МОНОИМПУЛЬСНЫЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК H01Q15/08 H01Q25/02 

Изобретение относится к антеннам, работающим в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано в моноимпульсных радиолокационных станциях (РЛС) различного назначения.

Известен облучатель антенны моноимпульсной РЛС, содержащий четырехсекционный рупор, соединенный с волноводным трактом, выполненным по схеме с четырьмя суммарно-разностными мостами на двойных волноводных тройниках [1].

Недостаток известного облучателя указан в [1] и заключается в следующем. Если размеры раскрыва облучателя выбраны из соображений получения максимального усиления антенны с заданным раскрывом в суммарном луче, то диаграммы направленности облучателя при формировании разностных лучей получаются вдвое шире угловых размеров раскрыва антенны. Вследствие этого у краев раскрыва антенны образуются пики разностного облучения и около половины энергии уходит в пространство, минуя раскрыв ("утечка" энергии из антенной системы). В результате разностные диаграммы направленности (ДН) имеют низкое усиление и высокие боковые лепестки. Для устранения этого недостатка увеличивают приблизительно вдвое соответствующие размеры раскрывов облучателей, формирующих разностные ДН. Однако для получения оптимальной суммарной ДН размеры раскрыва облучателя должны быть первоначальными. Таким образом, размеры секций облучателя и их запитка должны быть различными для трех ДН (для получения суммарного сигнала, разностного сигнала по азимуту и разностного сигнала по углу места), а для получения оптимальных характеристик всех трех ДН (трех каналов) должны быть разработаны специальные устройства, возбуждающие эти каналы. Все это приводит к существенному усложнению конструкции облучателя, как это имеет место, например, в двенадцатирупорном облучателе [1, с. 78-79].

Задачей настоящего изобретения является обеспечение оптимальных характеристик суммарной и обеих разностных ДН четырехсекционного рупорного облучателя без усложнения его конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что перед раскрывом известного облучателя антенны моноимпульсной РЛС, содержащего четырехсекционный рупор, соединенный с волноводным трактом, выполненным в виде четырех суммарно-разностных мостов на двойных волноводных тройниках, установлена сферическая слоистая диэлектрическая линза Люнеберга, фокус которой размещен в точке пересечения плоскости раскрыва четырехсекционного рупора с его продольной осью.

Диаметр сферической слоистой диэлектрической линзы Люнеберга определен из соотношения

где λ - длина волны;
θ_0,1 - угол раскрыва антенны по уровню 0,1 мощности для суммарного и разностных каналов.

В данном техническом решении оптимизация диаграмм направленности обусловлена тем, что суммарная ДН формируется центральной частью раскрыва линзы, а разностные ДН формируются ее полным раскрывом. В результате ширина всех трех ДН по уровню 0,1 (-10 дБ) мощности оказывается одинаковой, разностные ДН имеют низкий уровень боковых лепестков, а "утечка" энергии в пространство отсутствует.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид моноимпульсного облучателя; на фиг.2 - принципиальная схема облучателя; на фиг.3, 4 - ход лучей в линзе для суммарного сигнала и разностного сигнала соответственно; на фиг.5, 6 - суммарная и разностные ДН в плоскостях и соответственно.

Моноимпульсный облучатель (фиг. 1) содержит четырехсекционный рупор 1, который соединен с волноводным трактом 2, выполненным по известной схеме с четырьмя суммарно-разностными мостами на двойных волноводных тройниках, сферическую слоистую диэлектрическую линзу Люнеберга 3, установленную перед раскрывом четырехсекционного рупора 1 так, что фокус линзы, находящийся на ее внешней поверхности, расположен в точке пересечения плоскости раскрыва рупора с его продольной осью. Сферическая слоистая диэлектрическая линза Люнеберга 3 жестко связана с четырехсекционным рупором 1 с помощью крепежных элементов, выполненных из диэлектрических материалов. Например, могут быть использованы 3-4 диэлектрических стержня, одни концы которых при помощи диэлектрических шурупов прикреплены к поверхности линзы, а другие концы - к внешней поверхности боковых стенок четырехсекционного рупора 1 (на чертеже не показано).

В данном примере осуществления изобретения сферическая слоистая диэлектрическая линза Люнеберга 3 (фиг.1) выполнена в виде четырех слоев (4, 5, 6 и 7) из однородного диэлектрика. Показатель преломления n_i каждого слоя определен из соотношения n_i= 1,19+0,09(i-1), где i - номер слоя, считая с верхнего, а относительный радиус слоев R_i выбран из соотношения R_i=0,97-0,173(n_i-1,1)-(20n_i-21,1), при этом внешний радиус первого (верхнего) слоя 4 принят равным единице [2] . Диаметр сферической слоистой диэлектрической линзы Люнеберга 3 определен из соотношения

где λ - длина волны;
θ_0,1 - угол раскрыва антенны по уровню 0,1 мощности для суммарного и разностных каналов (ширина ДН по уровню -10 дБ по мощности).

Моноимпульсный облучатель работает следующим образом.

В режиме пеленгации падающее электромагнитное излучение попадает на поверхность сферической слоистой диэлектрической линзы Люнеберга 3, фокусируется ею и возбуждает секции рупора 1. Угловая информация о цели извлекается путем сравнения попарных сумм сигналов на выходах возбужденных секций C₁, C₂, С₃, С₄ рупора 1 (фиг.2). (На схеме жирными точками обозначены волноводные мосты I, II, III и IV). Суммарный сигнал ∑ образуется путем сложения в волноводном мосте III сигналов C₁+С₃ и С₂+С₄, предварительно просуммированных попарно соответственно на волноводном мосте I и волноводном мосте II. Разностный сигнал по азимуту получается в результате вычитания в волноводном мосте III из суммы сигналов C₁+С₃ суммы сигналов С₂+С₄. Разностный сигнал по углу места образуется путем суммирования в волноводном мосте IV разности сигналов C₁-С₃ и С₂-С₄, получаемых соответственно на волноводном мосте I и волноводном мосте II.

В режиме излучения антенны для образования суммарной ДН все четыре секции рупора 1 возбуждаются в фазе, а для образования разностных ДН при приеме пары секций возбуждаются в противофазе. Для формирования разностной ДН по азимуту возбуждаются в противофазе вертикально расположенные пары секций C₁, С₃ и C₂, С₄, а для формирования разностной ДН по углу места - горизонтально расположенные пары секций C₁, С₂ и С₃, С₄. При этом суммарная ДН формируется путем прохождения лучей через центральную часть раскрыва сферической слоистой диэлектрической линзы Люнеберга 3, а разностные ДН формируются полным ее раскрывом (фиг. 3, 4). Благодаря наличию линзы "утечки" энергии излучения в пространство отсутствуют и вся она попадает на раскрыв антенны.

Экспериментально установлено, что ширины суммарной и разностных ДН по уровню 0,1 (-10 дБ) по мощности излучения одинаковы, причем суммарная ДН имеет столообразный вид, а разностные ДН имеют малый уровень боковых лепестков.

Конструкция четырехслойной диэлектрической линзы Люнеберга в силу малого числа слоев проста, технологична в изготовлении и надежна в эксплуатации. Поэтому заявленный моноимпульсный облучатель может найти широкое применение как в зеркальных антеннах различного типа, так и в проходных фазированных антенных решетках.

Источники информации
1. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М. "Советское радио", 1970, с.73-76, рис.2.25-2.28.

2. RU 2079939, Н 01 Q 15/08, 1997.

Моноимпульсный облучатель содержит четырехсекционный рупор, соединенный с волноводным трактом, выполненным в виде четырех суммарно-разностных мостов на двойных волноводных тройниках, сферическую слоистую диэлектрическую линзу Люнеберга, которая установлена перед раскрывом четырехсекционного рупора так, что ее фокус размещен в точке пересечения плоскости раскрыва четырехсекционного рупора с его продольной осью. Техническим результатом является обеспечение оптимальных характеристик диаграммы направленности облучателя. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Моноимпульсный облучатель, содержащий четырехсекционный рупор, соединенный с волноводным трактом, выполненным в виде четырех суммарно-разностных мостов на двойных волноводных тройниках, отличающийся тем, что он снабжен сферической слоистой диэлектрической линзой Люнеберга, установленной перед раскрывом четырехсекционного рупора так, что ее фокус размещен в точке пересечения плоскости раскрыва четырехсекционного рупора с его продольной осью. 2. Облучатель по п.1, отличающийся тем, что диаметр сферической слоистой диэлектрической линзы Люнеберга определен из соотношения

где λ - длина волны;
θ_0,1 - угол раскрыва антенны по уровню 0,1 мощности для суммарного и разностных каналов.