Сканирующая антенна бортовой радиолокационной станции вертолета (варианты)

Изобретение относится к антеннам бортовых радиолокационных станций. Технический результат заключается в обеспечении высокой средней мощности излучения в диапазоне излучаемых волн, обеспечивающих прохождение энергии в атмосфере в сложных метеоусловиях без заметного затухания. Сущность изобретения состоит в выполнении и размещении излучателей, линии возбуждения и петли связи, а также в том, что антенна выполнена в виде линейной решетки в "L" диапазоне волн и размещена в лопасти несущего винта вертолета, используемой в качестве механизма сканирования диаграммы направленности за счет вращения. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области антенн бортовых радиолокационных станций (БРЛС) и может использоваться в вертолетах.

В последние годы на ряд типов вертолетов возлагаются задачи по уничтожению наземных, надводных и воздушных целей. Решение этих задач связано с необходимостью обнаружения этих целей в круговой зоне обзора. Известны разработанные и применяющиеся на вертолетах бортовые радиолокационные станции с обзором 360°.

Применительно к вертолету корабельного базирования Линкс такой БРЛС может быть РЛС фирмы Маркони SEASPRAI-2000, которая применяется для обнаружения морских целей. В боевом вертолете для сухопутных войск АПАЧ используется БРЛС APG-78(V) системы управления Longbow. Антенна БРЛС фирмы Маркони размещается на вертолете под фюзеляжем и осуществляет круговой обзор пространства под вертолетом, антенна БРЛС системы Longbow на вертолете АПАЧ размещается на верху колонки несущих винтов и осуществляет круговой обзор пространства выше лопастей и фюзеляжа вертолета.

Основным недостатком антенн приведенных БРЛС является их относительно большой вес и габариты и необходимость применения специального электромеханического привода.

Кроме того, их установка за пределами фюзеляжа нарушает аэродинамику вертолета, увеличивая лобовое сопротивление, что характерно для антенны БРЛС системы Longbow, размещенной над несущими винтами. Возможной альтернативой подобным антеннам является использование несущих лопастей вертолетов в качестве основы конструкции основной сканирующей антенны БРЛС.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является антенна вертолетного радара (1), разработанного корпорацией объединенных исследований Малибу L. Kosowsky, Helicopter Rotorblade Radar System, U.S. Patent 6.054.947 НКИ:342-191 April 2000. В приведенном патенте в качестве антенны предлагается использовать нижнюю поверхность лопасти вертолета как отражательную решетку путем покрытия ее решеткой микрополосных накладок - тонкопленочных отражательных элементов, фазируемых для обеспечения необходимой диаграммы направленности или управления.

В другом варианте применения элементы отражательной решетки включаются в композитные слои лопасти.

На фиг.1 приведен эскиз конструкции из описания вышеуказанного патента США, где приведено размещение элементов такой антенны, где:

206 - колонка вертолета,

208 - лопасть вертолета с размещением элементов отражательной решетки в композитном слое,

220 - излучатель антенны,

222 - сканирующая антенна с использованием лопасти несущего винта,

274 - отражающее зеркало антенны.

Как следует из эскиза, антенна-прототип состоит из излучателя 220, отражающего зеркала 274 и пассивной отражательной решетки, размещенной в композитном слое лопасти вертолета 208.

Из представленной структуры антенны следует, что излучающий сигнал передающего устройства поступает в излучатель 220, который излучает энергию на отражающее зеркало 274. Отраженная волна от отражающего зеркала 274 падает на отражательную решетку в лопасти вертолета 208. Отражательная решетка формирует луч с необходимыми характеристиками диаграммы направленности и переизлучает падающую на нее энергию в пространство на подстилающую поверхность под вертолетом.

Недостатком построения такой антенны является неэффективное использование пассивной отражательной решетки, которая из-за ограничений по максимальному использованию поверхности лопасти применяется только на небольших вертолетах для БРЛС с малой дальностью действия. Кроме того, из-за потерь в такой антенне невозможно получить достаточные потенциальные характеристики БРЛС, а используемый диапазон радиоволн (λ=3мм÷1,2 см) не позволяет эффективно работать БРЛС в плохих метеоусловиях из-за затухания и отражений энергии при ее распространении в атмосфере.

Следует отметить, что при попытке использовать подобную конструкцию в «L» диапазоне излучатель 220 и отражающее зеркало 274 из-за больших размеров становятся конструктивно неприемлемыми для применения на вертолете.

Таким образом, задачей изобретения является создание сканирующей антенны с максимальным использованием длины лопасти вертолета, позволяющей получить высокую среднюю мощность излучения в диапазоне излучаемых волн, обеспечивающих прохождение энергии в атмосфере в сложных метеоусловиях без заметного затухания.

Поставленная задача достигается тем, что сканирующая антенна БРЛС вертолета (фиг.2) выполнена в виде линейной антенной решетки «L» диапазона с максимально возможной длиной, соответствующей максимальной длине лопасти вертолета, а следовательно, с максимальным усилением и относительно узкой шириной диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Решетка размещена в хвостовой части лопасти несущего винта вертолета, используемого в качестве механизма сканирования диаграммы направленности за счет вращения. Хвостовая часть лопасти выполнена из радиопрозрачного материала, например из слоев стеклоткани с сотовым наполнителем. Особенности выполнения антенной решетки подробно изложены далее в чертежах и описании.

Ниже приводится описание конструкции сканирующей антенны, иллюстрированное чертежами фиг.1-5, где:

Фиг.1 - Эскиз конструкции сканирующей антенны-прототипа.

Фиг.2 - Сканирующая антенна БРЛС вертолета.

Фиг.3 - Размещение линейной антенной решетки в лопасти вертолета.

Фиг.4 - Конструкция излучателей антенной решетки.

Фиг.5 - Конструкция излучателей антенной решетки второй конфигурации.

Сканирующая антенна БРЛС вертолета показана на фиг.2. Здесь:

1 - лопасть вертолета,

4 - коаксиальный кабель,

8 - диэлектрический короб,

9 - хвостовая часть лопасти,

18 - груз центровочный,

19 - лонжерон лопасти,

20 - высокочастотный разъем,

21 - линейная антенная решетка.

На фиг.3 приведено размещение элементов линейной антенной решетки в лопасти вертолета, где:

1 - лопасть вертолета;

2 - двухпроводная ленточная линия;

3 - симметрирующее устройство;

4 - питающий фидер (например, коаксиальный кабель);

5 - нагрузка (активное сопротивление);

6 - слой диэлектрика, на котором размещены ленты двухпроводной ленточной линии 2;

7 - платы с печатными излучателями;

8 - диэлектрический короб, в котором размещена линейная антенная решетка;

9 - хвостовая часть лопасти.

На фиг.4 приведена конструкция платы с печатными излучателями антенной решетки, где:

2 - двухпроводная ленточная линия;

6 - слой диэлектрика;

7 - платы с печатными излучателями конфигурации 10;

10 - конфигурация полосок печатных излучателей на платах 7, размещенных с обеих сторон слоя диэлектрика 6;

11 - петли связи с двухпроводной ленточной линией 2, выполненной в виде изогнутых полосок;

12 - нагрузки в виде активных сопротивлений между петлями связи 11;

13 - печатные полоски плат, образующие линию возбуждения излучателей конфигурации 10;

14 - платы с полосками, параллельными вибратору, образующими директорные излучатели для конфигурации 10;

15 - полоски, параллельные вибратору, на платах 7, образующие рефлекторные излучатели для конфигурации 10.

На фиг.5 приведена конструкция плат с печатными излучателями линейной антенной решетки другой конфигурации, где:

2 - двухпроводная ленточная линия;

6 - слой диэлектрика;

7 - платы с печатными излучателями конфигурации 16;

11 - петля связи с лентами 2;

14 - полоски, параллельные вибратору, образующие директорные излучатели;

15 - полоски, параллельные вибратору, образующие рефлекторные излучатели;

16 - конфигурация полосок печатного излучателя, выполненного в одной плоскости;

17 - полоски линии возбуждения излучателей.

Линейная антенная решетка 21 состоит из питающей линии и излучателей «L» диапазона, причем питающая линия выполнена в виде двухпроводной ленточной линии 2, ленты которой разделены в плоскости лопасти 1 вдоль ее длины слоем диэлектрика 6 и расположены внутри хвостовой части лопасти 9.

Начало линии 2 соединено через симметрирующее устройство 3 с питающим фидером 4 (например, с коаксиальным кабелем), а конец этой линии подключен к согласованной нагрузке 5 (фиг.3).

На ленты этой линии и на упомянутый слой диэлектрика 6 наложены и закреплены с двух сторон вдоль ленточной линии 2 с определенным шагом (например, - для режима поперечного излучения) платы 7 с печатными излучателями, выполненными из тонкого фольгированного диэлектрика. Конфигурация излучателей 10 и 16 выполнена в виде двух плеч вибратора и набора полосок 14, 15, параллельных вибратору, образующих рефлекторные и директорные элементы излучателя, а также полосок линии возбуждения излучателей 13 и 17, одним концом соединенных с плечами вибратора, а другим концом с петлей связи 11, расположенной с зазором, равным толщине диэлектрика платы, над лентами двухпроводной линии, и смещенной в плоскости антенны относительно краев этих лент. Концы петель связи 11 каждого излучателя соединены через согласованное нагрузочное сопротивление 12 (фиг.4).

При выполнении излучателей в конфигурации 16 (фиг.5), где петля связи 11 выполнена в одной плоскости с вибратором и также соединена с его плечами через полоски 17 линии возбуждения излучателей, в сканирующей антенне отсутствуют согласованные нагрузочные сопротивления 12, соединяющие концы петель связи 11. Однако такое выполнение излучателей не нарушает единства заявляемого технического решения. Линейная антенная решетка 21 размещена и закреплена в диэлектрическом коробе 8, установленном и закрепленном в хвостовой части лопасти.

Устройство (фиг.2, фиг.3) работает следующим образом.

Высокочастотная энергия через питающий фидер 4 и симметрирующее устройство 3 поступает на ленты двухпроводной ленточной линии 2 и распространяется по направлению к нагрузке 5.

Печатные излучатели на платах 7, расположенные с определенным шагом, ответвляют часть проходящей энергии и переизлучают ее (например, в режиме поперечного излучения при шаге ) во внешнее пространство.

Электромагнитная связь излучателей на платах 7 с двухпроводной ленточной линией 2 определяется величиной зазора в области связи 11 - на фиг.4 и фиг.5, что позволяет сформировать необходимое амплитудно-фазовое распределение по длине решетки для получения требуемой диаграммы направленности в плоскости решетки.

За счет вращения лопасти вертолета обеспечивается круговое сканирование этой диаграммы направленности по азимуту. В вертикальной плоскости ширина диаграммы определяется шириной диаграммы отдельного излучателя.

Для выполнения заявляемого устройства с минимальной массой могут быть использованы стеклоткань, стеклосотовые панели, тонкий фольгированный диэлектрик, например, типа ППФМ-2-18 ТУ2255-014-002035-36-95 или ППФ-1-35-0,1 ТУ6-49-0203534-98-92, в качестве фидера - кабель РК-50-4-46 (гибкий), ленты из тонкой фольги толщиной 0,1-0,15 мм, фторопластовые пленки и аналогичные материалы. Все элементы антенны собираются и крепятся между собой в единую конструкцию.

В качестве излучателей линейной антенной решетки могут быть использованы обе конфигурации исполнения, показанные на фиг.4 и 5, в зависимости от технологических возможностей производства.

Предложенная в изобретении конструкция антенны при минимальной дополнительной массе, вносимой в общую массу БРЛС, позволит использовать максимальную длину лопасти и тем самым обеспечить реализацию антенны с высокими потенциальными характеристиками. Возможность в предлагаемой антенне излучения высокой средней мощности и минимальные потери энергии электромагнитных волн «L» диапазона при их распространении даже в сверхсложных метеоусловиях дают такой БРЛС существенные преимущества перед БРЛС с антенной прототипа, работающей в диапазоне миллиметровых волн.

1. Сканирующая антенна бортовой радиолокационной станции (БРЛС) вертолета, состоящая из линейной антенной решетки, размещенной в лопасти несущего винта вертолета, используемой в качестве механизма сканирования диаграммы направленности антенны за счет вращения, отличающаяся тем, что хвостовая часть лопасти вертолета выполнена из радиопрозрачного материала, линейная антенная решетка состоит из питающей линии и излучателей "L" диапазона волн, причем питающая линия выполнена в виде двухпроводной ленточной линии, ленты которой разделены в плоскости лопасти вдоль ее длины слоем диэлектрика и расположены внутри хвостовой части лопасти, начало двухпроводной ленточной линии соединено через симметрирующее устройство с питающим фидером, а конец подключен к согласованной нагрузке, вдоль двухпроводной ленточной линии на ее ленты и на упомянутый слой диэлектрика наложены и закреплены с двух сторон с шагом, определяемым режимом излучения, платы с печатными излучателями, выполненными из тонкого фольгированного диэлектрика, конфигурация излучателей выполнена в виде двух плеч вибратора и набора полосок, параллельных вибратору, образующих рефлекторные и директорные элементы излучателя, а также полосок линии возбуждения излучателей, одним концом соединенных с плечами вибратора, а другим концом - с соответствующей петлей связи, расположенной с зазором, равным толщине диэлектрика платы, над лентами двухпроводной линии и смещенной в плоскости антенны относительно краев этих лент, причем другие концы петель связи каждого излучателя соединены через согласованное нагрузочное сопротивление, линейная антенная решетка размещена и закреплена в диэлектрическом коробе, установленном и закрепленном в хвостовой части лопасти.

2. Сканирующая антенна БРЛС вертолета, состоящая из линейной антенной решетки, размещенной в лопасти несущего винта вертолета, используемой в качестве механизма сканирования диаграммы направленности антенны за счет вращения, отличающаяся тем, что хвостовая часть лопасти вертолета выполнена из радиопрозрачного материала, линейная антенная решетка состоит из питающей линии и излучателей "L" диапазона волн, причем питающая линия выполнена в виде двухпроводной ленточной линии, ленты которой разделены в плоскости лопасти вдоль ее длины слоем диэлектрика и расположены внутри хвостовой части лопасти, начало двухпроводной ленточной линии соединено через симметрирующее устройство с питающим фидером, а конец подключен к согласованной нагрузке, вдоль двухпроводной ленточной линии на ее ленты и на упомянутый слой диэлектрика наложены и закреплены с двух сторон с шагом, определяемым режимом излучения, платы с печатными излучателями, выполненными из тонкого фольгированного диэлектрика, конфигурация излучателей выполнена в виде двух плеч вибратора и набора полосок, параллельных вибратору, образующих рефлекторные и директорные элементы излучателя, плечи вибратора соединены полосками линии возбуждения с петлей связи, выполненной в одной плоскости с вибратором и расположенной с зазором, равным толщине диэлектрика платы над лентами двухпроводной линии, и смещенной в плоскости антенны относительно краев этих лент, линейная антенная решетка размещена и закреплена в диэлектрическом коробе, установленном и закрепленном в хвостовой части лопасти.