ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2001 года по МПК H01Q21/00 H01P1/19 

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для использования в РЛС различного назначения, в том числе и бортовых.

Известна фазированная антенная решетка (см. R.CIockler, Phased array for millimeter wave frequencies, Jnt.J.Infrared and millimeter waves, 1990, -11, N 2, p. 101-110, GB). Фазированная антенная решетка (ФАР) состоит из распределителя мощности на направленных ответвителях, ферритовых фазовращателей Реджиа-Спенсера и диэлектрических излучателей. Ферритовый фазовращатель содержит стержень из СВЧ феррита и соленоидальную обмотку; фаза СВЧ сигнала изменяется с помощью изменения тока в обмотке.

Такая ФАР имеет существенный недостаток, который заключается в следующем.

Для достижения наилучших характеристик ФАР излучатели, а значит и соединенные соосно с ними ферритовые фазовращатели должны располагаться как можно ближе друг к другу. Однако вследствие незамкнутости магнитопровода фазовращателя управляющее поле каждого ферритового стержня создает большое поле рассеяния, которое располагается в пространстве вокруг него, в результате чего ферритовые стержни соседних фазовращателей будут искажать пространственное распределение и величину поля рассеяния, а значит и величину управляющего поля рассматриваемого фазовращателя в составе ФАР по сравнению с управляющим полем этого же одиночного фазовращателя. Поэтому величина управляемой фазы сигнала, проходящего через данный фазовращатель в ФАР, также будет отличаться от фазы сигнала, проходящего через одиночный фазовращатель при одинаковых токах управления. Таким образом, на раскрыве ФАР за счет взаимовлияния фазовращателей образуются ошибки в фазовом распределении по отношению к расчетному, которое должно обеспечиваться путем настройки фазовращателей в отдельности. Это ухудшает основные характеристики излучения ФАР, такие, как уровень боковых лепестков и коэффициент усиления.

Наиболее близким техническим решением является ФАР (см. "Mechanisms that contribute, to the far-field polarisation properties of phased-array antennas", Williams S.P., Corey L.E., Antennas and Propag., Simp, San Jose, Calif., June 1989, p. 412- 415, GB), которая содержит распределительную систему СВЧ сигнала, ферритовые двухмодовые фазовращатели с устройствами управления и излучатели. Двухмодовый ферритовый фазовращатель (см., например, Гиромагнитная электроника и электродинамика, Всесоюз. Семинар 26-31 мая 1990 г. , Куйбышев, Крехтунов В.М., Соколов В.Б., "Двухмодовый ферритовый фазовращатель", стр.115-116, RU, или же "Antenna Engineering Handbook", Ed. R.C. Johnson, 1993, New York,.p.20-3 7, GB) состоит из ферритового стержня с соленоидальной обмоткой управления и магнитопроводящих скоб, образующих внешний магнитопровод, который уменьшает поле рассеяния каждого фазовращателя по сравнению с предыдущим аналогом. Однако по различным причинам в общем магнитопроводе фазовращателя имеются стыки в местах соединения его деталей, в частности, ферритовых скоб и стержня, которые образуют немагнитопроводящие технологические зазоры, создающие поля рассеяния, интенсивность которых зависит от качества сборки фазовращателя, электромагнитных свойств материалов его деталей и других причин. Поэтому взаимовлияние фазовращателей в ФАР остается и при наличии магнитопроводящих скоб, что также приводит к ухудшению основных характеристик излучения ФАР. Это зачастую недопустимо и требует проведения дополнительных операций, таких, как разборка ФАР, замена отдельных фазовращателей, отбор фазовращателей, повторная сборка ФАР без гарантии достижения требуемых характеристик, что резко усложняет технологию изготовления ФАР и удорожает ее производство.

Технический результат предлагаемого решения заключается в уменьшении уровня боковых лепестков и увеличении коэффициента усиления ФАР одновременно с повышением технологичности ее изготовления.

Указанный результат достигается тем, что фазированная антенная решетка, содержащая распределительную систему СВЧ сигнала, систему излучателей и расположенные между ними ферритовые фазовращатели, каждый из которых содержит волновод, в котором находится вкладыш из СВЧ феррита, внешний магнитопровод, обмотки, соединенные с выходами устройства управления, а между магнитопроводами и стенками волноводов фазовращателей установлены пластины из магнитопроводящего материала.

Указанные пластины могут изготавливаться, например, из пермаллоя, электротехнического железа, феррита.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.

На чертеже приведена конструкция предлагаемого технического решения.

ФАР состоит из системы распределения СВЧ сигнала 1, ферритовых фазовращателей 2, магнитопроводящих пластин 3, системы излучателей 4 и устройства управления фазовращателями 5.

ФАР работает следующим образом.

СВЧ сигнал поступает на вход ФАР и через систему распределения СВЧ сигнала 1, фазовращатели 2 и систему излучателей 4 излучается в пространство. Устройство управления фазовращателями 5 подает на обмотки фазовращателей 2 управляющие сигналы, с помощью которых фазовращатели 2 на выходе системы излучателей 4 должны обеспечить заданное фазовое распределение. Однако из-за наличия взаимных влияний между фазовращателями фазовое распределение на раскрыве ФАР будет отличаться от заданного. При установке магнитопроводящих пластин 3 в один из фазовращателей его поле рассеяния в зоне расположения соседних фазовращателей значительно уменьшается за счет шунтирования этого поля магнитопроводящей пластиной. Эта пластина втягивает в себя магнитное поле рассеяния одного зазора и замыкает его на поле рассеяния другого зазора. Размеры пластины и ее расположение выбираются таким образом, чтобы этот фазовращатель, находясь в составе ФАР, обеспечивал такие же значения управляемой фазы, как и при настройке его в одиночном состоянии.

Таким образом, на раскрыве ФАР создается требуемое фазовое распределение и обеспечиваются заданные характеристики излучения.

В зависимости от степени отклонения фазовых характеристик фазовращателей от заданных возможна установка магнитопроводящей пластины не только под одной, но и под другими скобами магнитопровода фазовращателя.

Использование предлагаемых магнитопроводящих пластин в ФАР приводит к уменьшению среднеквадратической ошибки фазового распределения на раскрыве в 3-4 раза, что уменьшает уровень бокового излучения на 10-12 дБ. Коэффициент усиления при этом возрастает на 0,4-0,6 дБ.

Предлагаемое техническое решение повышает технологичность ФАР, так как позволяет подстраивать ФАР (или ее субблоки) после сборки с помощью установки магнитопроводящих пластин. Это полностью устраняет необходимость разборки ФАР в случае несоответствия ее параметров требуемым, отбор и замену фазовращателей, повторную сборку ФАР, а также позволяет ослабить требования к самим фазовращателям, что в конечном итоге значительно улучшает технологичность изготовления и уменьшает стоимость ФАР.

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для использования в радиолокационных станциях различного назначения, в том числе и бортовых. Технический результат предлагаемого решения заключается в уменьшении уровня боковых лепестков и увеличении коэффициента усиления фазированной антенной решетки одновременно с повышением технологичности ее изготовления. Фазированная антенная решетка содержит распределительную систему СВЧ сигнала, систему излучателей и расположенные между ними ферритовые фазовращатели, каждый из которых содержит волновод, в котором находится вкладыш из СВЧ феррита, внешний магнитопровод, обмотки, соединенные с выходами устройства управления, а между магнитопроводами и стенками волноводов фазовращателей установлены пластины из магнитопроводящего материала. Указанные пластины могут изготавливаться, например, из пермаллоя, электротехнического железа, феррита. 1 ил.

Фазированная антенная решетка, содержащая распределительную систему СВЧ сигнала, систему излучателей и расположенные между ними ферритовые фазовращатели, каждый из которых содержит волновод, в котором находится вкладыш из СВЧ феррита, и внешний магнитопровод с обмотками, соединенными с выходами устройства управления, отличающаяся тем, что между магнитопроводами и стенками волноводов фазовращателей установлены пластины из магнитопроводящего материала.