ЛИНЕЙНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ФАР РЛС Российский патент 2004 года по МПК H01Q11/02 

Предлагаемое изобретение относится к области техники СВЧ, в частности к антенно-фидерным устройствам, и может быть использовано как при конструировании отдельных антенн, так и при проектировании фазированных антенных решеток (ФАР) радиолокационных станций (РЛС).

Известная антенна на Ш-образном волноводе, используемая в качестве линейного излучателя ФАР (патент США №3015100, 1961 г.), выбранная авторами в качестве аналога, представляет собой отрезок Ш-образного волновода с излучающей структурой в виде металлических брусков на дне и штырей на центральном ребре с попеременным их расположением по обе стороны от центрального ребра. Такое размещение излучающей структуры не позволяет создать диаграмму направленности, равномерно распределенную в горизонтальной плоскости передней полусферы ФАР с глубоким провалом в заданном направлении.

Известный линейный излучатель ФАР (авторское свидетельство СССР №248669, 1987 г.) является наиболее близким техническим решением предлагаемому - прототипом.

Этот излучатель представлен на фиг.1 в виде отрезка Ш-образного волновода 1, на одном конце которого установлены возбудитель 2, представляющий собой коаксиально-волноводный переход, а на другом - согласованная нагрузка 3 ферроэпоксидного материала. Элементами излучающей структуры являются металлические бруски 4, установленные на дне отрезка Ш-образного волновода, вдоль его центрального ребра, попеременно по его разные стороны, ширина которых равна расстоянию между ребрами отрезка Ш-образного волновода, длиной l и высотой d, выбранных из соотношений:

где Н - высота центрального ребра Ш-образного волновода,

λв - длина волны в волноводе,

α - коэффициент связи элемента излучающей структуры, определяемый:

λ - длина волны в свободном пространстве;

t - толщина центрального ребра;

2в - ширина дна Ш-образного волновода.

В известном линейном излучателе излучающая структура в виде брусков, устанавливаемых попеременно по обе стороны от центрального ребра с нарастающим смещением в сторону согласованной нагрузки, создает спадающее распределение тока типа "косинус квадрат на пьедестале" и линейное фазовое распределение тока вдоль раскрыва линейного излучателя, в результате чего в дальней зоне линейного излучателя формируется суммарная однолепестковая диаграмма направленности, с помощью которой осуществляется обнаружение целей радиолокационной станцией. В реальной боевой обстановке нападающая сторона для прикрытия своих летательных аппаратов ставит активные помехи. Для компенсации активных помех, создаваемых средствами радиоэлектронной борьбы противника, принимаемых боковыми лепестками диаграммы направленности основного paдислокационного канала, применяют линейные излучатели подавления боковых лепестков (излучатели ПБЛ) с диаграммой направленности, накрывающей боковые лепестки диаграммы основного радиолокационного канала. Используя конструкцию линейного излучателя - прототипа, даже в случае построения разностной ДН невозможно получить широкую область перекрытия боковых лепестков ДН основного радиолокационного канала ФАР, так как ширина разностной ДН не превышает двойной ширины суммарной диаграммы, а область боковых лепестков разностной ДН имеет такие же межлепестковые провалы, что и суммарная, и это не позволяет осуществить перекрытия боковых лепестков ДН основного радиолокационного канала.

Таким образом, целью изобретения является улучшение помехозащищенности ФАР радиолокационной станции путем формирования диаграммы направленности линейного излучателя, осуществляющее полное перекрытие области боковых лепестков, ДН основного радиолокационного канала во всей передней полусфере ФАР в азимутальной плоскости.

Для достижения поставленной цели в устройстве, содержащем отрезок Ш-образного волновода, один конец которого присоединен к возбудителю, другой - к согласованной нагрузке, при этом вдоль оси отрезка Ш-образного волновода, на его дне установлены металлические бруски, ширина которых равна расстоянию между ребрами отрезка Ш-образного волновода, длиной l и высотой d, выбранных из соотношений:

,

где Н - высота центрального ребра Ш-образного волновода;

λв - длина волны в волноводе;

α - коэффициент связи элемента излучающей структуры (бруска), определяемый:

λ - длина волны в свободном пространстве;

t - толщина центрального ребра;

2в - ширина дна Ш-образного волновода,

согласно изобретению, металлические бруски размещены симметрично относительно поперечной оси, проходящей через середину отрезка Ш-образного волновода, между двумя центральными брусками, расположенными с одной стороны центрального ребра на расстоянии 0,32λв от поперечной оси линейного излучателя до их центра, остальные бруски размещены попеременно по обе стороны от центрального ребра в направлении к возбудителю и согласованной нагрузке с шагом 0,64λв между центрами соседних брусков в разных половинах Ш-образного волновода.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается взаимным расположением излучаемых элементов, что позволило получить двухлепестковую диаграмму направленности с плавными вытянутыми лепестками, перекрывающими 90° сектор от нормали к раскрыву линейного излучателя, и перекрыть боковые лепестки ДН основного радиолокационного канала в передней полусфере ФАР в азимутальной плоскости, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображен внешний вид и вид сверху выреза линейного излучателя-прототипа; на фиг.2 - аналогичное изображение предлагаемого устройства; на фиг.3 представлены диаграмма направленности предлагаемого устройства (2), полностью перекрывающая область боковых лепестков ДН основного радиолокационного канала (1) в передней полусфере ФАР и имеющая провал глубиной до - 60 дБ относительно главного максимума последней, совпадающая по направлению.

Предлагаемое устройство содержит отрезок Ш-образного волновода 1, один конец которого присоединен к возбудителю линейного излучателя 2, другой - к согласованной нагрузке 3, излучающую структуру в виде металлических брусков 4, расположенных на дне отрезка Ш-образного волновода симметрично относительно поперечной оси, проходящей через середину Ш-образного волновода, между двумя центральными брусками, расположенными с одной стороны центрального ребра на расстоянии 0,32λв от поперечной оси линейного излучателя до их центра, остальные бруски размещены попеременно по обе стороны от центрального ребра в направлении к возбудителю и согласованной нагрузке с шагом 6,64λв между центрами соседних брусков в разных половинах Ш-образного волновода. Конкретные размеры излучающей структуры представлены в таблице.

Устройство работает следующим образом. При подаче энергии СВЧ на вход линейного излучателя через устройство возбуждения 2 по отрезку Ш-образного волновода 1 распространяется электромагнитная волна, трансформируемая элементами излучения в раскрыв линейного излучателя. Элементы излучения (бруски) в отличие от прототипа располагаются не попеременно по разные стороны от центрального ребра с нарастающим смещением в сторону поглощающей нагрузки 3, а симметрично относительно поперечной оси, проходящей через середину линейного излучателя, между двумя центральными брусками, расположенными с одной стороны центрального ребра на расстоянии 0,32λв от поперечной оси линейного излучателя до их центра, остальные бруски размещены попеременно по обе стороны от центрального ребра в направлении к возбудителю и согласованной нагрузке с шагом 0,64λв между центрами соседних брусков в разных половинах Ш-образного волновода.

По предлагаемому техническому решению изготовлено несколько линейных излучателей диапазонов F и G и проверена их работа в составе ФАР. Испытания показали, что по сравнению с прототипом диаграмма направленности предлагаемого излучателя надежно перекрывает боковые лепестки ДН основного радиолокационного канала ФАР с уровнем превышения не менее 3-5 дБ во всей передней полусфере решетки в азимутальной плоскости, имея в направлении главного максимума ДН основного канала провал глубиной до - 60 дБ относительно максимума основной диаграммы, что позволяет значительно повысить помехозащищенность ФАР РЛС от активных помех, создаваемых средствами радиоэлектронной борьбы противника.

Изобретение относится к области техники СВЧ, в частности к антенно-фидерным устройствам, и может быть использовано как при конструировании отдельных антенн, так и при проектировании ФАР РЛС. Техническим результатом является улучшение помехозащищенности ФАР РЛС путем формирования диаграммы направленности линейного излучателя, осуществляющей полное перекрытие области боковых лепестков ДН основного радиолокационного канала во всей передней полусфере ФАР в азимутальной плоскости. Линейный излучатель ФАР РЛС содержит отрезок Ш-образного волновода, возбудитель, согласованную нагрузку, металлические бруски, длина l и высота d которых выбрана из соответствующих соотношений, металлические бруски расположены симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через середину отрезка Ш-образного волновода с шагом 0,64λв, а количество металлических брусков равно 2n (n=1, 2,..., N). 3 ил., 1 табл.

Линейный излучатель ФАР РЛС, содержащий отрезок Ш-образного волновода, один конец которого подключен к возбудителю, а другой к согласованной нагрузке, а вдоль продольной оси которого на его дне в шахматном порядке расположены металлические бруски, ширина которых равна расстоянию между центральным и боковым ребрами отрезка Ш-образного волновода, а длина l и высота d выбраны из соотношения

l=λв/2-0,153d+d²/H·sin[π/2(8-d)],

где Н - высота центрального ребра отрезка Ш-образного волновода;

λв - длина волны в отрезке Ш-образного волновода;

α - коэффициент связи, определяемый из соотношения

где λ - длина волны в свободном пространстве;

t - толщина центрального ребра;

2в - ширина дна отрезка Ш-образного волновода,

отличающийся тем, что с целью формирования в азимутальной плоскости изотропной ДН с провалом в требуемом направлении, металлические бруски расположены симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через середину отрезка Ш-образного волновода с шагом, равным 0,64λв, при этом количество металлических брусков выбрано равным 2n (где n=l, 2,..., N).