Диаграммообразующая матрица

Изобретение может быть использован в многолучевых антеннах радиолокационных и радионавигационных системах для формирования в пространстве веера независимых лучей (парциальных диаграмм направленности). Технический результат заключается в повышении технологичности сборочных, монтажных и компоновочных работ, позволяя реализовать при использовании стандартных отечественных волноводов многолучевые антенны с числом парциальных диаграмм направленности порядка 15. Сущность изобретения состоит в том, что в матрице, содержащей сигнальные и излучательные фидерные линии, электромагнитно связанные между собой в узлах пересечений посредством восьмиполюсных направленных ответвителей, начала сигнальных фидерных линий (входы матрицы) расположены с противоположных сторон четырехугольной решетчатой структуры матрицы при произвольном их чередовании. При этом концы фидерных линий соединены с поглощающими нагрузками, число N сигнальных фидерных линий равно числу парциальных диаграмм направленности (лучей), формируемых в пространстве. Количество излучательных фидерных линий равно числу М излучающих элементов, сгруппированных в антенное полотно и подключенных к началам излучательных линий. 8 ил., 1 табл.

 

Предлагаемая матрица относится к области техники сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использована в многолучевых антеннах радиолокационных и радионавигационных систем для формирования в пространстве веера независимых лучей (парциальных диаграмм направленности).

Актуальность разработки таких диаграммообразующих матриц (ДОМ) обусловлена все возрастающими требованиями к многолучевым антеннам систем связи, телекоммуникаций и радиолокации в отношении их массогабаритных показателей, технологичности и удобства компоновки [соединения ДОМ с источниками СВЧ сигналов и излучателями эквидистантной фазированной антенной решетки (ФАР)] на подвижном объекте установки (борт летательного аппарата, шасси автомобиля или тягача и т.п.). Для обеспечения предъявляемых ныне в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн требований необходимо реализовать компактные ДОМ, пригодные для питания линейных эквидистантных ФАР с числом излучателей несколько десятков при числе лучей (диаграмм направленности) порядка 10...15. Хорошей иллюстрацией к сказанному являются рисунки алгоритма работы радара с 9-ью лучами, приведенные в работе: Вендик О.Г., Парнес М.Д. «Антенны с электрическим сканированием»/ Под ред. Л.Д.Бахраха. - М.: САЙНС-ПРЕСС, 2002, стр.223.

Известна ДОМ последовательного питания (ДОМ Бласса), описанная в работе: «Сканирующие антенные системы СВЧ»/ Под ред. Г.Т.Маркова, А.Ф.Чаплина, том 3, М.: Советское радио, 1971, стр.285, рис.27. В этой матрице содержатся сигнальные и излучательные фидерные линии, восьмиполюсные направленные ответвители, поглощающие нагрузки и излучающие элементы. Число сигнальных фидерных линий равно числу парциальных диаграмм направленности (лучей) ФАР. Количество излучательных фидерных линий равно числу излучающих элементов. Оба типа фидерных линий образуют четырехугольную решетчатую структуру и электромагнитно связаны между собой в узлах этой структуры посредством восьмиполюсных направленных ответвителей. Начала излучательных фидерных линий соединены с излучающими элементами, сгруппированными в линейное эквидистантное антенное полотно. Начала сигнальных фидерных линий образуют входы ДОМ, а концы обоих типов фидерных линий соединены с поглощающими нагрузками.

В описанной матрице волна, распространяющаяся от входных зажимов к выходам, нагруженным на резистивные нагрузки, отдает часть своей энергии через каждый направленный ответвитель в соответствующий излучающий элемент. Если расстояние между излучающими элементами, сгруппированными в эквидистантное антенное полотно (антенную решетку), равно d, то угловое направление излучения, отсчитываемое от нормали к решетке излучателей, определяется, согласно материалов упомянутой работы, как:

ψ=arcsin( Ω/(kd(kd)),

где Ω - означает сдвиг фаз на участке между направленными ответвителями в фидере; k=2π/λ, λ - длина волны излучения.

Существенным недостатком описанной конструкции является тот факт, что входы матрицы расположены с одной стороны ее решетчатой структуры и при числе лучей (парциальных диаграмм направленности) порядка 8...15 возникают значительные трудности конструктивно-компоновочного характера, препятствующие рациональному размещению ДОМ на объекте установки и его стыковке с источниками сигналов. При волноводном исполнении конструкции эти трудности зачастую просто непреодолимы, что не позволяет реализовать ДОМ с числом лучей более 10.

Известна также ДОМ Бласса, описанная в работе: Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. «Антенно-фидерные устройства», М.: Советское радио, 1974, стр.420. Эта ДОМ состоит из двух систем взаимно пересекающихся фидерных линий, которые в местах пересечений связаны между собой при помощи направленных ответвителей. К излучателям ФАР СВЧ сигнал подводится при помощи вертикальных (по схеме) фидерных линий, число которых соответствует числу излучателей. Источники СВЧ сигнала, число которых соответствует числу формируемых независимых лучей, подключаются к наклонным (по схеме) фидерным линиям. Для создания режима, близкого к режиму бегущих волн, к концам фидерных линий подключены согласованные поглощающие нагрузки.

Аналогичные ДОМ Бласса в разное время описаны в работах:

а) Вендик О.Г., Парнес М.Д. «Антенны с электрическим сканированием»/ Под ред. Л.Д.Бахраха, М.: САЙНС-ПРЕСС, 2002, стр.91, рис.3.3.4.

б) Под ред. Л.Д.Бахраха, Д.И.Воскресенского, «Проблемы антенной техники», М.: Радио и связь, 1989, стр.145, рис.7.4.

в) Под ред. Д.И.Воскресенского, «Антенны и устройства СВЧ», М.: Радио и связь, 1994, стр.360, рис.18.5б.

г) Moska S., Bilotti F., Toskano A., Vegni L., "A novel design method for Blass matrix beam-forming networks"// IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.50, 2002, № 2, pp.225-232.

Анализ этих материалов свидетельствует о том, что описанные в упомянутых пяти литературных источниках устройства идентичны диаграммообразующей матрице, рассмотренной в уже упомянутом 3-ем томе переводной книги «Сканирующие антенные системы СВЧ» на стр. 285, и всем этим ДОМ присущи вышеупомянутые ограничения конструктивно-компоновочного характера.

Известна также многолучевая сканирующая антенная решетка, описанная в АС СССР №316358, Н 01 Q 21/00, опубликованном 30.06.1986 г. В этой решетке содержатся излучатели в виде многолучевого модуля (антенной подрешетки меньшего размера), управляемые фазовращатели и система распределения мощности в виде нескольких независимых трактов. Одноименные входы всех модулей соединены с соответствующими трактами посредством управляемых фазовращателей, которые обеспечивают фазовый сдвиг между одноименными входами модулей.

Фактически упомянутая система распределения мощности в виде нескольких независимых трактов весьма близка по принципу ее функционирования к ДОМ последовательного питания по схеме Бласса: входы отдельных лучей (парциальных диаграмм направленности) расположены с левой (по схеме) стороны устройства.

Таким образом, и этой антенной решетке в полной мере присущи ограничения конструктивно-компоновочного характера, усугубляемые тем, что каждый многолучевой модуль (подрешетка меньшего размера), с целью сокращения числа фазовращателей, должен соединяться с каждым из независимых трактов, являющихся по существу сигнальными фидерными линиями, со входов которых формируются соответствующие парциальные диаграммы направленности (лучи) ФАР.

Известна также диаграммообразующая матрица, описанная в АС СССР №1649617, Н 01 Q 21/00, опубликованном 15.05.91 г. В этой матрице, содержащей ряд параллельных прямоугольных волноводов, ко входам которых подключены поглощающие нагрузки, а выходы которых через выравнивающие отрезки прямоугольных волноводов соединены с излучателями, первый и второй суммирующие прямоугольные волноводы, соединенные посредством направленных ответвителей с рядом параллельных прямоугольных волноводов под соответствующими углами наклона, к выходам первого и второго суммирующих прямоугольных волноводов подключены поглощающие нагрузки, размер широкой стенки первого суммирующего волновода и размеры широких стенок ряда параллельных прямоугольных волноводов и выравнивающих отрезков прямоугольных волноводов выбраны одинаковыми. С целью стабилизации лучей в пространстве при изменении частоты, размер широкой стенки второго суммирующего прямоугольного волновода выбран согласно выражению, приведенном в формуле изобретения.

В описанной матрице сигналы рабочего диапазона волн поступают на входы первого и второго суммирующих прямоугольных волноводов, в результате чего формируются лишь два луча (две парциальные диаграммы направленности). При этом максимум первого луча направлен по нормали к плоскости раскрывов излучателей, а максимум второго луча отклонен от положения первого на требуемый угол.

В общем случае число лучей можно увеличить, если увеличить число суммирующих прямоугольных волноводов. В этом случае схема описанной матрицы будет совпадать со схемой ДОМ последовательного питания (ДОМ Бласса). В результате и эта диаграммообразующая матрица характеризуется ограничениями конструктивно-компоновочного характера вследствие того, что все входы ее расположены снизу (по схеме) и требуется использовать громоздкий многовходовый фланец для волноводов, не говоря уже о необходимости последующей «разводки» питающих волноводов от общего фланца к источникам СВЧ сигналов.

Прототипом предлагаемого изобретения является ДОМ последовательного питания, описанная в упомянутой первой работе «Сканирующие антенные системы СВЧ»/Под ред. Г.Т.Маркова, А.Ф.Чаплина, том 3. - М.: Советское радио, 1971, стр.285, рис.27. Как уже отмечалось, входы ДОМ расположены с одной стороны ее решетчатой структуры, что приводит к значительным трудностям конструктивно-компоновочного характера, которые можно преодолеть (да и то не всегда!) лишь за счет усложнения конструктивного исполнения многовходового волноводного фланца (волноводные ДОМ) или предельного сближения друг с другом коаксиально-полосковых разъемов (планарные полосковые ДОМ). Все эти конструкторские решения, вместе взятые, представляют собой экстенсивный путь решения проблемы, который характеризуется резким снижением технологичности монтажно-компоновочных работ при сборке ДОМ и его размещении на объекте установки.

Задачей предлагаемого изобретения является создание диаграммообразующей матрицы, имеющей более высокую технологичность сборочных, монтажных и компоновочных работ.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известной диаграммообразующей матрице, содержащей сигнальные и излучательные фидерные линии, восьмиполюсные направленные ответвители, поглощающие нагрузки и излучающие элементы, при этом сигнальные фидерные линии, число которых равно числу парциальных диаграмм направленности, и излучательные фидерные линии, количество которых равно числу излучающих элементов, образуют четырехугольную решетчатую структуру и электромагнитно связаны между собой в узлах структуры посредством восьмиполюсных направленных ответвителей, начала излучательных фидерных линий соединены с излучающими элементами, сгруппированными в линейное эквидистантное антенное полотно, концы излучательных и сигнальных фидерных линий соединены с поглощающими нагрузками, а начала сигнальных фидерных линий образуют входы диаграммообразующей матрицы, упомянутые входы расположены с противоположных сторон решетчатой структуры при произвольном их чередовании.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемой диаграммообразующей матрицы, на фиг.2 - ее эквивалентная схема, на фиг.3 - функциональная схема восьмиполюсного направленного ответвителя, на фиг.4 - диаграмма, иллюстрирующая механизм формирования лучей, на фиг.5 - эскиз опытного образца заявляемой диаграммообразующей матрицы с координатными осями, на фиг.6-8 - экспериментально снятые в плоскости YOZ парциальные диаграммы направленности по напряженности Е электрического поля для лучей с направлениями ψ₁=0°, ψ₂=20° и ψ₃=-20° соответственно.

Предлагаемая диаграммообразующая матрица (фиг.1) содержит сигнальные 1 и излучательные 2 фидерные линии, восьмиполюсные направленные ответвители 3, поглощающие нагрузки 4 и излучающие элементы 5. Число N сигнальных фидерных линий 1 равно числу парциальных диаграмм направленности, формируемых в пространстве. Количество излучательных фидерных линий 2 равно числу М излучающих элементов 5, сгруппированных в линейное эквидистантное антенное полотно 6. Фидерные линии 1 и 2 образуют четырехугольную решетчатую структуру (фиг.1) и электромагнитно связаны между собой в узлах структуры посредством восьмиполюсных направленных ответвителей 3. Начала излучатальных фидерных линий 2 соединены с излучающими элементами 5, а концы излучательных 2 и сигнальных 1 фидерных линий соединены с поглощающими нагрузками 4. При этом начала сигнальных фидерных линий 1 образуют входы 7 диаграммообразующей матрицы, с которых формируются в пространстве соответствующие парциальные диаграммы направленности (лучи), причем упомянутые входы расположены с противоположных сторон решетчатой структуры и могут чередоваться произвольным образом. Подключение источников сигналов ко входам 7, а также присоединение излучающих элементов 5, сгруппированных в эквидистантное антенное полотно 6, к началам излучательных фидерных линий 2 осуществляется с помощью стандартных дроссельно-фланцевых соединений волноводов или коаксиально-полосковых (коаксиально-микрополосковых) разъемов в зависимости от типа фидерных линий 1 и 2. Если эти линии выполнены в виде прямоугольных волноводов, то формируется объемная пространственная четырехугольная решетчатая структура, высота которой хотя и является заметной (она равна нескольким размерам узкой стенки прямоугольного волновода), но она все-таки мала по сравнению с периметром структуры, так как продольный размер антенного полотна 6 определяется как Md, где d=λ/2 - есть расстояние между соседними излучающими элементами 5, λ - длина волны излучаемых радиоволн. Если же фидерные линии 1 и 2 выполнены в виде полосковых (микрополосковых) волноводов, то вся ДОМ реализуется в печатном (тонкопленочном) исполнении интегрально-групповыми технологическими приемами микроэлектроники сверхвысоких частот на соответствующих листовых диэлектрических заготовках из органических или керамических материалов с перенебрежимо малыми диссипативными потерями. Поэтому и в данном случае высотой решетчатой структуры по сравнению с ее периметром можно пренебречь.

Принцип действия заявляемой диаграммообразующей матрицы состоит в следующем.

Пусть ко входам 7 ДОМ поочередно подключаются источники СВЧ сигнала с согласованными внутренними сопротивлениями, генерирующими радиосигнал единичной амплитуды с длиной волны λ. Пронумеруем входы ДОМ сверху вниз (фиг.2): i=1, 2,..., N, а излучательные элементы 5 пронумеруем слева направо (фиг.2): j=1, 2,..., М. Фазовые сдвиги, вносимые соответствующими отрезками излучательных фидерных линий (фиг.1, поз.2) будем моделировать фазовращателями (фиг.2, поз.8) с фазовыми сдвигами ϕ_ij, (i=1...N; j=1...М). Рассмотрим далее схему восьмиполюсного направленного ответвителя (фиг.1, поз.3) с нумерацией плеч 1', 2', 3', 4', изображенную более крупным планом на фиг.3. Матрица рассеяния [S] такого направленного восьмиполюсника может быть записана как:

где S₁₂, S₁₃ - комплексные коэффициенты передачи по напряжению соответственно трактов 1'↔2'(3'↔4') и 1'↔3'(2'↔4'). Факт направленности ответвителя изображается графически дугами между плечами 1', 2' и 3', 4' (фиг.3, поз.9). Эти дуги изображены также и на фиг.1-2, при этом ориентация дуг зависит от того, с какой стороны решетчатой структуры расположен соответствующий вход 7 ДОМ. Направленность ответвителя приводит также к тому, что передачи энергии между плечами 2', 3' и 1', 4' не происходит [в формуле (1): S₂₃=S₃₂=S₁₄=S₄₁=0]. Если ответвитель (фиг.1, поз.3) настроен на длину волны λ излучаемых радиоволн, то его матрица рассеяния [S] согласно работы: «Сканирующие антенные системы СВЧ», том 3/Под ред. Г.Т.Маркова, А.Ф.Чаплина. - М.: Советское радио, 1971, стр.281, конец первого абзаца, может быть представлена как:

здесь k - коэффициент связи плеч 1' и 2' (3' и 4').

В этом случае, не учитывая пока набеги фазы в отрезках сигнальных фидерных линий (фиг.1, поз.1), можно записать уравнения для напряжений U_1j, на j-ом излучающем элементе (фиг.1, поз.5; j=1...M) от источника сигнала, подключенного к первому входу (i=1):

Аналогично записываются уравнения для напряжений U_2j на j-ом излучающем элементе (j=1...M) от источника сигнала, подключенного ко второму входу (i=2):

При этом сигнал источника, подключенного ко второму входу (фиг.2, i=2), не рассеивается на внутреннем сопротивлении источника, подключенного к первому входу (фиг.2, i=1): оба входа развязаны между собой за счет направленных свойств восьмиполюсных ответвителей (фиг.1, поз.3).

В то же время часть мощности источника, подключенного к первому входу, поступает в поглощающую нагрузку (фиг.1, поз.4) [ее величина обозначена как R_L1 (фиг.2)] первой (i=1) сигнальной фидерной линии (фиг.1, поз.1) и ее уровень рассчитывается как:

В случае, когда работает источник, подключенный ко входу второй (фиг.2, i=2) сигнальной фидерной линии, часть его мощности рассеивается в поглощающих нагрузках (фиг.1, поз.4) как второй (i=2, величина нагрузки R_L2), так и первой (i=1, нагрузка R_L1) сигнальной фидерной линии (фиг.1, поз.1). Соответствующие уровни мощностей определяются как [верхний индекс (2) означает, что величины мощностей обусловлены только источником второго (i=2) входа]:

Найденные уровни [формула (5)] и [формула (6)] определяют коэффициенты полезного действия (кпд) η₁ и η₂ первой (i=1 на фиг.2) и второй (i=2 на фиг.2) сигнальной фидерной линий [соответственно первой и второй парциальной диаграммы направленности (луча) антенной решетки]:

Аналогично, методом математической индукции, рассчитываются уровни напряжений на излучателях U_3j (j=1...М), мощности рассеивания и величина кпд

для третьей парциальной диаграммы направленности (третьего луча) решетки, формируемой с третьего (i=3 на фиг.2) входа (фиг.1, поз.7) сигнальной линии 1 (фиг.1). Вычисления повторяются для последующих лучей (входов) i=4, 5,..., N, причем программирование соответствующих рекуррентных соотношений не встречает затруднений.

Описанный алгоритм анализа использован заявителем как основа построения программы параметрической оптимизации заявляемой диаграммообразующей матрицы. При этом значения k_ij коэффициентов связи восьмиполюсных направленных ответвителей 3 (фиг.1) и фазовых сдвигов ϕ_ij соответствующих отрезков 8 (фиг.2) излучательных фидерных линий 2 (фиг.1) подбираются таким образом, чтобы при заданных уровне боковых лепестков L_SL (дБ), числе излучателей М, числе парциальных диаграмм направленности (лучей) N и кпд η_i(i=1...N) каждого луча обеспечить требуемое отклонение ψ_i(i=1...N) i-го луча от нормали к линии антенного полотна 6 (фиг.1). В качестве примера в таблице 1 приведены значения k_ij, ϕ_ij трехлучевой (N=3) диаграммообразующей матрицы, первый и третий (i=1; i=N=3) входы которой расположены слева, а второй (i=2) - справа от прямоугольной решетчатой структуры матрицы. Соответствующие исходные величины составили: L_SL=30 дБ, η₁=η₂=η₃=0.9, а требуемые углы ψ_i отклонения лучей от нормали были приняты равными: ψ₁=0° (фиг.4, поз.10; направление в зенит), ψ₂=20° (фиг.4, поз.11), ψ₃=-20° (фиг.4, поз.12).

В процессе вычислений задействованы математические модели каждой из сигнальных фидерных линий 1 (фиг.1) с примыкающими сверху отрезками 8 (фиг.2) излучательных фидерных линий 2 (фиг.1) с соответствующими восьмиполюсными направленными ответвителями 3 (фиг.1) в виде многополюсников. Требуемые амплитудное и фазовое распределения возбуждения вдоль излучателей 5 (фиг.1) формировалось в виде М-мерного вектора - столбца. Коэффициенты связи k_1j, и фазовые сдвиги ϕ_1j, относящиеся к первому входу (i=1), рассчитывались по методике, изложенной в работе: «Антенны и устройства СВЧ»/ Под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1994, раздел 18-5. После определения элементов ДОМ, связанных с первым входом (i=1), осуществляется пересчет требуемых амплитудного и фазового распределений второго входа (i=2) через многополюсник с параметрами k_1j, ϕ_1j (j=1...M). Расчет параметров k_2j, ϕ_2j (j=1...М), связанных со второй сигнальной фидерной линией, производится по алгоритму, разработанному заявителем и отличающемуся от алгоритма раздела 18-5 только что упомянутой работы, Процесс вычислений

Таблица 1 Диаграммообразующая матрица с тремя входами: первый - слева, второй - справа, третий - слева. КПД каждого луча равен 90% (η1=η2=η3=0.9). Первый луч - синфазный (ψ1=0°), второй наклонен на 20° (ψ2=20°), третий - на -20° (ψ3=-20°). Уровень боковых лепестков LSL=30 дБ. Коэффициенты связи направленных ответвителей
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	0.100993	0.134623	0.203429	0.277263	0.350767	0.419498	0.479627	0.526656	0.55318	0.546302	0.488764	0.374156	0.30423
2	0.311756	0.385004	0.503345	0.56375	0.57244	0 544309	0.488375	0.408269	0.309333	0.213958	0.162253	0.134193	0.115888
3	0.110241	0.128859	0.187504	0.2877	0.36	0.44336	0.534848	0.58077	0.561018	0.478253	0.409816	0.37833	0.356378
Фазовые сдвиги фазовращателей (в градусах)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
2	-9.381755	51.665237	112.316624	172.26172	-128.893951	-71.373983	-15.000354	41.149902	99.735256	166.832539	-116.381595	-48.607083	7.77749
3	16.345684	-100.561715	-232.010237	8.394529	-107.700494	-225.057267	23.801325	-85.379068	-201.011087	26.118772	-127.234532	-263.508859	-15.555017

организован циклически, что позволяет рассчитать параметры k_ij, ϕ_ij (j=1...М) для всех последующих значений i(i=2...N).

В результате обеспечивается любое требуемое угловое положение в пространстве парциальных диаграмм направленности (лучей) ФАР относительно направления 10 (фиг.4) в зенит. При этом структура заявляемой ДОМ, отличительной особенностью которой является произвольное чередование (расположение) входов на противоположных сторонах ее решетчатой структуры, такова, что при выполнении условия равенства характеристического сопротивления сигнальных 1 и излучательных 2 фидерных линий (фиг.1) величине сопротивления поглощающих нагрузок 4 (фиг.1) обеспечивается режим, близкий к бегущим волнам (это является общепринятым требованием ко всем типам ДОМ), а также повышается уровень технологичности сборочных, монтажных и компоновочных работ.

Для экспериментальных исследований по данным таблицы 1 было изготовлено 3-лучевое антенное устройство с тринадцатью (М=13) излучателями для работы на частоте 9.25 ГГц (λ=3.24 см). В качестве сигнальных 1 и излучательных 2 фидерных линий (фиг.1) использовались стандартные прямоугольные волноводы сечением 23·10 мм. Для реализации в узлах пересечения фидерных линий 1 и 2 восьмиполюсных направленных ответвителей 3 (фиг.1) использовались, согласно рекомендаций работы: «Антенны и устройства СВЧ»/ Под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1994, стр.374, - крестообразные элементы связи в общей широкой стенке волноводов. Расчет электрических параметров и последующее определение геометрических размеров крестообразных отверстий (элементов связи) проводились по найденным значениям k_ij (таблица 1) с использованием справочника: Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. «Справочник по элементам волноводной техники». М.: Советское радио, 1967, стр.624. Из конструктивных соображений, а также требований компактности и удобства реализации, излучающие элементы 5 (фиг.1) выполнялись в виде полуволновых щелей, возбуждаемых торцами прямоугольных волноводов. Расчет соответствующих электрических и геометрических параметров излучающих щелей проводился с использованием материалов работы: «Сканирующие антенные системы СВЧ»/ Под ред. Г.Т.Маркова, А.Ф.Чаплина. - М.: Советское радио, 1971, том 3, раздел 4.11.2. Для подключения источника сигнала, в качестве которого использовался генератор сигналов Г4/109 (1991 год выпуска, зав. №856), применялись стандартные дроссельно-фланцевые соединители. Эскиз изготовленного 3-лучевого антенного устройства на основе заявляемой ДОМ представлен на фиг.5. При этом 90-градусные скрутки прямоугольных волноводов, необходимые для разворота плоскостей поляризации излучательных волноводов и встроенные между первой (фиг.2, i=1) сигнальной фидерной линией (фиг.1, поз.1) и каждым из излучающих элементов (фиг.1, поз.5), условно не показаны (кроме первой и последней излучательной фидерной линии), хотя они и включены в состав фазовращателей ϕ_1j первого ряда (фиг.2, поз.8). Клиновидные поглощающие нагрузки R_Li, R_rj (фиг.1, поз.4) выполнены классически внутри прямоугольных волноводов на их концах.

Результаты экспериментальных исследований парциальных диаграмм направленности изготовленного устройства приведены на фиг.6 (ψ=0°), фиг.7 (ψ=20°) и фиг.8 (ψ=-20°). В измерениях использовались типовые методики, предусмотренные при снятии диаграмм направленности антенн в дальней зоне Фраунгофера. Полученные результаты свидетельствуют об адекватности методики расчета заявляемой ДОМ данным натурного эксперимента и о перспективности ДОМ для практического использования в многолучевых антеннах радиолокационных и радионавигационных систем. При этом входы заявляемой матрицы (фиг.1, поз.7) расположены с противоположных сторон ее решетчатой структуры и могут следовать (чередоваться) произвольным образом, что не создает трудностей при подключении источников сигналов посредством стандартных присоединительных узлов и устраняет необходимость разработки и изготовления специализированных многовходовых соединителей. Общая компоновка заявляемой матрицы (фиг.5) свидетельствует о ее хорошей адаптации к посадочным местам на объектах установки и позволяет сделать вывод о повышенной, по сравнению с прототипом, технологичности сборочных, монтажных и компоновочных работ. Представляется, что эти преимущества заявляемой диаграммообразующей матрицы будут все более весомы по мере роста числа входов (парциальных диаграмм направленности) N, достигающих в современных системах радиолокации и сотовой связи 15...20.

Диаграммообразующая матрица, содержащая сигнальные и излучательные фидерные линии, восьмиполюсные направленные ответвители, поглощающие нагрузки и излучающие элементы, при этом сигнальные фидерные линии, число которых равно числу парциальных диаграмм направленности, и излучательные фидерные линии, количество которых равно числу излучающих элементов, образуют четырехугольную решетчатую структуру и электромагнитно связаны между собой в узлах структуры посредством восьмиполюсных направленных ответвителей, начала излучательных фидерных линий соединены с излучающими элементами, сгруппированными в линейное эквидистантное антенное полотно, концы излучательных и сигнальных фидерных линий соединены с поглощающими нагрузками, а начала сигнальных фидерных линий образуют входы диаграммообразующей матрицы, отличающаяся тем, что упомянутые входы расположены с противоположных сторон решетчатой структуры при произвольном их чередовании.