Модуль фазированной антенной решетки
Владельцы патента RU 2704209:
Акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова" (RU)
Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения (RU)
Использование: для систем с фазированными антенными решетками отражательного типа. Сущность изобретения заключается в том, что модуль фазированной антенной решетки содержит корпус, составные части системы управления лучом фазированной антенной решетки (ФАР), фазовращатели, излучатели, размещенные в плоскости в виде четных и нечетных рядов с фиксированным шагом, сдвинутых на полшага относительно друг друга в шахматном порядке, причем излучатели, выполненные в виде диэлектрической антенны, и фазовращатели, выполненные в виде ферритовых отражательных фазовращателей, являются составными частями элементов ФАР, которые установлены на торцевой части одной или нескольких печатных плат, являющихся составными частями системы управления лучом, при этом четные и нечетные ряды элементов ФАР размещены соответственно на первых и вторых сторонах печатных плат, цепи управления элементов ФАР подключены к соответствующим контактным площадкам на печатных платах с помощью пайки, причем шаг между рядами постоянен, а крепление корпуса модуля в составе антенны реализовано за установочную плоскость, параллельную плоскости размещения элементов ФАР. Технический результат: обеспечение возможности упрощения конструкции, снижения трудоемкости. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может применяться в системах с фазированными антенными решетками отражательного типа.
Известна фазированная антенная решетка отражательного типа, содержащая облучатель, расположенный вдоль центральной оси решетки, апертура которой выполнена в виде правильного шестиугольника, в узлах гексагональной сетки которой расположены излучатели круговой поляризации, ячейки управления, выходы которых соединены с входами блока управления, выходы которых соединены с входами блока управления лучом, содержащего первый спецвычислитель, при этом каждая ячейка управления состоит из линейки фазовращателей и печатной платы, при этом апертура антенной решетки выполнена в виде трех идентичных подрешеток ромбической формы, каждая из которых состоит из No столбцов и No+1 строк, расположенных под углом 120° друг к другу, в каждую ячейку управления, апертура которой выполнена в виде параллелограмма со сторонами, ориентированными вдоль строк и столбцов соответствующей подрешетки, введены параллельно расположенные линейки фазовращателей и платы управления, а в блок управления лучом введены два спецвычислителя, идентичных первому, причем каждый спецвычислитель соединен с выходами ячеек управления соответствующей подрешетки (патент РФ №2048699, H01Q 21/00, 1995 г.).
Недостатками такого технического решения являются:
- сложность системы питания антенн больших размеров при использовании данной фазированной антенной решетки отражательного типа в качестве базового модуля;
- неоптимальность конструкции антенн отражательного типа больших размеров при использовании данной фазированной антенной решетки отражательного типа в качестве базового модуля, связанная с невозможностью использования части узлов базового модуля (напр., облучатель, волноводный тракт, радиопрозрачное укрытие) в составе антенны по их назначению.
- высокая трудоемкость и стоимость, связанная с высокой номенклатурой входящих узлов и составных частей, их конструктивной сложностью, а также большое количество технологических процессов, необходимых для обеспечения изготовления данной фазированной антенной решетки отражательного типа.
- низкая ремонтопригодность, связанная с высокой сложностью конструкции.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является модуль фазированной антенной решетки, содержащий блок рупоров, расположенных с заданным шагом в узлах треугольной сетки, фазовращатели и узел крепления модуля, в котором с целью обеспечения последовательного наращивания прямоугольной апертуры ФАР блок рупоров выполнен из четного числа рядов, в каждом из которых расположено одинаковое количество рупоров, причем каждый последующий ряд рупоров поочередно сдвинут на полшага в ту или в другую сторону, а узел крепления модуля выполнен в виде корпуса, размещенного за блоком рупоров в его проекции, кронштейнов, закрепленных на тыльной стороне корпуса и размещенных на четырех боковых стенках корпуса крепежных элементов (АС СССР №1840685, H01Q 13/00, H01Q 21/00, 2008 г.).
Недостатками такого технического решения являются:
- высокая трудоемкость и стоимость, связанная с высокой номенклатурой входящих узлов и составных частей, их конструктивной сложностью, а также большим количеством технологических процессов, необходимых для обеспечения изготовления данной фазированной антенной решетки отражательного типа;
- сложность реализации данного технического решения в миллиметровом диапазоне рабочих частот.
- низкая ремонтопригодность, связанная с высокой сложностью конструкции.
Перед авторами стояла задача создания модуля фазированной антенной решетки, лишенного перечисленных недостатков.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является расширение функциональных возможностей, упрощение конструкции, снижение трудоемкости и стоимости.
Технический результат достигается за счет того, что модуль фазированной антенной решетки, содержащий корпус, составные части системы управления лучом фазированной антенной решетки (ФАР), фазовращатели, излучатели, размещенные в плоскости в виде четных и нечетных рядов с фиксированным шагом, сдвинутых на полшага относительно друг друга в шахматном порядке, причем излучатели, выполненные в виде диэлектрической антенны и фазовращатели, выполненные в виде ферритовых отражательных фазовращателей, являются составными частями элементов ФАР, которые установлены на торцевой части одной или нескольких печатных плат, являющихся составными частями системы управления лучом, при этом четные и нечетные ряды элементов ФАР размещены соответственно на первых и вторых сторонах печатных плат, цепи управления элементов ФАР подключены к соответствующим контактным площадкам на печатных платах с помощью пайки, причем шаг между рядами постоянен, а крепление корпуса модуля в составе антенны реализовано за установочную плоскость, параллельную плоскости размещения элементов ФАР, при этом введена плата управления, расположенная в корпусе параллельно и со стороны основания, электрически связанная с печатными платами, на которых размещены четные и нечетные ряды элементов ФАР.
На печатных платах могут быть выполнены пазы, в которых зафиксированы элементы ФАР.
Элементы ФАР могут быть зафиксированы на печатных платах при помощи клея.
В корпусе модуля фазированной антенной решетки могут быть выполнены параллельные пазы с шагом, равным удвоенному расстоянию между четными и нечетными рядами элементов ФАР, при этом ширина пазов соответствует толщине печатных плат с элементами ФАР, которые позиционируются и фиксируются в этих пазах.
Заявляемый модуль фазированной антенной решетки обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.
Заявляемый модуль фазированной антенной решетки, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется с помощью чертежей, где:
- на фиг. 1 показан вариант реализации модуля фазированной антенной решетки (часть печатных плат с установленными на них элементами ФАР условно не показаны);
- на фиг. 2 показан вариант реализации печатной платы с установленными на ней элементами ФАР (часть элементов ФАР условно не показана).
Модуль фазированной антенной решетки состоит из корпуса 1, в параллельные пазы которого 2 установлены печатные платы 3, на которых смонтированы составные части системы управления лучом ФАР.
Элементы ФАР 4, составными частями которых являются излучатели, выполненные в виде диэлектрической антенны, и фазовращатели, выполненные в виде ферритовых отражательных фазовращателей, установлены с фиксированным шагом на первых и вторых сторонах печатных плат 3. При этом элементы ФАР 4, установленные на первых и вторых сторонах печатных плат 3, образуют четные и нечетные ряды, которые сдвинуты относительно друг друга в шахматном порядке. Для удобства установки элементов ФАР 4 в печатных платах 3 могут быть выполнены пазы 5, в которых при помощи преимущественно клея зафиксированы элементы ФАР 4.
Параллельные пазы 2 выполнены в корпусе 1 с шагом, равным удвоенному расстоянию между четными и нечетными рядами элементов ФАР 4. Это, а также то, что ширина пазов соответствует толщине печатных плат с элементами ФАР 4, которые позиционируются и фиксируются в этих пазах, обеспечивает постоянство шага между рядами элементов ФАР 4.
В зоне установки элементов ФАР 4 на печатной плате 3 выполнены контактные площадки 6, к которым при монтаже при помощи пайки подключены цепи управления элементов ФАР 4.
На основание корпуса 1 установлена плата управления 7, на которой размещены разъемы 8, электрически связанные с разъемами 9, установленными на печатных платах 3.
На корпусе 1 со стороны, противоположной плоскости размещения излучателей, входящих в состав элементов ФАР 4, выполнена параллельная ей установочная плоскость, за которую осуществляется крепление модуля фазированной антенной решетки в составе антенны.
Сборку модуля фазированной антенной решетки осуществляют следующим образом.
В пазы 5 предварительно смонтированных (напр., по технологии SDM-монтажа печатных плат 3 устанавливаются при помощи клея элементы ФАР 4. После высыхания клея производится монтаж цепей управления элементов ФАР 4 к контактным площадкам 6 на печатных платах 3.
Далее плата управления 7 устанавливается на основание корпуса 1, после чего в параллельные пазы 2 корпуса 1 устанавливаются печатные платы 3, которые после установки фиксируются. При этом благодаря выбору толщины печатных плат 3, конфигурации и расположения на них пазов 5, а также конструкции корпуса 1 и расположению в нем параллельных пазов 2 обеспечивается позиционирование элементов ФАР 4 в плоскости их размещения. Кроме того, предлагаемый модуль позволяет производить неограниченное наращивание габаритов отражательной антенны на их основе по двум осям с обеспечением постоянства шага позиционирования как вдоль рядов, так и поперек.
Работа модуля фазированной антенной решетки с учетом вышеприведенного описания осуществляется следующим образом.
В составе отражательной антенны сигнал с облучателя поступает на диэлектрические антенны и фазовращатели элементов ФАР 4. После этого совокупность преобразованных сигналов с элементов ФАР 4 излучается в свободное пространство, обеспечивая формирование необходимой диаграммы направленности отражательной антенны.
Формирование сигналов управления элементами ФАР 4 производится системой управления лучом, размещенной на печатных платах 3, управление которыми производится при помощи платы управления 7.
На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация на заявляемый модуль фазированной антенной решетки, изготовлена партия модулей, из которых собрана ФАР отражательного типа, работающая в восьмимиллиметровом диапазоне длин волн, испытания которой подтвердили преимущества заявляемого решения по сравнению с известными устройствами, в том числе с прототипом.
При этом обеспечено:
- минимальное количество конструктивных элементов, входящих в модуль фазированной антенной решетки, их конструктивная простота.
- простота изготовления из-за применения малой номенклатуры простейших технологических операций, в том числе выполняемых с минимальным участием человека.
- высокая ремонтопригодность из-за применения однотипных конструктивных элементов, при замене которых не требуется дополнительная подгонка или настройка.
- простота обеспечения минимального шага элементов ФАР в плоскости их размещения, что обеспечивает простоту реализации данного технического решения в миллиметровом диапазоне рабочих частот.
Указанные обстоятельства позволяют сделать вывод о соответствии модуля фазированной антенной решетки критерию «промышленная применимость» для изобретения.
1. Модуль фазированной антенной решетки, содержащий корпус, составные части системы управления лучом фазированной антенной решетки (ФАР), фазовращатели, излучатели, размещенные в плоскости в виде четных и нечетных рядов с фиксированным шагом, сдвинутых на полшага относительно друг друга в шахматном порядке, отличающийся тем, что излучатели, выполненные в виде диэлектрической антенны, и фазовращатели, выполненные в виде ферритовых отражательных фазовращателей, являются составными частями элементов ФАР, которые установлены на торцевой части одной или нескольких печатных плат, являющихся составными частями системы управления лучом, при этом четные и нечетные ряды элементов ФАР размещены соответственно на первых и вторых сторонах печатных плат, цепи управления элементов ФАР подключены к соответствующим контактным площадкам на печатных платах с помощью пайки, причем шаг между рядами постоянен, а крепление корпуса модуля в составе антенны реализовано за установочную плоскость, параллельную плоскости размещения элементов ФАР, при этом введена плата управления, расположенная в корпусе параллельно и со стороны основания, электрически связанная с печатными платами, на которых размещены четные и нечетные ряды элементов ФАР.
2. Модуль фазированной антенной решетки по п. 1, отличающийся тем, что на печатных платах выполнены пазы, в которых зафиксированы элементы ФАР.
3. Модуль фазированной антенной решетки по п. 1, отличающийся тем, что элементы ФАР зафиксированы на печатных платах при помощи клея.
4. Модуль фазированной антенной решетки по п. 1, отличающийся тем, что в его корпусе выполнены параллельные пазы с шагом, равным удвоенному расстоянию между четными и нечетными рядами элементов ФАР, при этом ширина пазов соответствует толщине печатных плат с элементами ФАР, которые позиционируются и фиксируются в этих пазах.
