АНТЕННО-ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩАЯ СИСТЕМА РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ Российский патент 2001 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к технике активных фазированных антенных решеток, в частности к антенно-приемопередающим устройствам радиолокационных станций мобильных объектов.

Известны активные приемопередающие антенные системы, предназначенные для кругового обзора воздушного пространства (А. Таныгин, Ю. Кузнецов, Е. Белкин "Современная радиолокация ПВО", Военный парад, июль 1999, стр.50-51).

В известных технических решениях, описанных в упомянутом обзоре, не предусмотрена возможность электронного сканирования пространства в азимутальной плоскости, а для обеспечения кругового обзора пространства используется электромеханическое вращение антенной системы. Отмеченные недостатки существенно ограничивают область использования системы, т.к. при этом у РЛС отсутствуют возможности сопровождения целей на проходе (сочетание обзора пространства с измерением координат целей) и ускорения темпа обновления информации при переходе к секторному обзору пространства.

Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату при использовании является антенно-приемопередающая система радиолокационной станции (АППС РЛС), выполненная на базе активной приемопередающей фазированной антенной решетки, предназначенной для обзора пространства в составе бортовой радиолокационной станции (Introduction to Airborne Radar, second edition, George W.Stimson, Electronically Steered Array Antennas (ESAs), chap. 37, Scitech publishing, Inc., Mendham, New Jersey, 1998).

Антенно-приемопередающая система 1 (фиг. 1) содержит приемопередающие модули (ППМ) 2, в каждый из которых входят: излучатель 3, вход (выход) которого подключен к первому плечу циркулятора 4, второе плечо циркулятора 4 подключено к входу ограничителя 5, выход ограничителя 5 соединен с входом малошумящего усилителя (МШУ) 6, выход которого подключен к первому плечу переключателя прием-передача 7, второе плечо которого соединено с входом усилителя мощности 8, выход которого подключен к третьему плечу циркулятора 4, третье плечо переключателя прием-передача 7 подключено к входу фазовращателя 9, выход которого подключен к одному из N входов (N выходов) распределительного устройства 10, вход распределительного устройства 10 подключен к выходу задающего устройства РЛС, а выход распределительного устройства 10 соединен с входом приемного устройства РЛС.

Известное устройство работает следующим образом: в режиме излучения мощности СВЧ-сигнал от задающего устройства РЛС поступает на вход распределительного устройства 10, в котором распределяется между N выходами. Далее СВЧ-сигнал с каждого из N выходов распределительного устройства 10 поступает в фазовращатели 9 ППМ. В фазовращателях 9 производится изменение фазы излучаемого сигнала в соответствии с требуемым направлением излучения и местоположением ППМ. С выхода фазовращателя 9 сигнал поступает на третье плечо переключателя прием-передача 7, который в режиме излучения мощности коммутирует сигнал на второе плечо. Далее сигнал усиливается усилителем мощности 8, поступает через циркулятор 4 в излучатель 3 и излучается в пространство.

В режиме приема мощности сигнал, отраженный от цели, принимается излучателем 3 и через циркулятор 4 поступает на вход ограничителя 5 и через него на вход МШУ 6. В режиме приема мощности первое плечо переключателя 7 подключается к третьему, и сигнал с выхода МШУ поступает на вход фазовращателя 9 и далее к одному из N входов (выходов) распределительного устройства 10, в котором производится сложение уже синфазных сигналов от N ППМ и формирование диаграммы направленности на прием.

С выхода распределительного устройства сигнал, принятый антенно-приемопередающей системой, поступает на вход приемного устройства РЛС.

В данном устройстве частично были решены проблемы, присущие известным устройствам аналогичного назначения, и устранены отмеченные выше недостатки. Вместе с тем данному устройству присущи следующие недостатки:
- ограниченный сектор прецизионного обзора (сканирование по азимуту производится только в секторе углов не более ±60^o от нормали к излучающему раскрыву);
- отсутствие возможности измерения угла места обнаруженной цели.

Из практики известно, что прецизионный электронный круговой обзор пространства производится, как правило, с помощью четырех фазированных антенных решеток, расположенных ортогонально друг к другу, а угломестное прицеливание выполняется за счет организации двумерного раскрыва фазированной антенной решетки. Вышеуказанные меры действительно позволяют устранять недостатки, свойственные прототипу, однако требуют существенных затрат в процессе их аппаратурной реализации.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в создании АППС РЛС, свободной от перечисленных выше недостатков, свойственных аналогичным системам, обеспечивающей круговое азимутальное прецизионное сканирование и измерение угла места цели при одновременной минимизации затрат на аппаратурную реализацию АППС РЛС.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в создании АППС РЛС с более широкими функциональными возможностями: электронным сканированием ДН в азимутальной и угломестной плоскостях, программируемым обзором пространства и более высокими техническими характеристиками: темпом обновления информации, вероятностью обнаружения и точностью определения координат цели.

Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в АППС РЛС, содержащую горизонтально расположенную одномерную, активную приемопередающую фазированную антенную решетку 11, дополнительно вводятся вторая, аналогичная первой, горизонтально расположенная одномерная, активная приемопередающая фазированная антенная решетка 11, ориентированная ортогонально к первой, а также активная приемная фазированная антенная решетка 14, расположенная вертикально. Кроме этого, в каждый приемопередающий модуль дополнительно введено по излучателю 3 и коммутатору 13, соединяющему в соответствии с заданной программой работы выходы излучателей 3 со входом циркулятора 4, а введенная одномерная активная приемная фазированная антенная решетка 14 имеет приемные модули 15, каждый из которых включает несколько излучателей 3, объединенных коммутатором 16, выход которого соединен со входом последовательно соединенных ограничителя, усилителя и фазовращателя, выход которого соединен со входом суммирующего устройства 17.

Каждая из приемопередающих решеток 11 обеспечивает прецизионное электронное сканирование по азимуту в прямом и оппозитном направлениях, что позволяет осуществлять круговой обзор окружающего пространства электронным способом. Приемная решетка 14 имеет широкую ДН в азимутальной плоскости, которая дискретно перебрасывается на величину ширины ДН в пределах 360^o по азимуту, а в угломестной плоскости - узкую ДН, которая перемещается прецизионно электрическим способом.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
- на фиг. 2 представлено взаимное расположение одномерных активных приемопередающих фазированных антенных решеток 11 и одномерной активной приемной фазированной антенной решетки 14;
- на фиг. 3 - структурная схема приемопередающей решетки с принципиальными электрическими схемами приемопередающих модулей 12;
- на фиг. 4 - структурная схема приемной решетки с принципиальными электрическими схемами приемных модулей 15.

АППС РЛС в соответствии с настоящим изобретением содержит две одномерные активные приемопередающие фазированные антенные решетки 11, расположенные горизонтально и ортогонально друг другу (фиг.2), каждая из которых содержит приемопередающие модули 12? включающие по два излучателя 3, подключенные через коммутатор 13 к первым плечам циркуляторов 4, вторые плечи которых соединены с входами ограничителей 5, выходы которых подключены к входам МШУ 6, выходы которых соединены с первыми плечами переключателей прием-передача 7, вторые плечи которых соединены с входами усилителей мощности 8, выходы которых подключены к третьим плечам циркулятора 4, а третьи плечи переключателей 7 соединены с входами фазовращателей 9, выходы которых соединены с N-входами (выходами) распределительного устройства 10, при этом первое плечо коммутатора 13 подключено к первому плечу циркулятора 4, а плечи 2 и 3 - к входам излучателей 3, одну одномерную активную приемную фазированную антенную решетку 14, расположенную вертикально (фиг.2), содержащую приемные модули 15 (фиг.4), в каждый из которых входят несколько излучателей 3, выходы которых подключены ко входам многоплечного коммутатора 16, выход которого подключен ко входу ограничителя 5, выход которого соединен с входом МШУ 6, выход которого соединен со входом фазовращателя 9, выход которого подключен к одному из М входов суммирующего устройства 17.

АППС работает следующим образом. СВЧ-сигнал в режиме излучения мощности РЛС с выходов усилителей мощности 8 поступает через циркуляторы 4 на входы коммутаторов 13 и на входы одного из излучателей 3. В режиме приема сигнал через тот же излучатель поступает в ограничитель и МШУ. Для одного состояния коммутатора 13 приемопередающая решетка с помощью фазовращателей 9 обеспечивает прецизионное электронное перемещение ДН в режимах приема и передачи мощности в азимутальном секторе ±45^o относительно нормали к раскрыву решетки. В другом состоянии коммутатора 13 прецизионное сканирование в азимутальной плоскости осуществляется в оппозитном (противоположном) направлении также в секторе ±45^o от нормали.

Таким образом, благодаря вновь введенным второму излучателю 3 и коммутатору 13 одномерная активная приемопередающая фазированная решетка 11 обеспечивает прецизионный электронный обзор в азимутальном секторе, вдвое большем по сравнению с АППС прототипа. Введение второй приемопередающей решетки, расположенной ортогонально к первой, позволяет расширить сектор обзора в азимутальной плоскости до кругового при условии отсутствия взаимного затенения решеток.

Излучатели 3 активной приемной фазированной антенной решетки 14, расположенной вертикально, имеют расширенную ДН в азимутальной плоскости, например 50^o - 60^o, что позволяет восьмиплечному коммутатору 16 производить коммутируемый обзор по азимуту в секторе 360^o, при этом приемная решетка 14 с помощью фазовращателей 9 производит прецизионное электронное сканирование и высокоточное измерение угломестной координаты цели.

После обнаружения цели и измерения ее азимута с помощью приемопередающих решеток 11 диаграмма приемной решетки 14 посредством коммутаторов 16 устанавливается в соответствующем азимутальном направлении и с помощью фазовращателей 9 диаграмма решетки 14 устанавливается на цель в угломестной плоскости. Сигнал, отраженный от цели, поступает через излучатели 3 и коммутаторы 16 на входы ограничителей 5, усиливается в МШУ 6 и через фазовращатели 9 синфазно суммируются в суммирующем устройстве 17, с помощью которого формируется ДН приемной решетки 14, далее сигнал поступает в приемники РЛС.

Таким образом, АППС, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает круговой прецизионный обзор пространства в азимутальной плоскости и позволяет производить измерение угла места цели при относительно незначительном увеличении стоимости ее аппаратурной реализации.

Изобретение относится к технике активных фазированных антенных решеток, в частности к антенно-приемопередающим системам (АППС), и может быть широко использовано при создании радиолокационных станций мобильных объектов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей при одновременном снижении затрат. АППС РЛС содержит две одномерные, активные приемо-передающие фазированные антенные решетки 11, расположенные горизонтально и ортогонально друг другу, каждая из которых содержит приемопередающие модули, включающие по два излучателя, подключенные через коммутатор к первым плечам циркулятора, вторые плечи которых соединены с входами ограничителей, выходы которых подключены к входам малошумящего усилителя (МШУ), выходы последних соединены с первыми плечами переключателей прием-передача, вторые плечи которых соединены с входами усилителем мощности, выходы которых подключены к третьим плечам циркулятора, а третьи плечи переключателей соединены с входами фазовращателей, выходы которых соединены с N-входами (выходами) распределительного устройства, при этом первое плечо коммутатора подключено к первому плечу циркулятора, а плечи 2 и 3 - ко входам излучателей. Система также содержит одну одномерную активную приемную фазированную антенную решетку 14, расположенную вертикально и содержащую приемные модули, в каждый из которых входят несколько излучателей, выходы которых подключены ко входам многоплечного коммутатора, выход которого подключен ко входу ограничителя, выход которого соединен со входом МШУ, выход которого соединен со входом фазовращателя, а выход последнего подключен к одному из М входов суммирующего устройства. 4 ил.

Антенно-приемопередающая система, содержащая горизонтально расположенную одномерную активную приемопередающую фазированную антенную решетку, состоящую из распределительного устройства и приемопередающих модулей, в каждый из которых входят излучатель, циркулятор, ограничитель, малошумящий усилитель, переключатель прием-передача, усилитель мощности, фазовращатель, при этом излучатель соединен с циркулятором, первый отвод которого подключен к входу ограничителя, выход которого соединен с входом малошумящего усилителя, выход которого соединен с первым отводом переключателя прием-передача, второй отвод переключателя прием-передача подключен ко входу усилителя мощности, выход которого подключен ко второму отводу циркулятора, а выход переключателя прием-передача соединен с входом фазовращателя, выход которого подключен к одному из N-входов (выходов) распределительного устройства, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены расположенная горизонтально, вторая одномерная активная приемопередающая фазированная антенная решетка, ориентированная ортогонально первой, и одномерная активная приемная фазированная антенная решетка, расположенная вертикально, при этом каждый приемопередающий модуль обеих приемопередающих решеток содержит дополнительные излучатель и коммутатор, первое плечо которого подключено к первому излучателю, а второе - ко второму излучателю, расположенному оппозитно первому, выход коммутатора подключен к циркулятору, первый отвод которого подключен к входу ограничителя, выход которого соединен с входом малошумящего усилителя, выход которого подключен к первому отводу переключателя прием-передача, второй отвод которого соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен со вторым отводом циркулятора, выход переключателя прием-передача подключен к входу фазовращателя, выход которого соединен с одним из N - входов (выходов) распределительного устройства, причем приемный модуль приемной решетки содержит несколько излучателей, многоплечный коммутатор, ограничитель, малошумящий усилитель, фазовращатель, суммирующее устройство, при этом выход каждого из излучателей подключен к соответствующему отводу многоплечного коммутатора, выход которого через ограничитель подключен к входу малошумящего усилителя мощности, выход которого подключен к входу фазовращателя, выход которого соединен с одним из М-входов суммирующего устройства.