Радиолокационное одномерно-сканирующее антенно-фидерное устройство

Изобретение относится к антенной технике, в частности к вибраторным фазированным антенным решеткам (ФАР) для летательных аппаратов в печатно-полосковом исполнении, питаемым через полосковый фидерный тракт (ФТ) от волноводной линии питания. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик вращающейся удлиненной ФАР для летательного аппарата за счет снижения потерь электромагнитной энергии и поперечного габарита ФАР при одновременном повышении технологичности настройки и улучшения ремонтопригодности антенно-фидерного устройства. Сущность изобретения состоит в том, что в радиолокационном одномерно-сканирующем антенно-фидерном устройстве, содержащем ФАР с симметричными печатными полуволновыми вибраторами, упорядоченно расположенными над проводящим экраном на расстоянии, составляющем четверть средней длины волны рабочего диапазона, и ФТ для синфазной запитки вибраторов, представляющий собой систему питания ФАР, включающую последовательную схему распределения мощности, поступающей с линии питания, и участки подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов, и снабженную средствами электронного сканирования на основе фазовращателей, включенных в систему питания ФАР между канальными выходами указанной схемы распределения мощности и входами участков подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов и соединенных с блоками управления переключениями фазовращателей, вибраторы, сгруппированные в вертикальные укороченные линейные не сканирующие подрешетки и образующие своими плечами узкую плоскую рабочую поверхность ФАР с распределением вдоль горизонтально ориентированной длины ее поверхности указанных подрешеток, размещены по каждой подрешетке в отдельных вертикально установленных на расстоянии шага ФАР друг от друга антенных модулях, в которых под проводящим экраном компактно скомпонованы в одной продольной части модуля выполненный в виде печатно-полоскового делителя мощности участок подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов и во второй - фазовращатель и блок управления его переключениями, а входящая в ФТ последовательная схема распределения мощности, поступающей с линии питания, выполнена в виде смонтированных в верхней стенке корпуса горизонтальной волноводной линии питания от генератора передающей системы врубных коаксиальных разъемов с вставленными в них входными соединительными штырями фазовращателей в составе антенных модулей с возможностью регулирования отбора мощности глубиной погружения штырей в волновод. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике, в частности к вибраторным фазированным антенным решеткам (ФАР) для летательных аппаратов в печатно-полосковом исполнении, питаемым через полосковый фидерный тракт (ФТ) от волноводной линии питания.

Разработка схемотехнического решения ФАР сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона и системы ее питания имеет комплексный и многовариантный характер в зависимости от функционального радиолокационного назначения. На разработку ФАР в значительной степени влияют условия эксплуатации антенно-фидерного устройства. Так, для вращающейся ФАР, расположенной на летательном аппарате, важнейшими задачами проектирования являются минимизация потерь электромагнитной энергии и оптимизация массогабаритных показателей.

При построении антенно-фидерного устройства приходится учитывать то, что менее громоздкие и имеющие меньший вес по сравнению с волноводными антенными решетками печатно-полосковые антенные решетки имеют большие потери, особенно в области высоких частот (см. статью Демидова В.В. и др. Печатно-полосковые вибраторные ФАР L- и S-диапазонов. - Антенны, 2001, вып.9, с.3). Эта особенность обостряется при реализации полосковых систем питания печатно-полосковых ФАР, т.к. омические потери велики для узких по ширине полосковых линий, т.е. для линий с большим волновым сопротивлением, но, вместе с тем, снижение потерь на рассеяние при уменьшении волнового сопротивления полосковой линии сопровождается ростом потерь на излучение и на поверхностные волны, что приводит к усложнению антенно-фидерного устройства, означающему, что потери на рассеивание энергии в диэлектрике и металло-технологический фактор, а потери на излучение и поверхностные волны - конструктивный фактор, т.е. зависят от структуры системы питания и могут быть минимизированы выбором соответствующей конструкции (см. реферат Резникова Г.Б. Исследование микрополосковых антенных решеток со схемой питания, в журнале Радиотехника СВЧ. ВИНИТИ, 1990, №11, с.16. по материалам зарубежной статьи A study of microstrip array antennas with the feed network. Levine E., Malamud G., Shtrikman Sh., Treves D. «IEEE Trans. On Antennas and Propag.», 1989, 37, №4, 426-434).

Сравнение известных антенных решеток с последовательными или параллельными фидерными схемами (см., например, патент США №6104343, H01Q 3/22, 2000 г.) позволяет отдать предпочтение последовательной схеме распределения мощности, поступающей с линии питания, т.к. такая схема обеспечивает простоту конструкции и компоновки (см. Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. М., «Советское радио», 1977, т.2, с.185).

В качестве наиболее близкого заявляемому изобретению по технической сущности, т.е. прототипа, выбрана линейная вибраторная ФАР, представляющая собой одномерно-сканирующее антенно-фидерное устройство и состоящая из симметричных печатных 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 электронного сканирования на основе фазовращателей и блоков управления их переключениями (см. решение о выдаче патента РФ на изобретение «Линейная вибраторная ФАР» по заявке №2004120214/09 (021690), H01Q 21/08, приоритет от 01.07.2004 г.), делитель мощности которой имеет полосковое исполнение в виде последовательного распределителя мощности СВЧ (см. книгу Антенны и устройства СВЧ (Проектирование ФАР). Под ред. Д.И.Воскресеннского. М., «Радио и связь», 1981, с.409-410).

Основным недостатком прототипа являются недостаточно высокие эксплуатационные характеристики такого антенно-фидерного устройства в связи с наличием в нем отрезков коаксиальной линии запитки вибраторов, приводящим к дополнительным потерям и ухудшению массогабаритных показателей, при неравенстве электрической длины путей от общего входа до каждого вибратора, характерном для последовательной схемы распределения мощности с различной фазочастотной зависимостью коэффициентов передачи каналов и неравномерностью требований к электрической прочности канальных узлов распределителя.

Технический результат заявляемого изобретения - повышение эксплуатационных характеристик вращающейся удлиненной ФАР для летательного аппарата за счет снижения потерь электромагнитной энергии и поперечного габарита ФАР при одновременном повышении технологичности настройки и улучшении ремонтопригодности антенно-фидерного устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в радиолокационном одномерно-сканирующем антенно-фидерном устройстве, содержащем ФАР с симметричными печатными полуволновыми вибраторами, упорядочение расположенными над проводящим экраном на расстоянии, составляющем четверть средней длины волны рабочего диапазона, и ФТ для синфазной запитки вибраторов, представляющий собой систему питания ФАР, включающую последовательную схему распределения мощности, поступающей с линии питания, и участки подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов, и снабженную средствами электронного сканирования на основе фазовращателей, включенных в систему питания ФАР между канальными выходами указанной схемы распределения мощности и входами участков подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов и соединенных с блоками управления переключениями фазовращателей, вибраторы, сгруппированные в вертикальные укороченные линейные несканирующие подрешетки и образующие своими плечами узкую плоскую рабочую поверхность ФАР с распределением вдоль горизонтально ориентированной длины ее поверхности указанных подрешеток, размещены по каждой подрешетке в отдельных вертикально установленных на расстоянии шага ФАР друг от друга антенных модулях, в которых под проводящим экраном компактно скомпонованы в одной продольной части модуля выполненный в виде печатно-полоскового делителя мощности участок подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов и во второй - фазовращатель и блок управления его переключениями, а входящая в ФТ последовательная схема распределения мощности, поступающей с линии питания, выполнена в виде смонтированных в верхней стенке корпуса горизонтальной волноводной линии питания от генератора передающей системы врубных коаксиальных разъемов с вставленными в них входными соединительными штырями фазовращателей в составе антенных модулей с возможностью регулирования отбора мощности глубиной погружения штырей в волновод.

Для регулирования отбора мощности с волноводной линии питания ФТ при сохранении расположения антенных модулей в соответствии с схемой ФАР, влияющего на эффективность функционирования ФАР, предусмотрено выполнение входных соединительных штырей фазовращателей составными из отходящей от фазовращателя части, неподвижной после посадки антенного модуля в входное коаксиальное гнездо врубного разъема волновода, и подвижной части, соединенной с неподвижной частью штыря посредством скользящего контакта своего торцевого продольного цилиндрического паза с цилиндрическим концом неподвижной части штыря и снабженной напрессованной на ней диэлектрической втулкой, проходящей через выходное отверстие врубного разъема в волновод с возможностью регулирования и фиксации глубины погружения штыря в волновод с помощью резьбового соединения втулки с указанным отверстием.

В частном случае выполнения антенно-фидерного устройства корпус волноводной линии питания имеет прямоугольное сечение.

Для повышения эффективности сканирования печатно-полосковый делитель мощности, подводящий распределенную мощность (от волноводной линии питания) к рабочим плечам вибраторов, выполнен в виде делителя двоично-этажного типа с схемой разветвления, обеспечивающей повышенную мощность излучения в центре линейной несканирующей подрешетки.

На фиг.1 схематически изображены: А - общий вид предлагаемого антенно-фидерного устройства, Б - вид сзади антенного модуля указанного устройства; на фиг.2 - один из врубных коаксиальных разъемов, смонтированных в верхней стенке прямоугольного корпуса волноводной линии питания; на фиг.3 - результаты измерения коэффициента стоячей волны (КСВ) ФАР со стороны генератора при электронном сканировании центрального луча в секторе ±45°; на фиг.4 - сравнительная кривая измеренных потерь, приходящихся на один вибратор заявляемого устройства и прототипа, подтверждающая выигрыш в потерях предлагаемого изобретения.

Заявляемое радиолокационное антенно-фидерное устройство содержит ФАР с симметричными печатными полу волновыми вибраторами 1 (см. фиг.1), упорядоченно расположенными над проводящим экраном на расстоянии, составляющем четверть средней длины волны рабочего диапазона, и ФТ для синфазной запитки вибраторов 1, представляющий собой систему питания ФАР, включающую последовательную схему распределения мощности, поступающей с линии питания 2, и участки подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов 1, и снабженную средствами электронного сканирования на основе фазовращателей 3, включенных в систему питания ФАР между канальными выходами 4 указанной схемы распределения мощности и входами 5 участков подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов 1 и соединенных с блоками управления 6 переключениями фазовращателей 3.

Вибраторы 1 сгруппированы в вертикальные укороченные линейные несканирующие подрешетки 7 и образуют своими плечами узкую плоскую рабочую поверхность однокоординатной ФАР (см. фиг.1) с распределением вдоль горизонтально ориентированной длины ее поверхности подрешеток 7, которые размещены по одной в отдельных вертикально установленных на расстоянии шага ФАР друг от друга антенных модулях 8. В модулях 8 в одной продольной части каждого модуля под проводящим экраном компактно скомпонованы участок подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов 1, выполненный в виде печатно-полоскового делителя мощности 9 двоично-этажного типа с схемой разветвления, обеспечивающей повышенную мощность излучения в центре линейной несканирующей подрешетки 7, и во второй продольной части - фазовращатель 3 и блок управления 6 его переключениями.

Входящая в ФТ последовательная схема распределения мощности, поступающей с линии питания 2, выполнена в виде смонтированных в верхней стенке прямоугольного корпуса 10 горизонтальной волноводной линии питания 2 от генератора передающей системы (расположенного на борту летательного аппарата), врубных коаксиальных разъемов 11 с вставленными в них входными соединительными штырями 12 (см. фиг.2) фазовращателей 3 в составе антенных модулей 8 с возможностью регулирования отбора мощности глубиной погружения штырей 12 в корпус 10 волноводной линии питания 2.

При этом входные соединительные штыри 12 фазовращателей 3 выполнены составными из отходящей от фазовращателя 3 части 13 (на фиг.1 и 2 часть 13 изображена без цилиндрического экрана, с которым она образует коаксиальную вилку), неподвижной после посадки антенного модуля в входное коаксиальное гнездо 14 врубного разъема 11, и подвижной части 15, соединенной с неподвижной частью 13 штыря 12 посредством скользящего торцевого продольного цилиндрического паза 16 с цилиндрическим концом неподвижной части 13 штыря 12. Подвижная часть 15 снабжена напрессованной на ней (своим верхним участком) диэлектрической втулкой 17 с воздушным зазором (для согласования) между поверхностью части 15 и внутренней поверхностью втулки 17 на протяжении ее длины под напрессованным верхним участком втулки 17. Втулка 17 проходит через выходное отверстие 18 врубного разъема 11 в корпус 10 волноводной линии питания 2 с возможностью регулирования и фиксации глубины погружения подвижной части 15 штыря 12 в прямоугольный корпус 10 с помощью резьбового соединения втулки 17 с отверстием 18.

Антенно-фидерное устройство работает в режиме одномерного электронного сканирования с обеспечением однополярного излучения линейными несканирующими подрешетками 7 в широкой полосе частот с качанием луча однокоординатной ФАР в секторе ±45°.

При этом высокочастотная энергия, поступающая из генератора передающей системы по волноводной линии питания 2 через врубные разъемы 11, подается на входные штыри 12 фазовращателей 3 и далее через печатно-полосковый делитель мощности 9 поступает на линейные несканирующие подрешетки 7 для эффективного распределения между их вибраторами 1 и излучения высокочастотной энергии узкой рабочей поверхностью ФАР, составленной из рабочих плеч вибраторов 1 распределенных подрешеток 7. С помощью блоков управления 6 фазовращатели 3 осуществляют сдвиг фазы сигналов в соответствии с режимом одномерного электронного сканирования.

Регулирование отбора мощности, поступающей с линии питания 2, осуществляется изменением глубины погружения штыря 12 в результате поворота диэлектрической втулки 17 с закрепленной в ней подвижной частью 15 штыря 12 при сохранении скользящего контакта паза 16 части 15 с концом части 13 штыря 12.

В примере испытаний опытного образца заявляемого антенно-фидерного устройства на основе ФАР, состоящей из ряда несканирующих подрешеток 7, содержащих каждая по 6 вибраторов 1, на фиг.3 приведены подтверждающие работоспособность устройства результаты измерения КСВ ФАР со стороны генератора (в полосе частот сантиметрового диапазона), при которых нет выхода за границы необходимых требований к диаграмме направленности по форме и уровню боковых лепестков при качании луча в секторе ±45°.

При этом сравнение общих потерь, приходящихся на один вибратор в ФАР - прототипе (36 вибраторов) и заявляемом устройстве (6N вибраторов, где N - число несканирующих подрешеток в одном ряду полотна ФАР), выразившееся в результате, составляющем положительную разницу указанных потерь ΔР=Рпрототипаизобретения, подтверждает выигрыш в потерях в предлагаемом изобретении, как показано на фиг.4.

В настоящее время на основе заявляемого изобретения заявителем продолжаются работы по доводке эксплуатационных характеристик опытного образца на основе указанной в примере ФАР.

1. Радиолокационное одномерно-сканирующее антенно-фидерное устройство, содержащее фазированную антенную решетку (ФАР) с симметричными печатными полуволновыми вибраторами, упорядоченно расположенными над проводящим экраном в соответствии с схемой ФАР на расстоянии от него, составляющем четверть средней длины волны рабочего диапазона, и фидерный тракт (ФТ) для синфазной запитки вибраторов, представляющий собой систему питания ФАР, включающую последовательную схему распределения мощности, поступающей с линии питания, и участки подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов, и снабженную средствами электронного сканирования на основе фазовращателей, включенных в систему питания ФАР между канальными выходами указанной схемы распределения мощности и входами участков подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов и соединенных с блоками управления переключениями фазовращателей, отличающееся тем, что вибраторы, сгруппированые в вертикальные укороченные линейные несканирующие подрешетки и образующие своими плечами узкую плоскую рабочую поверхность ФАР с распределением вдоль горизонтально ориентированной длины ее поверхности указанных подрешеток, размещены по каждой подрешетке в отдельных вертикально установленных на расстоянии шага ФАР друг от друга антенных модулях, в которых под плоскостью расположения проводящего экрана компактно скомпонованы в одной продольной части модуля выполненный в виде печатно-полоскового делителя мощности участок подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов и во второй - фазовращатель и блок управления его переключениями, а входящая в ФТ последовательная схема распределения мощности, поступающей с линии питания, выполнена в виде смонтированных в верхней стенке корпуса горизонтальной волноводной линии питания от генератора передающей системы врубных коаксиальных разъемов с вставленными в них входными соединительными штырями фазовращателей в составе антенных модулей с возможностью регулирования отбора мощности глубиной погружения штырей в волновод.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входные соединительные штыри фазовращателей выполнены составными из отходящей от фазовращателя части, неподвижной после посадки антенного модуля в входное коаксиальное гнездо врубного разъема волновода, и подвижной части, соединенной с неподвижной частью штыря посредством скользящего контакта своего торцевого продольного цилиндрического паза с цилиндрическим концом неподвижной части штыря и снабженной напрессованной на ней диэлектрической втулкой, проходящей через выходное отверстие врубного разъема в волновод с возможностью регулирования и фиксации глубины погружения штыря в волновод с помощью резьбового соединения втулки с указанным отверстием.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что корпус волноводной линии питания имеет прямоугольное сечение.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что печатно-полосковый делитель мощности для подвода распределенной мощности к рабочим плечам вибраторов выполнен в виде делителя двоично-этажного типа с схемой разветвления, обеспечивающей повышенную мощность излучения в центре линейной не сканирующей подрешетки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике. .

Изобретение относится к панельным антеннам, в том числе к панельным антенным решеткам для сотовых систем связи, предназначенным как для передачи, так и для приема радиосигналов.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в приемопередающей антенне базовой станции подвижной радиосвязи в метровом и дециметровом диапазонах волн.

Изобретение относится к линейным вибраторным фазированным антенным решеткам в печатно-полосковом исполнении. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемных иди передающих антенн для связи с неориентированным корреспондентом. .

Изобретение относится к фазированным антенным решеткам, имеющим решетку волноводных излучателей, соединенную с системой питания, а также калибровочную сеть для калибровки системы питания.

Изобретение относится к методам и средствам физиотерапевтического воздействия на внутренние органы животных высокочастотным и сверхвысокочастотным электромагнитным полем.

Антенна // 2316859
Изобретение относится к радиотехнике СВЧ

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к панельным антеннам, в том числе к антенным решеткам для сотовых систем связи, предназначенным как для передачи, так и для приема радиосигналов

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - повышение быстродействия фазированной антенной решетки. Волноводная антенная решетка, содержащая решетку излучателей и дополнительную решетку, излучатели расположены в узлах основной плоской двумерной сетки и выполнены в виде многосекционных сочленений отрезков волноводов, которые заполнены диэлектриками, отрезки волноводов имеют оси, параллельные друг другу и перпендикулярные плоскости решетки, дополнительная решетка выполнена из пассивных рассеивателей, которые расположены вне излучателей в узлах дополнительной плоской двумерной сетки, которая параллельна основной плоской двумерной сетке, при этом пассивные рассеиватели выполнены в виде электрических и магнитных диполей, оси которых перпендикулярны плоскости решетки. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применимо для разработки систем беспроводного доступа, в частности для организации сотовых систем связи. Технический результат - повышение пропускной способности радиолинии. Для этого используются две группы антенн линейной поляризации. Каждая группа состоит из трех антенн линейной поляризации, антенны расположены по осям прямоугольной декартовой системы координат. Каждая из антенн первой группы совпадает по поляризации с одной из антенн второй группы. Угол между радиолинией и каждой из антенн одинаков и равен α = arc cos (1/ 3 ) . Обработка сигналов для данного способа производится одновременно по трем каналам. 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - обеспечение широкоугольного сканирования в коническом угле, превышающем 60 ° от оси антенны, сохранение хорошего коэффициента эллиптичности круговой поляризации в заданных частотных диапазонах, малого веса и малой толщины антенных элементов. Широкополосный антенный элемент на связанных кольцах, перекрывающий два смежных приемных поддиапазона, используется в К-диапазоне. Антенный элемент содержит проводящий резонатор на связанных кольцах, имеющий электромагнитную связь по меньшей мере с одним фидером. Проводящий резонатор и фидер также окружены клеткой Фарадея, которая имеет гальваническое соединение с обеспечивающей электромагнитное экранирование заземленной плоскостью и экранирует проводящий резонатор и фидер. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к вибраторным фазированным антенным решеткам для летательных аппаратов в печатно-полосковом исполнении, питаемым через полосковый фидерный тракт от волноводной линии питания

Наверх