АКТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2005 года по МПК H01Q25/02 G01S13/44 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных станциях для обеспечения маловысотного полета.

Из уровня техники известны радиолокационные станции восьмимиллиметрового диапазона с большим размером антенны и трехмиллиметрового диапазона [1, 2], высокая разрешающая способность по углу которых обеспечивается малой длиной волны зондирующего сигнала - при уменьшении длины волны в заданной апертуре ширина диаграммы направленности уменьшается. Такая радиолокационная станция миллиметрового диапазона выполнена по классической схеме с антенной системой, приемным и передающим устройствами. Однако для когерентной радиолокационной станции с таким передающим устройством необходимы лампы бегущей волны, которые имеют невысокую надежность.

Известны активные антенные решетки [3] сантиметрового диапазона, которые выполнены из большого числа приемопередающих модулей, каждый из которых содержит передающее устройство на транзисторах, приемное устройство и распределительную систему сантиметрового диапазона. Однако в таких РЛС не достигается высокой разрешающей способности по углу, а выполнить по указанной схеме активную фазированную антенную решетку в трехмиллиметровом диапазоне технологически сложно.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является линейная антенная решетка [4], формирующая диаграммы направленности суммарного и разностного типов, содержащая 2N излучателей с осью симметрии и двухканальное суммарно-разностное устройство возбуждения, состоящее из двух делителей мощности и кольцевого моста. А в устройство возбуждения дополнительно введены (N-1) кольцевых моста, входы каждого из которых соединены с делителями мощностями, а выходы - соответственно с парами излучателей, симметрично расположенных относительно центра решетки. А также известная антенна имеет суммарный канал, как у классической антенны, а разностный канал имеет вид двойного косеканса.

Однако известная антенная решетка имеет не высокую угловую разрешающую способность, поскольку при сужении главного луча по оси диаграммы направленности антенны повышаются сигналы с боковых направлений в пределах главного луча диаграммы направленности антенны, которые принимаются по разностному каналу - это приводит к возрастанию помехового сигнала при наблюдении сложных протяженных объектов.

Технический результат направлен на повышение угловой разрешающей способности.

Технический результат достигается тем, что активная антенная решетка, апертура которой выполнена из двух частей, расположенных по азимуту, каждая из частей содержит решетку групповых излучателей миллиметрового диапазона, входы-выходы которых соединены с приемопередающими модулями, входы-выходы которых соединены с распределительной системой сантиметрового диапазона, при этом каждая из частей апертуры, расположенных по азимуту, имеет выход суммарного канала, и единый выход разностного канала по углу места, а на входе-выходе распределительных систем сантиметрового диапазона и суммарных каналов установлены частотно-разделительные устройства, которые своими выходами соединены с устройством вычитания, при этом каждый приемопередающий модуль содержит разделительное устройство принимаемого и передаваемого сигнала, его выход соединен с входом усилителя передаваемого сигнала с сигналом гетеродина, его выход соединен с входом умножителем для преобразования передаваемого сигнала и сигнала гетеродина из сантиметрового в миллиметровый диапазон, первый выход которого соединен с входом переключателя прием-передача, а второй его выход соединен с первым входом преобразователя принимаемого сигнала из миллиметрового в сантиметровый диапазон, в свою очередь выход переключателя прием-передача соединен со вторым входом преобразователя принимаемого сигнала из миллиметрового в сантиметровый диапазон, выход которого соединен с входом усилителя принимаемого сигнала сантиметрового диапазона и его выход соединен с разделительным устройством принимаемого и передаваемого сигнала, при этом вход-выход разделительного устройства принимаемого и передаваемого сигнала одновременно является первым входом-выходом приемопередающего модуля и соответственно вход-выход переключателя приемопередачи является вторым входом-выходом приемопередающего модуля.

На чертеже представлена структурная схема активной антенной решетки.

Активная антенная решетка, апертура которой выполнена из двух частей 1 и 2, расположенных по азимуту. Каждая из частей 1 и 2 содержит решетку групповых излучателей миллиметрового диапазона 3, входы-выходы которых соединены с приемопередающими модулями 4, входы-выходы которых соединены с распределительной системой сантиметрового диапазона 11.

Каждая из частей 1 и 2 апертуры, расположенных по азимуту, имеет выход суммарного канала Σ1 и Σ2 и единый выход разностного канала по углу места Δ_ум, а между входами-выходами распределительных систем сантиметрового диапазона 11 и суммарных каналов Σ1 и Σ2 установлены частотно разделительные устройства 12, которые своими выходами соединены с устройствами вычитания 13.

Входы частотно разделительных устройств 12 соединены с разъемами входных сигналов несущей частоты fo и гетеродина fг.

Каждый приемопередающий модуль 4 содержит разделительное устройство принимаемого и передаваемого сигнала 5, его выход соединен с входом усилителя передаваемого сигнала с сигналом гетеродина 6.

Выход усилителя передаваемого сигнала с сигналом гетеродина 6 соединен с входом умножителя для преобразования передаваемого сигнала и сигнала гетеродина из сантиметрового в миллиметровый диапазон 8. Первый выход умножителя для преобразования передаваемого сигнала и сигнала гетеродина из сантиметрового в миллиметровый диапазон 8 соединен с входом переключателя прием-передача 10, а второй его выход соединен с первым входом преобразователя принимаемого сигнала из миллиметрового в сантиметровый диапазон 9. Выход переключателя прием-передача 10 соединен со вторым входом преобразователя принимаемого сигнала из миллиметрового в сантиметровый диапазон 9, выход которого соединен с входом усилителя принимаемого сигнала сантиметрового диапазона 7, а его выход соединен с разделительным устройством принимаемого и передаваемого сигнала 5.

При этом вход выход разделительного устройства принимаемого и передаваемого сигнала 5 одновременно является первым входом-выходом приемопередающего модуля 4 и соответственно вход-выход переключателя прием-передача 10 является вторым входом-выходом приемопередающего модуля 4.

Распределительная система сантиметрового диапазона волн 11 предназначена для распределения излучаемого сигнала сантиметрового диапазона волн и сигнала гетеродина между приемопередающими модулями 4, а также для формирования суммарно-разностного принятого сигнала сантиметрового диапазона от множества приемопередающих модулей 4 и выполнена по микрополосковой технологии.

Частотно-разделительное устройство 12 предназначено для разделения передаваемого сигнала несущей частоты и сигнала гетеродина от принятого сигнала промежуточной частоты.

Устройство вычитания 13 предназначено для получения разностного сигнала.

Активная антенная решетка работает следующим образом.

Передаваемый сигнал сантиметрового диапазона через распределительную систему сантиметрового диапазона волн 11 распределяется по входам-выходам приемопередающих модулей 4. В приемопередающих модулях 4 передаваемый сигнал, проходя через разделительное устройство принимаемого и передаваемого сигнала 5, поступает в усилитель передаваемого сигнала с сигналом гетеродина 6. С выхода усилителя передаваемого сигнала с сигналом гетеродина 6 передаваемый сигнал поступает в преобразователь передаваемого сигнала и сигнала гетеродина сантиметрового диапазона в миллиметровый диапазон 8. Преобразованный в миллиметровый диапазон передаваемый сигнал через переключатель прием-передача 10 поступает на решетку излучателей миллиметрового диапазона волн 3.

При приеме принятый сигнал миллиметрового диапазона с решетки излучателей миллиметрового диапазона волн 3 через переключатель прием-передача 10 поступает на преобразователь принятого сигнала из миллиметрового диапазона в сантиметровый диапазон 9. В этот момент на преобразователь принятого сигнала из миллиметрового диапазона в сантиметровый диапазон 9 поступает сигнал гетеродина, который поступает через следующие блоки: разделительное устройство принимаемого и передаваемого сигнала 5, усилитель передаваемого сигнала с сигналом гетеродина 6, преобразователь передаваемого сигнала и сигнала гетеродина сантиметрового диапазона в миллиметровый диапазон 8 приемопередающих модулей 4. Преобразованный в сантиметровый диапазон принимаемый сигнал через усилитель принимаемого сигнала сантиметрового диапазона 7 поступает через разделительное устройство принимаемого и передаваемого сигнала 5 на входы-выходы распределительной системы сантиметрового диапазона волн 11. Единый сигнал сантиметрового диапазона волн с выхода распределительной системы сантиметрового диапазона волн 11 используется для дальнейшего получения суммарных и разностных сигналов.

Технологическая доступность обеспечивается реализацией большей части узлов решетки в сантиметровом диапазоне и работой в миллиметровом диапазоне только при излучении и приеме сигнала. Достаточная мощность излучения в миллиметровом диапазоне обеспечивается использованием большого числа передающих устройств относительно малой мощности, которые технологически доступны при реализации.

Применение предлагаемых технических решений позволяет повысить разрешающую способность не менее чем в четыре раза, что позволяет различать близко расположенные по азимуту объекты без увеличения размеров антенны.

Источники информации

1. Авиационная радиолокация, Справочник под редакцией П.С.Давыдова, М., Транспорт, 1984, с.136-139.

2. Aviation Week and Space Texnology, 1990, 132, № 4, pp.77-81.

3. Состояние и перспективы разработки РЛС самолетов 5-го поколения (обзор по материалам иностранной печати), под редакцией академика Е.А.Федосеева, ФГПУ ГНИЙ авиационных систем, научно-технический центр, 2002, с.11-15.

4. Авторское свидетельство СССР № 728635, МПК Н 01 Q 21/00, 1984.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных станциях для обеспечения маловысотного полета. Техническим результатом является повышение угловой разрешающей способности. Активная антенная решетка, каждая из частей апертуры которой содержит решетку групповых излучателей миллиметрового диапазона, входы-выходы которых соединены с приемопередающими модулями, входы-выходы которых соединены с распределительной системой сантиметрового диапазона, при этом каждая из частей апертуры, расположенных по азимуту, имеет выход суммарного канала и единый выход разностного канала по углу места, а на входе-выходе распределительных систем сантиметрового диапазона и суммарных каналов установлены частотно-разделительные устройства, которые своими выходами соединены с устройством вычитания, при этом каждый приемопередающий модуль содержит разделительное устройство принимаемого и передаваемого сигнала, усилитель передаваемого сигнала с сигналом гетеродина, умножитель для преобразования передаваемого сигнала и сигнала гетеродина из сантиметрового в миллиметровый диапазон, переключатель прием-передача, преобразователь принимаемого сигнала из миллиметрового в сантиметровый диапазон, усилитель принимаемого сигнала сантиметрового диапазона и его выход соединен с разделительным устройством принимаемого и передаваемого сигнала, при этом вход-выход разделительного устройства принимаемого и передаваемого сигнала одновременно является первым входом-выходом приемопередающего модуля и соответственно вход-выход переключателя приемопередач является вторым входом-выходом приемопередающего модуля. 1 ил.

Активная антенная решетка, апертура которой выполнена из двух частей, расположенных по азимуту, каждая из частей содержит решетку групповых излучателей миллиметрового диапазона, входы-выходы которых соединены с приемопередающими модулями, входы-выходы которых соединены с распределительной системой сантиметрового диапазона, отличающаяся тем, что каждая из частей апертуры, расположенных по азимуту, имеет выход суммарного канала и единый выход разностного канала по углу места, а на входе выходе распределительных систем сантиметрового диапазона и суммарных каналов установлены частотно-разделительные устройства, которые своими выходами соединены с устройством вычитания, при этом каждый приемопередающий модуль содержит разделительное устройство принимаемого и передаваемого сигналов, его выход соединен с входом усилителя передаваемого сигнала с сигналом гетеродина, его выход соединен с входом умножителя для преобразования передаваемого сигнала и сигнала гетеродина из сантиметрового в миллиметровый диапазон, первый выход которого соединен с входом переключателя прием - передача, а второй его выход соединен с первым входом преобразователя принимаемого сигнала из миллиметрового в сантиметровый диапазон, в свою очередь, выход переключателя прием - передача соединен с вторым входом преобразователя принимаемого сигнала из миллиметрового в сантиметровый диапазон, выход которого соединен с входом усилителя принимаемого сигнала сантиметрового диапазона и его выход соединен с разделительным устройством принимаемого и передаваемого сигналов, при этом вход-выход разделительного устройства принимаемого и передаваемого сигналов одновременно является первым входом-выходом приемопередающего модуля и соответственно вход-выход переключателя прием - передача является вторым входом-выходом приемопередающего модуля.