Фазированная антенная решетка

 

Использование: в радиолокационных системах для уменьшения эффективной поверхности рассеяния антенны Сущность изобретения фазированная антенная решетка (ФАР) содержит N излучателей 1, соединенных через соответствующие плечи направленных ответвителей 3 с выходами схемы фазирований и распределения мощности 2 и с выходами первой диаграммообразующей схемы (ДОС) 4, сопряженные пары входов которой соединены через первые двунаправленные усилители 6 и первые фазовращатели 7 с первыми отрезками фидерного тракта равной электрической длины . Для улучшения согласования излучателей 1 при работе ФАР на прием и передачу соответствующие плечи направленных ответвителей 3 соединены с выходами первой ДОС 4 через управляемые коммутаторы. Для улучшения согласования1 излучателей 1 в полосе рабочих частот передачи соответствующие плечи направленных ответвителей 3 соединены с выходами первой и второй ДОС через частотно-избирательное звено. 2 з.п. ф-лы, 4 ил (Л С

CO)03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 Q 3/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

lc

V (21) 4799353/09 (22) 01,02.90 (46) 15.07.92, Бюл, N 26 (71) Московский авиационный институт им.

Серго Орджоникидзе и Московский научноисследовательский институт приборостроения (72) Л.Д.Бахрах, О.С.Литвинов, В.М.Максимов, И.Г,Сухарев и В.H.Óâàðîâ (53) 621,396.677(088.8) (56) Антенны и устройства СВЧ, Под ред.

Д,И,Воскресенского.. M. Радио и связь, 1981, с, 44, рис. 2.26, (54) ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА (57) Использование: в радиолокационных системах для уменьшения эффективной по- верхности рассеяния антенны. Сущность изобретения: фазированная антенная решетка (ФАР) содержит М излучателей 1, со„„5U „„1748212 А1 единенных через соответствующие плечи направленных ответвителей 3 с выходами схемы фазирования и распределения мощности 2 и с выходами первой диаграммообразующей схемы (ДОС) 4, сопряженные пары входов которой соединены через первые двунаправленные усилители 6 и первые фазовращатели 7 с первыми отрезками фидерного тракта равной электрической длины. Для улучшения согласования излучателей 1 при работе ФАР на прием и передачу соответствующие плечи направленных ответвителей 3 соединены с выходами первой ДОС 4 через управляемые коммутаторы, Для улучшения согласованиФ излучателей 1 в полосе рабочих частот передачи соответствующие плечи направленных ответвителей 3 соединены с выходами первой и второй ДОС через частотно-избирательное звено. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1748212

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных системах, Цель изобретения — уменьшение эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) фээи- 5 рованных антенных решеток (ФАР) и улучшение согласования излучателей при работе ФАР на прием и передачу, э также улучшение согласования излучателей в полосе рабочих частот в режиме передачи при сохранении низкого уровня ЭПР вне рабочей полосы чэстот.

На фиг, 1 представлена ФАР с уменьшенной ЗПР; нэ фиг. 2 — то же, при работе . антенны на прием и с согласованием излучателей в широком секторе углов сканирования; нэ фиг, 3 — ФАР с улучшенным согласованием излучателей в полосе рабочих частот передачи при сохранении низкого уровня ЗПР вне полосы рабочих частот передачи; на фиг. 4 — схема двунэпрэвленного усилителя.

ФАР (фиг, 1) состоит из излучателей 1 и схемы 2 фаэирования и распределения мощности, Между излучателями 1 и выходами схемы 2 фэзировэния и распределения мощности включены направленные ответвители ", первые свободные входы которых, ответвляющие часть распространяющейся от излучателей мощности, соединены с выходами ДОС 4. Вторые свободные входы, ответвляющие часть распространяющейся к излучателям мощности, соединены с согласованными нагрузками 5. Пары сопряженных входов ДОС 4 соединены через двунаправленные усилители 6 и фаэоврэщатели 7 отрезками фидерного тракта равной электрической длины.

ФАР (фиг. 2) состоит из излучателей 1, соединенных с выходами схемы 2 фэзировэния и распределения мощности через направленные ответвители 3. Первый и второй свободные входы направленных ответвителей 3 соединены с выходами ДОС 4 и согласованными нагрузками 5 через коммутатор

8, э третий выход коммутаторов 8 нагружен нэ согласованную нагрузку 9, пары сопряженных входов ДОС 4 соединены через двунаправленные усилители б и фазовращатели 7.

ФАР (фиг. 3) состоит из излучателей 1, соединенных с выходами схемы 2 фазирова ния и распределения через направленные ответвители 3, первые свободные входы которых соединены с первыми входами У-циркуляторов 10, вторые входы которых через полосно-ээгрэждающие фильтры 11 соединены с входами ДОС 4, пары сопряженных входов которой через двунаправленные усилители 6 и фэзоврэщэтели 7 соединены

55 отрезками фидердного тракта равной электрической длины, а третьи входы Y-циркуляторов 10 соединены через полоснопропускные фильтры 12 с согласованными нагрузками 9, вторые свободные входы направленных ответвителей 3 соединены с первыми входами Y- циркуляторов

13, вторые входы которых через полоснопропускэющие фильтры 14 соединены с вы- ходами ДОС 15, пары сопряженных входов которой через двунаправленные усилители

16 и фаэоврэщатели 17 соединены отрезками фидерного тракта равной электрической длины, а третьи входы Y-циркуляторов 13, через полосна-заградительные фильтры соединены с согласованными нагрузками 5.

ФАР (фиг, 1) работает следующим образом.

Максимум диаграммы направленности (ДН) рассеянного поля при приходе плоской волны иэ направления 0о совпадает с максимумом ДН антенной решетки на передачу в нэ правлении (- ОО), Для компенсации этого поля в пределах главного мэксимума необходимо сформировать ДН в направлении (0o) в противофазе с: рассеянным полем, Пусть нэ антенную решеткуиз направления

Ор, соответствующего Одному иэ Ортогональных лучей ДОС, падает плоская волна, Часть мощности падающей волны отрэжается от излучателей 1 и образует рассеянное поле Ер. Остальная часть мощности проходит в фидерный тракт. Большая часть этой мощности поступает на схему 2 фэзировэния и распределения мощности. Остальная часть этой мощности через направленные ответвители 3 попадает нэ входы ДОС 4 и ,складывается на одном из ее входов, номер которого определяется напрэЬлением прихода плоской волны. Для компенсации поля

Ер мощность, поступившая на вход ДОС 4, подается нэ сопряженный вход, соответствующий ДН с максимумом в направлении (О о), Амплитуда и фаза ДН, необходимые для компенсэции. определяются коэффициентом усиления двунаправленного усилителя б и фээовращателем 7. Если Ер скомпенсировано в N направлениях, соответствующих ортогональным лучам ДОС, то; следовательно, это поле компенсируется во всех направлениях. Зто происходит потому, что плоскую волну, пришедшую из произвольного направления, можно представить в виде суперпозиции N ортогонэльных волн, для которых Ер скомпенсировано. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивэет уменьшение Оэссеянного поля, что

1748212 соответствует уменьшению двухпозиционной ЭПР.

ФАР (фиг. 2) работает следующим образом. 5

В режиме работы антенны на прием паФ ложение коммутаторов 8 таково, что первые входы направленных ответвителей 3, ответвляющие часть рэспространяюшейся от из- 10 лучателей мощности, соединены с выходами ДОС 4, а вторые свободные входы соединены с согласованными нагрузками 5.

В этом положении коммутаторов 8 предлагаемая антенна совпадает с ФАР, представ- 15 ленной на фиг. 1 и работает аналогичным образам, При работе антенны на передачу коммутаторы 8 соединяют первые свободные входы направленных ответвителей 3 с согласованными нагрузками 9, а вторые 20 свободные входы — с выходами ДОС 4, В этом режиме часть мощности, прошедшей через ДОС4. компенсирует волны, отраженные ат излучателей 1 при возбуждении антенны со стороны фидернаго тракта. Так как 25 фазировзнная антенная решетка является взаимным устройством, то коэффициенты отражения излучателей при падении плоской волны из направления Оа и при формировании луча в этом >ке направлении 30 совпадают. Следовательно, если параметры усилителей таковы, что происходит компенсация рассеянного поля в широком секторе углов, то в этом же секторе будет происходит согласование излучателей при работе 35 антенны на передачу.

Принцип работы ФАР, представленной на фиг, 3. аналогичен предыдущим, В данной антенне полоса пропускания фильтров

12 и 14 и полоса заграждения фильтров 11 40 и 18 соответствует рабочей полосе частот передачи.

Пусть на антенную решетку падает плоская волна. Часть принятых электромагнитных колебаний, пройдя излучатели 1, 45 .ответвляется ч ;>ез напрзвленные ответвители 3 и, пройдя Y-циркуляторы 10, поступает на вход поласно-заграждающих фильтров 11. Если частота принятых электромагнитных колебаний лежит вне рабочей 50 полосы частот передачи, то эти колебания, пройдя ДОС 4 и Y-циркулятаров 10, поступают на вход паласна-пропускающего фильтра 12, Отразившись от него, электромагнитные колебания, пройдя Y-циркулято- .55 ры 10, нэправленные атветвители 3 и излучатели 1, компенсируют рассеянное поле. Если частота принятых электромагни.гных колебаний лежит в рабочей полосе частот передачи, то эти колебания, пройдя излучатели 1, направленные ответвители 3 и У-циркуляторы 10, отражаются от фильтрав 11 и, пройдя Y-циркуляторы 10 и фильтры 12, поглощаются в согласованной нагрузке 5. Таким образом ссвокупность

Y-циркулятарав 10, полосна-заграждэющих фильтров 11, полосно-пропускающих фильтров 12 v! согласованных нагрузок 5 представляет собой частотно-избирательную цепь, поглощающую электромагнитные колебания, лежащие в рабочей полосе частот передачи антенны. Совокупность Y-циркуляторов 13, полосно- пропускающих фильтров 14, полосно-заграждающих фильтров 18 и согласованных нагрузок 9, представляет собой частотно-избирательную цепь, согласующую электромагнитные колебания с частотой, лежащей вне рабочей полосы частот передачи. Таким образом, при работе антенны на прием происходит гешение рассеянного поля электромагнитных колебаний с частотой, лежащей вне рабочей полосы частот передачи, и происходит согласование, излучателей при работе антенны на передачу.

Двунаправленный усилитель, входящий в предлагаемую антенну„может быть построен па известному принципу.или по схеме, приведенной на фиг. 4, а ДОС должна иметь равное числовходов и выходов. Такая

ДОС мо>кет быть ДОС Батлера или Бласса.

Полоса частот, в которой компенсируется рассеянное поле, определяется широко- . полосностью направленных ответвителей 3 и ДОС 4, При этом амплитудно-частотная и фазачастатная характеристики усилителя 6 имеют вид, при котором происходит компенсация во всем частотной диапазоне, Формула изоб ретен ия

1. Фазированная антенная решетка (ФАР), содержащая N излучателей и схему фаэировачия и распределения мощности, о т л и ч з ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения эффективной поверхности рассеяния, введены первая диаграммаабразующая схема (ДОС) нэ N входов и N выходов, M первых согласованных нагрузок и N направленных атветвителей, первое плечо каждого из которых соединено с входом соответствующего излучателя, второе плечо саединенос соответствующим выходом схемы фэзирования и распределения мощности, третье плечо-с. соответствующим выходом первой диаграммоабразу ющей схемы, саатветству|ащие пары сопряженных входов которой соединены через последовательно соединенные дополнительно введенные первые двунаправленные усилители и первые фазовращэтели дополнительно введенными первыми отрезками фидернага .ракта равной электрической длины, при этом четвертые плечи

1748212 направленных ответвителей соединены с соответствующими первыми согласованными нагрузками, 2. Решетка по и. 1, отличающаяся тем, что, с целью улучшения согласования излучателей при работе ФАР на прием и . передачу, введены N вторых согласованных нагрузок и и управляемых коммутаторов, третье и четвертое плечи каждого направленного ответвителя соединены с соответствующим входом ДОС и соответствующей первой согласованной нагрузкой через первый и второй выходы соответствующего управляемого коммутатора соответственно, третий выход которого соединен с соответствующей второй согласованной нагрузкой, 3. Решетка по п, 1, о т л и ч а ю.щ а я с я тем, что, с целью улучшения согласования излучателей в полосе рабочих частот в режиме передачи при сохранении низкого уровня эффективной поверхности рассеяния вне рабочей полосы частот, введены К вторых согласованных нагрузок, вторая ДОС, идентичная первой, соответствующие пары сопряженных входов которой соединены через последовательно соединенные дополнительные вторые двунаправленные усилители и вторые фазовращатели дополнительными вторыми отрезками фидерного тракта равной элЕктрической длины, и N частотно-избирательных звеньев, при этом третье и четвертое плечи каждого направленного ответвителя соединены с соответствующей первой согласованной нагрузкой через первый и второй выходы соответству5 ющего частотно-избирательного звена соответственно, третий выход которого соединен с соответствующим выходом второй ДОС, а четвертый выход — с соответствующей второй согласованной нагрузкой, 10 причем каждое частотно-избирательное

: звено содержит первый и второй Y-циркуля тор, первый и второй полосно-заграждаю щий фильтр, первый и второй по",îñíî-пропускающий фильтр, при этом

15 первые плечи первого и второго Y-циркулятора являются входами частотно-избирательного звена, второе и третье плечи первого Y-циркулятора соединены соответственно с входом первого частотно-пропу20 скающего фильтра и входом первого частотно-заграждающего фильтра, а второе и третье плечи второго Y-циркулятора соединены соответственно с входом второго частотно-заграждающего фильтра и входом

25 частотно-пропускающего фильтра, причем первым и вторым, третьим и четвертым выходами частотно-избирательного звена являются соответственно выход второго и первого частотно-заграждающих фильтров

30 и выход первого и второго частотно-пропускающих фильтров, 1748212

Усияитии

Составитель В.Уваров

Техред M,Ìîðãåíòàë.Редактор Э.Слиган

Корректор A.Îñàóëåíêî

Производственно-издательский комбина "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101. Заказ 2509 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5