ДВУХПОДДИАПАЗОННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2005 года по МПК H01Q21/30 H01Q5/00 

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к конструкции антенной решетки с частотным сканированием (АЧС).

Известно, что одной из важнейших характеристик современных РЛС является ее помехозащищенность, особенно защищенность от воздействий активных помех, которые во многом и определяют конструкцию антенного устройства.

Широко используемые антенные решетки с фазовым сканированием (Сканирующие антенные системы СВЧ, т.III, изд. «Советское Радио», М., 1971, перевод с английского под редакцией Г.Т.Маркова, А.Ф.Чаплина) позволяют при необходимости осуществлять быструю замену рабочей частоты и управление движением луча в пространстве. В антенных решетках с частотным сканированием отсутствует возможность смены частоты, так же как и управление движением луча. Однако антенные решетки с частотным сканированием обладают целым рядом преимуществ: более просты в конструктивном отношении (а потому более легки, дешевы и надежны) и, что весьма существенно, обладают более низким уровнем боковых лепестков. Поэтому антенны с частотным сканированием продолжают совершенствоваться (патент США №6061035). Одним из направлений их совершенствования является возможность обеспечения их работы в нескольких диапазонах (или разнесенных поддиапазонах) частот. Так в патенте Великобритании №2051486 и в патенте США №4243990 предлагаются сдвоенные антенные решетки с частотным сканированием, работающие в двух различных диапазонных частот. Конструктивно такие сдвоенные решетки представляют собой волноводно-щелевую решетку с частотным сканированием в вертикальной плоскости, содержащую систему волноводно-щелевых линеек, между которыми размещена система линейных излучателей на основе меандровой полосковой или коаксиальной линии передачи со своей системой запитки, обеспечивающей частотное сканирование. По существу это чисто механическое совмещение двух решеток, работающих в различных диапазонах частот.

Цель предлагаемого решения заключается в создании антенной решетки с частотным сканированием, работающей в двух разнесенных поддиапазонах частот. Возможность работы такой антенны в двух поддиапазонах частот обеспечивается конструкцией сканирующего делителя мощности и широкополоскостью свойств основных функциональных узлов: направленных ответвителей, делителей и излучателей. Использование в конструкции предлагаемого изобретения сканирующего делителя мощности с коаксиальными выводами обеспечивает формирование диаграммы направленности антенны и ее сканирование в вертикальной плоскости при работе в двух поддиапазонах частот. Система линейных излучателей, состоящих из полоскового делителя мощности и излучающего волновода, обеспечивает формирование диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Используемые в антенных решетках с частотным сканированием, выбранных в качестве прототипа, волноводно-щелевые линейки излучателей, оказываются не пригодными для применения в двух разнесенных поддиапазонах частот. Вместо них предлагается использовать широкополосную систему, состоящую из полоскового делителя мощности, выходы которого возбуждают излучающие окна в узкой стенке волновода. Требуемое распределение мощности по выходам делителя с минимальными искажениями в обоих поддиапазонах частот обеспечивается благодаря широкополостности примененного волноводно-полоскового направленного ответвителя.

Конструкция изобретения поясняется чертежами (Фиг.1-7). На фиг.1 приведена конструкция одного из возможных вариантов двухподдиапазонной АЧС; на фиг.2 и 3 - конструкция синусоидального волновода с системой волноводно-полосковых направленных ответвителей; на фиг.4 и 5 - конструкция излучающей линейки в виде полоскового делителя мощности последовательного типа; на фиг.6 и 7 - конструкция варианта излучающей линейки с использованием полоскового делителя параллельного типа.

Конструкция предлагаемой двухподдиапазонной антенной решетки с частотным сканированием, приведенная на фиг.1, состоит из сканирующего делителя мощности 1 и системы линейных излучателей, состоящих из полоскового делителя мощности 2 и излучающего волновода 3, а также фермы 4.

Конструкция сканирующего делителя мощности (СДМ) приведена на фиг.2 и 3. Он состоит из синусоидального волновода 5, свернутого в плоскости Е, и системы волноводно-полосковых направленных ответвителей 6 с коаксиальными выводами 7 и полосковыми нагрузками 8. Для обеспечения согласования синусоидального волновода в двух поддиапазонах частот его период L выбран кратным нечетному числу полуволн для средних частот обоих поддиапозонов: L=(n₁λ_в1)/2=(n₂λ_в2)/2, где n₁, n₂ - нечетные числа (например, n₁=3; n₂=5), а λ_в1, λ_в2 - длины волн в волноводе, причем λ_в1>λ_в2. С учетом требуемого сектора сканирования это обуславливает выбор сечения волноводного канала 5. Согласование волноводного канала 5 со стандартным сечением входного волновода 9 осуществляется ступенчатым переходом 10. При этих условиях отражения от двух соседних изгибов синусоидального волновода оказываются сдвинутыми по фазе на 180° (так как расстояния между ними будут кратными нечетному числу четвертей длин волн) и компенсируют друг друга. Отражения от направленных ответвителей, разнесенных по волноводу на нечетное число полуволн, на этих частотах будут складываться, но ввиду хорошего согласования ответвителей результирующее значение коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) будет невелико. Согласование в рабочей полосе частот обоих поддиапазонов, как и в любой периодической структуре, обеспечивается благодаря непрерывному набегу фаз отраженных от изгибов и ответвителей, проходящих через делитель сигналов.

Применяемый волноводно-полосковый направленный ответвитель выполнен в виде П-образного проводника 6, размещаемого вблизи узкой стенки волноводного канала. При фиксированных размерах П-образного проводника коэффициент связи коаксиального вывода 7 с волноводом 5 определяется углом наклона α плоскости проводника 6 к широким стенкам волноводного канала 5. Для предотвращения влияния на электрические параметры СДМ остаточного уровня мощности на его выходном конце размещена поглощающая нагрузка в виде набора пластин 11 из объемного поглотителя СВЧ. Конструктивно СДМ может быть выполнен в виде двух механически сочленяемых половин, как показано на фиг.3, в одной из которых размещаются направленные ответвители с коаксиальными выводами 7, полосковыми нагрузками 8 и общим присоединительным фланцем 12.

На фиг.4 и 5 приведен один из возможных вариантов линейки излучателей, состоящей из полоскового делителя мощности (ДМ) последовательного типа с направленными ответвителями на связанных полосках четвертьволновой длины и волновода с излучающими окнами в узкой стенке. ДМ состоит из корпуса 13, внутри которого по всей длине проходит проводник первичной линии 15 с входным СВЧ разъемом 14. Центральные проводники 17 вторичной линии выходным концом закреплены на полосковой нагрузке 18, размещенной на (или в) стенке 19. Выходные концы проводника 17 через отверстия 20 соединены с преобразователями волн 21, выполненными в виде индуктивной петли, замыкаемой на широкой стенке волновода 22 по оси излучаемых окон 23 в узкой стенке волновода. Проводник 15 закреплен на диэлектрических стойках 16, высота которых обуславливает зазор, определяющий требуемый коэффициент связи. Для обеспечения синфазных излучений при противофазности соседних выходов ДМ возбудитель 21 для четных и нечетных выходов ДМ имеет противоположную ориентацию.

Очевидным недостатком применения последовательного делителя является нежелательное подсканирование антенны в азимутальной плоскости. От этого недостатка свободен второй вариант линейного излучателя, приведенный на фиг.6-7. В качестве делителя мощности в нем используется полосковый ДМ с параллельными разветвителями тройникового типа. Он состоит из плоского корпуса 26, внутри которого на диэлектрических опорах 27 размещена разветвляющаяся по схеме «симметричная елочка» - система проводников 28 прямоугольного (или круглого) сечения. Коаксиальные вход 29 и выходы 30 выведены соответственно через крышку и дно корпуса в противоположные стороны. Коэффициент деления мощности в точках разветвления и его согласование обеспечиваются выбором волновых сопротивлений четвертьволновых трансформаторов 31. Поперечное сечение излучающей линейки с использованием параллельного ДМ и волновода с излучающими окнами приведено на фиг.7.

ДМ может быть выполнен так же и по смешанной (параллельно-последовательной или последовательно-параллельной) схеме.

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к конструкции антенной решетки с частотным сканированием. Техническим результатом является обеспечение работы антенной решетки в двух разнесенных поддиапазоннах частот и возможность совмещения лучей в азимутальной плоскости. Антенная решетка для РЛС с частотным сканированием содержит синусоидальный волновод с периодически разнесенными на один период синусоидального волновода элементами связи, возбуждающими линейки излучателей, при этом длина витка синусоидального волновода выбрана равной нечетному числу полуволн для средних частот каждого поддиапазона, причем устройства связи выполнены в виде волноводно-полоскового направленного ответвителя, а линейки излучателей - в виде многоканального полоскового делителя мощности, выходы которого посредством преобразователя типов волн возбуждают излучающие окна в боковой стенке прямоугольного волновода. 7 ил.

Антенная решетка для РЛС с частотным сканированием, содержащая синусоидальный волновод с периодически разнесенными на один период синусоидального волновода элементами связи, возбуждающими линейки излучателей, отличающаяся тем, что длина витка синусоидального волновода выбрана равной нечетному числу полуволн для средних частот каждого поддиапазона, причем устройства связи выполнены в виде волноводно-полоскового направленного ответвителя, а линейки излучателей - в виде многоканального полоскового делителя мощности, выходы которого посредством преобразователя типов волн возбуждают излучающие окна в боковой стенке прямоугольного волновода.