ВОЛНОВОДНАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H01P5/12 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к волноводным трактам антенных решеток, волноводным делителям, волноводным сумматорам, и может быть использовано в радиолокаторах для деления мощности от источника на большое число каналов.

В радиолокации широко применяются фазированные антенные решетки (ФАР) с частотным сканированием, работающие на излучение и на прием.

В качестве системы питания таких ФАР обычно используется волноводная система последовательного питания, отличающиеся простотой конструкции.

Известны антенны с частотным сканированием, содержащие систему питания в виде зигзагообразной (змейковой) волноводной линии (прямоугольного сечения) с изгибами либо в Е-плоскости либо в Н-плоскости. Элементы связи с излучающими элементами расположены на узких или на широких стенках волноводов таким образом, что образуется линейка излучателей (Справочник по радиолокации. /Под ред. М. Сколника, т. 2, М.: Советское радио, 77, стр. 283-284; авт. свид. СССР № 10410000, H 01 Q 21/00).

Наиболее близкой из известных по технической сущности к изобретению является волноводная система питания, выполненная на змейковом волноводе, образованном изгибами и элементами связи с излучателями антенной решетки. (Сканирующие антенны СВЧ. -М.: Машиностроение, 1964, стр. 51).

Известно, что фазовая длина пути волны между излучателями равна длине внутреннего прямолинейного участка змейкового волновода и выбирается из условия S=(p±0,25)Λ_ср, где р=1, 2, 3... - целое число, определяющее коэффициент замедления волновода; Λ_ср - длина волны в волноводе для средней частоты рабочего диапазона. Т.е. чем больше p, тем выше дисперсионность волновода и тем выше его углочастотная характеристика.

Недостатком известных волноводных систем питания является наличие эффекта резкого возрастания коэффициента стоячей волны на входе, обусловленное нарушением режима бегущей волны в волноводе, когда все отражения от изгибов волновода и элементов связи начнут суммироваться синфазно, при длине волны в волноводе Λ=2S/n, где n=1, 2, 3... - целое число. В результате образуется стоячий волновой процесс. Система не сможет обеспечить синфазного возбуждения всех излучателей, а следовательно, антенна не будет излучать в направлении нормали к полотну решетки.

Задачей изобретения является снижение коэффициента отражения волноводной системы питания в широком диапазоне частот.

Поставленная задача решается следующим образом.

В волноводной системе питания для ФАР, выполненной в виде змейкового волновода, содержащего изгибы и прямолинейные участки, а также элементы связи змейкового волновода с излучателями антенной решетки, звено из k прямолинейных участков змейкового волновода вместе с изгибами образует последовательное соединение через k элементов связи с излучателем антенной решетки, выполненного в виде отрезков волновода, совпадающего по форме и размерам с соответствующими прямолинейными участками и изгибами змейкового волновода замедляющей системы, при этом длина прямолинейных внутренних участков змейкового волновода и фазовая длина волны между соседними элементами связи выбираются в k раз меньше фазовой длины волны между излучателями, где k=2, 3, 4... - целое число. При этом эффект резкого возрастания коэффициента стоячей волны происходит при Λ=2S/(n·k).

Предложенная система по сравнению с известными питающими системами позволяет увеличить полосу пропускания частот не менее чем в k раз за счет уменьшения длины между периодическими структурами.

Предпочтительно, чтобы звено из двух прямолинейных участков змейкового волновода вместе с изгибами образовывало последовательное соединение через одинаковые элементы связи с излучателем антенной решетки, выполненного в виде отрезков волновода, совпадающего по форме и размерам с соответствующими прямолинейными участками и изгибом змейкового волновода замедляющей системы, при этом длина прямолинейных внутренних участков змейкового волновода и фазовая длина волны между соседними элементами связи выбираются вдвое меньше фазовой длины волны между излучателями. При этом эффект резкого возрастания коэффициента стоячей волны происходит при Λ=S/n.

Предложенная система по сравнению с известными питающими системами позволяет увеличить полосу пропускания частот не менее чем в два раза за счет уменьшения длины между периодическими структурами.

На чертеже приведен общий вид волноводной системы питания для ФАР в разрезе.

Волноводная система питания для ФАР выполнена в виде соединения звеньев 1, состоящих из изгибов 2 и двух прямолинейных участков 3 в змейковом волноводе 4 и образующих последовательное соединение через одинаковые элементы связи 5 в звене с излучателями антенной решетки 6.

Волноводная система питания работает следующим образом.

При Λ=S/n, отраженные волны формируются во входном участке волновода 4. Отраженные волны от изгибов 2 и элементов связи 5 возвращаются в фазе. Происходит синфазное сложение отраженных волн, в результате образуется стоячий волновой процесс. При Λ=2S/n, отраженные волны от первого изгиба и элемента связи суммируются с отраженными волнами второго изгиба и элемента связи в противофазе. Эти волны компенсируют друг друга. Аналогично происходит компенсация отраженных волн, сформированных в последующих парах изгибов и элементов связи. Таким образом, отражения практически равны нулю.

Предложенная волноводная система по сравнению с прототипом позволит избежать эффекта запирания питающего тракта на частоте нормали и увеличить полосу рабочих частот.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к волноводным трактам антенных решеток, волноводным делителям, волноводным сумматором, и может быть использовано в радиолокаторах для деления мощности от источника на большое число каналов. Техническим результатом является снижение коэффициент отражения волноводной системы питания в широком диапазоне частот. Волноводная система питания для фазированной антенной решетки выполнена в виде змейкового волновода, содержащего изгибы и прямолинейные участки, а также элементы связи змейкового волновода с излучателями антенной решетки. Новым в отличие от прототипа является то, что звено из k прямолинейных участков змейкового волновода вместе с изгибами образует последовательное соединение через k элементов связи с излучателем антенной решетки, выполненного в виде отрезков волновода, совпадающего по форме и размерам с соответствующими прямолинейными участками и изгибами змейкового волновода замедляющей системы, при этом длина прямолинейных внутренних участков змейкового волновода и фазовая длина волны между соседними элементами связи выбираются в k раз меньше фазовой длины волны между излучателями, где k=2, 3, 4... целое число. При этом звено может быть из двух прямолинейных участков змейкового волновода и вместе с изгибами образовывать последовательное соединение через одинаковые элементы связи с излучателем антенной решетки, выполненного в виде отрезков волновода, совпадающего по форме и размерам с соответствующими прямолинейными участками и изгибом змейкового волновода замеляющей системы, при этом длина прямолинейных внутренних участков змейкового волновода и фазовая длина волны между соседними элементами связи выбираются вдвое меньше фазовой длины волны между излучателями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Волноводная система питания для фазированной антенной решетки, выполненная в виде змейкового волновода, содержащего изгибы и прямолинейные участки, а также элементы связи змейкового волновода с излучателями антенной решетки, отличающаяся тем, что звено из k прямолинейных участков змейкового волновода, вместе с изгибами, образует последовательное соединение через k элементов связи с излучателем антенной решетки, выполненным в виде отрезков волновода, совпадающих по форме и размерам с соответствующими прямолинейными участками и изгибами змейкового волновода замедляющей системы, при этом длина прямолинейных внутренних участков змейкового волновода и фазовая длина волны между соседними элементами связи выбираются в k раз меньше фазовой длины волны между излучателями, где k=2,3,4... целое число.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что звено из двух прямолинейных участков змейкового волновода, вместе с изгибами, образует последовательное соединение через одинаковые элементы связи с излучателем антенной решетки, выполненным в виде отрезков волновода, совпадающих по форме и размерам с соответствующими прямолинейными участками и изгибом змейкового волновода замедляющей системы, при этом длина прямолинейных внутренних участков змейкового волновода и фазовая длина волны между соседними элементами связи выбираются вдвое меньше фазовой длины волны между излучателями.