КОРОТКОВОЛНОВАЯ МОДУЛЬНАЯ БУКСИРУЕМАЯ НЕЖЕСТКАЯ АКТИВНАЯ ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 1999 года по МПК H01Q1/28 

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для обнаружения и определения координат различных объектов в коротковолновом диапазоне.

Аналогом является параболическая антенна [1], диаграмма направленности которой формируется в результате отражения электромагнитных волн, излучаемых первичным источником, от металлических поверхностей, называемой зеркалом, что позволяет получить относительно узкую диаграмму направленности и широко использовать в ультракоротковолновом диапазоне. Недостаток заключается в том, что вследствие выполнения летательного аппарата по технологии "Стелс" эффективная площадь рассеяния уменьшается до 0,1...0,1 м² в ультракоротковолновом диапазоне 2. Для обнаружения таких малозаметных летательных аппаратов на больших дальностях наиболее "простым" и очевидным способом является увеличение мощности излучения бортовой радиолокационной станции (РЛС), что является неэффективным средством [2]. При использовании резонансного отражения волн в коротковолновом диапазоне эффективная площадь рассеяния существенно повышается, что является более эффективным средством, ведущим к значительному увеличению максимальной дальности обнаружения [2, 3]. Использование данного диапазона ведет к значительному увеличению апертуры антенны, до нескольких сотен метров, что не позволяет установку антенной системы непосредственно на летательный аппарат.

Прототипом является жесткая активная фазированная антенная решетка [1], к достоинствам которой относится: быстрое сканирование лучом в широком секторе углов; работа в нескольких режимах или с несколькими радиоустройствами, что достигается при управлении амплитудно-фазовым распределением в раскрыве антенной решетки. Недостатком является конструктивная сложность вследствие жесткости соединения излучающих элементов, что приводит к большим масса-габаритным параметрам, не позволяющим использовать данный тип крупноаппаратурных антенн на летательном аппарате.

Для нежесткой активной фазированной решетки отсутствует недостаток в масса-габаритных параметрах, характерный для жестких антенных решеток, вследствие отсутствия монолитного каркаса антенны или нежесткого соединения излучающих элементов (модулей).

Задача изобретения - создание коротковолновой модульной буксируемой нежесткой активной антенной решетки, используемой на летательном аппарате и предназначенной для обнаружения и определения координат различных объектов.

Для достижения этой задачи используется трос 1, разворачиваемый во время полета, один конец которого жестко закреплен на конструкции летательного аппарата, а на другом конце расположен управляемый объект 3, создающий относительную стабилизацию троса в пространстве, и требуемый прогиб троса (H/D) в вертикальной плоскости, который характеризует направление характеристики антенны в азимутальной и угломестной плоскостях. Вдоль троса расположены модули 2 на расстоянии друг от друга d ≃ λ/2, где λ - рабочая длина волны, которые перемещаются в пространстве. Диаграмма направленности такой антенной системы в фиксированный момент времени описывается следующей формулой (1) [4]:

где A_i - амплитуда сигнала возбуждения i-го элемента;
N - количество излучающих элементов (модулей);
θ,ϕ - координаты сферической системы координат;
F_i,(θ,ϕ) - амплитудная диаграмма направленности i-го излучателя в дальней зоне;
α_i(θ,ϕ) - управляемый фазовый сдвиг, определяемый сигналом возбуждения, i-го излучателя для заданных углов сканирования (θ_o,ϕ_o).
Основной задачей построения нежесткой активной фазированной антенной решетки является задача фазирования, при этом необходимо в выражении (1) выполнить условие:

где волновой вектор;
мгновенное значение положения излучателя (модуля) в пространстве.

В соответствием с условием (2) фазирование осуществляется вынесенным первичным облучением 4, расположенным на другом летательном аппарате, формирующим в модулях сигнал возбуждения:

где Ω - рабочая частота антенной решетки.

Это позволяет использовать нежесткую активную фазированную антенную решетку в качестве коротковолновой буксируемой антенной системы.

На чертеже представлена коротковолновая буксируемая нежесткая активная фазированная антенная решетка. Система содержит трос 1, модули 2, управляемый объект 3, вынесенный первичный облучатель 4.

Система работает следующим образом. Вынесенный первичный облучатель 4 формирует в пространстве две сферические электромагнитные волны с разнесенными центрами кривизны, которые имеют разные, но близкие частоты. Сигнал, представляющий собой сумму двух сферических волн, принимается модулями 2. В модулях 2 осуществляется усреднение по времени квадрата сигнала или фильтрация биений, которые используются как сигнал возбуждения в режиме передачи и как гетеродинный сигнал в режиме приема. При этом взаимное перемещение модулей в пространстве не приводит к ухудшению направленных характеристик антенной системы.

Источники информации
1. Молочков Ю.Б. Авиационный антенно-фидерные устройства. -М.: ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1983, с. 288.

2. Бочкарев А. М. , Долгов М.Н. Радиолокация малозаметных летательных аппаратов. Зарубежная радиоэлектроника. 1989, N 2, с. 3 - 17.

3. Медведев Ю. Охота на "невидимок". Техника молодежи. 1995, N 3, с. 4.

4. Бахрак Л. Д. , Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем. Теория и методы расчета. -М.: Советское радио, 1974.

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для обнаружения объектов в коротковолновом диапазоне, что и является техническим результатом. На тросе, один конец которого закреплен на летательном аппарате, расположены модули, которые фазируются сигналом возбуждения первичного облучателя. Прогиб троса в вертикальной плоскости задается управляемым объектом. 1 ил.

Коротковолновая модульная буксируемая нежесткая активная фазированная антенная решетка, содержащая трос, один конец которого жестко закреплен на конструкции летательного аппарата, а на другом конце расположен управляемый объект, отличающаяся тем, что на тросе расположены модули с возможностью перемещения относительно друг друга, фазирование которых осуществляется сигналом возбуждения, формирующимся вынесенным первичным облучателем, а требуемый прогиб троса в вертикальной плоскости задается управляемым объектом.