возбуждением", авт. Белошапкин Е.И., Кожухов Ю.А. и др., пат. RU 02070759 С1 19961220 MRFD 1996 4541222/09 19910417 H01Q 3/26].

Недостатком этого технического решения является высокий уровень боковых лепестков разностных диаграмм направленности.

Известна антенна для малогабаритных станций обнаружения и сопровождения целей и ракет, содержащая излучающую апертуру и тракт СВЧ сигнала, включающий систему из четырех двойных тройников, три из которых свернуты в Е- и Н-плоскостях. При этом излучающая апертура выполнена в виде однотипных подрешеток, снабженных каждая системой возбуждения в виде последовательных или параллельных СВЧ линий передачи, системой фазирования с электрически управляемыми фазовращателями, системой излучения в виде дискретных излучателей, расположенных в апертуре антенны эквидистантно на расстоянии нескольких длин волн. Четыре входа системы возбуждения через систему двойных тройников соединены с приемниками и передатчиком радиолокационной станции ["Антенна для малогабаритных станций обнаружения и сопровождения целей и ракет", авт. Дризе И.М., Барсукова С.А. и др. Евразийский патент на изобретение №002275 по заявке 199900051 от 19.10.1998 г., кл. 7 H01Q 21/08].

Недостатком этого технического решения является высокий уровень боковых лепестков разностных диаграмм направленности.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является бортовая антенна с электрическим управлением лучом и волноводной распределительной системой (ВРС). В этой антенне используется ВРС строчно-столбцового типа, в которой имеется четыре строчно-столбцовых делителя, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, для чего используется один распределитель - столбец и N линеек - строк , и СВЧ-сумматор, запитывающий четыре упомянутых делителя с требуемыми для формирования суммарно-разностных диаграмм направленности фазовыми соотношениями ["Волноводная распределительная система бортовой антенны с электронным управлением лучом", авторов Синани А.И., Позднякова Р.Д., Митин В.А. "Антенны", вып. 6(61), 2002 г.].

Недостатком этого технического решения является высокий уровень боковых лепестков разностных диаграмм направленности, приводящий к увеличению ошибок при работе по наземным целям и целям на фоне земли. Это определяется примененной системой формирования формы амплитудного распределения в апертуре антенны.

В двухмерной моноимпульсной ФАР с волноводной распределительной системой проходного типа характерной особенностью являются трудности в формировании оптимальных форм амплитудного распределения в апертуре ФАР одновременно для суммарного и разностных каналов. Как правило, в ФАР, используемых в комплексах систем управления вооружением, ВРС формирует в раскрыве амплитудное распределение, спадающее от центра к краям, оптимальное для суммарного канала, которое для разностных каналов является далеким от оптимального ["Теория синтеза антенн" Б.М.Минкович, В.П.Яковлев изд. "Советское радио", Москва, 1969 г.].

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что для приближения формируемого амплитудного распределения по одному из разностных каналов к оптимальному виду для разностной диаграммы направленности в фазированную антенную решетку вводят четыре дополнительные линейки направленных ответвителей, имеющие 2К выходов в каждой, при этом в одни К выходов этих линеек ответвляется СВЧ-энергия, а в другие К выходов - нет, суммирующее устройство, направленный ответвитель и 4К+2 фазирующие секции. Первый разностный вход СВЧ сумматора соединен с выходом фазирующей секции, вход которой подключен к одному из выходов направленного ответвителя, второй выход которого соединен с входом фазирующей секции, выход которой подключен к входу суммирующего устройства. Каждый из четырех выходов суммирующего устройства соединен с соответствующим входом дополнительных линеек направленных ответвителей. Выходы дополнительных линеек, на которые не поступает СВЧ-сигнал, соединены с К согласованными нагрузками, а другие К выходов этих линеек подключены к К фазирующим секциям, выходы которых, в свою очередь, соединены с соответствующими К выходами линеек направленных ответвителей главного распределителя.

В результате вход направленного ответвителя становится разностным входом ФАР, по которому формируется разностная диаграмма направленности (ДН) фазированной антенной решетки в плоскости ориентации главного распределителя.

При этом фазированная антенная решетка состоит из 4К панелей излучателей, 4К блоков фазовращателей, 4К линеек волноводной распределительной системы и главного распределителя. Главный распределитель состоит из СВЧ-сумматора, имеющего четыре выхода и один суммарный и два разностных входа, четырех линеек направленных ответвителей, каждая из которых имеет 2К выходов, и 4К согласованных нагрузок. N входов каждой из К панелей излучателей соединены с соответствующими N выходами каждого из К блоков фазовращателей, N входов каждого из которых присоединены к соответствующим N выходам каждой из К линеек волноводной распределительной системы, вход каждой из К линеек волноводной распределительной системы соединен с соответствующими К выходами линеек направленных ответвителей главного распределителя. В главном распределителе вход каждой из четырех линеек направленных ответвителей соединен с соответствующим выходом СВЧ-сумматора, при этом в одни К выходов линеек направленных ответвителей ответвляется СВЧ-энергия, а в другие К выходов линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия не поступает, при этом по второму разностному входу СВЧ-сумматора формируется разностная диаграмма направленности в плоскости ориентации линеек волноводной распределительной системы.

Таким образом, за счет введения в фазированную антенную решетку перечисленных новых признаков удается приблизить к оптимальному виду амплитудное распределение и, соответственно, диаграмму направленности для разностного канала в плоскости расположения главного распределителя, при этом амплитудное распределение и, соответственно, диаграмма направленности по суммарному и второму разностному входам не изменяется.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение уровня боковых лепестков разностной диаграммы направленности в плоскости расположения главного распределителя ФАР.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемой фазированной антенной решетки.

На фиг.2 приведены амплитудные распределения фазированной антенной решетки в плоскости главного распределителя,

где 1 - амплитудное распределение разностного канала по входу 1¹,

2 - амплитудное распределение суммарного канала по входу 3 ( ),

D - диаметр фазированной антенной решетки,

АР(Е) - амплитудное распределение по полю.

На фиг.3 приведены диаграммы направленности фазированной антенной решетки,

1 - диаграмма направленности фазированной антенной решетки по входу 1¹,

2 - диаграмма направленности фазированной антенной решетки по входу 3 (S),

3 - диаграмма направленности фазированной антенной решетки, выбранной за прототип.

Фазированная антенная решетка, функциональная схема которой, как пример выполнения, приведена на фиг.1, состоит из 4К панелей излучателей 1, 4К блоков фазовращателей 2, 4К линеек ВРС 3 и главного распределителя в составе четырех линеек направленных ответвителей 4, каждая из которых имеет 2К выходов, четырех дополнительных линеек направленных ответвителей 5, каждая из которых имеет 2К выходов, 4К фазирующих секций 6, СВЧ-сумматора 7, имеющего четыре выхода, два разностных входа - вход 1 ( 1) и вход 2 ( 2) и один суммарный вход 3 ( ), суммирующего устройства 8, имеющего 4 выхода и один вход, направленного ответвителя 9, фазирующих секций 10 и 11, 4К согласованных нагрузок 12. N входов каждой из К панелей излучателей 1 соединены с N выходами соответствующего блока фазовращателей 2, N входов которого присоединены к N выходам соответствующей линейки волноводной распределительной системы 3, вход каждой из К линеек волноводной распределительной системы 3 соединен с соответствующими К выходами линеек направленных ответвителей 4, вход каждой из четырех линеек направленных ответвителей 4 соединен с соответствующим выходом СВЧ-сумматора 7, причем по разностному входу Вх 2 ( 2) формируется разностная диаграмма направленности ФАР в плоскости ориентации линеек волноводной распределительной системы 3, при этом в одни К выходов линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия ответвляется, а на другие К выходов линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия не поступает. Вход 1 ( 1) СВЧ-сумматора 7 соединен с выходом фазирующей секции 10, вход которой подключен к выходу 1 направленного ответвителя 9. Выход 2 направленного ответвителя 9 соединен с входом фазирующей секции 11, выход которой подключен к входу суммирующего устройства 8. При этом каждый из четырех выходов суммирующего устройства 8 соединен с соответствующим входами дополнительных линеек направленных ответвителей 5, К выходов каждой из четырех дополнительных линеек направленных ответвителей 5, на которые не поступает СВЧ-сигнал, соединены с К согласованными нагрузками 12, а другие К выходов дополнительных линеек направленных ответвителей 5 подключены к входам К фазирующих секций 6, выходы которых в свою очередь соединены с соответствующими К выходами линеек направленных ответвителей 4. Вход ( 1¹) направленного ответвителя 9 является разностным входом ФАР, по которому формируется разностная диаграмма направленности в плоскости ориентации главного распределителя.

Предлагаемая фазированная антенная решетка работает следующим образом.

При поступлении сигнала на раскрыв ФАР с направления, соответствующего направлению максимума излученного сигнала, все парциальные составляющие полного сигнала от раскрыва суммируются только в линейках направленных ответвителей 4 и далее суммарные сигналы от четырех линеек направленных ответвителей 4 поступают на выходы СВЧ-сумматора 7, формируя на его входах суммарно-разностные сигналы, соответствующие этому направлению. При поступлении сигнала на раскрыв ФАР с направления, не соответствующего направлению максимума излученного сигнала, происходит разделение парциальных сигналов от раскрыва на две части. Одна часть этих сигналов суммируется в линейках направленных ответвителей 4 и далее поступает в СВЧ-сумматор 7, а другая часть, определяемая не полным соответствием фазовых соотношений для сложения парциальных сигналов от раскрыва ФАР в линейках направленных ответвителей 4, проходит далее через фазирующие секции 6 в дополнительные линейки направленных ответвителей 5 и, суммируясь в них, поступает в суммирующие устройство 8. Далее сигналы от входа 1 ( 1) СВЧ-сумматора 7 и входа суммирующего устройства 8, соответствующих разностной диаграмме направленности в плоскости расположения главного распределителя, через фазирующие секции 10 и 11, поступают на выходы 1 и 2 направленного ответвителя 9, при этом амплитудные и фазовые соотношения сигналов в линейках направленных ответвителей 4 и дополнительных линейках направленных ответвителей 5, а также в направленном ответвителе 9, выбраны таким образом, что на входе направленного ответвителя 9 формируются сигналы, соответствующие разностной диаграмме направленности с пониженным уровнем боковых лепестков (это соответствует коррекции формы амплитудного распределения при работе с этим разностным каналом, без коррекции формы амплитудного распределения при работе по суммарному и разностному каналу в плоскости линеек ВРС).

Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого решения, по сравнению с прототипом, заключаются в улучшении электрических характеристик, а именно в снижении уровня боковых лепестков разностной ДН в плоскости расположения главного распределителя.

Возможности практической реализации предлагаемого технического решения не вызывают сомнения. Изготовлены и прошли испытания экспериментальные образцы изделия, реализующие такой тип устройства. Испытания подтвердили возможность достижения заявленного технического эффекта. В предлагаемой фазированной антенной решетке понижен уровень боковых лепестков разностной диаграммы направленности на 10÷15 дБ в плоскости расположения главного распределителя.