АНТЕННА Российский патент 2008 года по МПК H01Q21/08 

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот и может быть использовано в качестве антенны, в частности, систем государственного опознавания и систем управления воздушным движением в радиолокационных станциях (РЛС) и системах.

В этих системах запросно-ответный канал использует суммарную диаграмму направленности, а для подавления боковых лепестков в режиме запроса и в режиме ответа применяют разностные диаграммы направленности, хотя допустимы широкие диаграммы направленности от отдельных антенн.

Известны параметры антенн, применяемых в системах государственного опознавания («Соглашение о стандартизации» НАТО Stanag 4193, ч. I, ч. III; Савицкий В.И. «Автоматизированные системы управления воздушным движением». - М., Транспорт, 1986; Давыдов П.С. «Авиационная радиолокация». - М., Транспорт, 1984). Реализация антенн отличается по конструктивным, технологическим и схемным решениям. В некоторых случаях на антенном посту РЛС, кроме антенны государственного опознавания, необходимо разместить ответчик опознавания, для которого требуется дополнительный канал. Для обеспечения трехканальной схемы построения антенны применяют двухканальную схему с переключателем. При этом увеличиваются потери мощности в каналах (на величину потерь в переключателе). Кроме того, переключатель требует дополнительного питания и обслуживания. Во многих случаях антенны выполнены на печатных вибраторах с делителем типа «елочка» на симметричной полосковой линии и находятся под радиопрозрачным укрытием, требующим для его закрепления рамы (фланца). Все это приводит к увеличению массы антенны, дополнительным ветровым нагрузкам, создает затруднения с размещением ее в РЛС.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является линейная антенная решетка (патент РФ №50720), не имеющая этих недостатков. Линейная решетка выполнена в виде ряда вибраторных излучателей, размещенных на распределительной системе, выполненной на жесткой коаксиальной линии. Для обеспечения формирования разностной диаграммы направленности к точкам ответвления распределительной системы подключен отрезок жесткой коаксиальной линии, образующий совместно с четвертьволновыми трансформаторами кольцевой мост, к которому подключен разъем, обеспечивающий противофазное возбуждение половин линейной антенной решетки.

Недостатком этой антенной решетки является то, что она построена по двухканальной схеме и имеет только один канал для подавления боковых лепестков.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение арсенала технических средств указанного назначения с одновременным улучшением эксплуатационных характеристик, в частности создание трехканальной антенны с одним суммарным и двумя разностными каналами, работающими с одного раскрыва.

Техническим результатом при реализации предлагаемого изобретения является обеспечение трехканального построения системы опознавания, формирование суммарной и двух разностных диаграмм направленности, обеспечение развязки между суммарным и разностными входами, подавление боковых лепестков, уменьшение массо-габаритных характеристик и ветровых нагрузок антенны, снижение себестоимости антенны.

Влияние на достижение указанных технических результатов оказывают нижеприведенные отличительные признаки. Антенна выполнена в виде ряда вибраторных излучателей, подключенных с шагом, равным λ/2, где λ - длина волны, к распределительной системе, выполненной на жесткой коаксиальной линии. На два ближайших к середине распределительной системы вибраторных излучателя в местах подключения их к распределительной системе подключен отрезок жесткой коаксиальной линии, длина которого Nλ, где N - любое целое число, который совместно с четвертьволновыми отрезками жесткой коаксиальной линии (четвертьволновыми трансформаторами), соединяющими подключенный к середине распределительной системы суммарный вход с указанными вибраторными излучателями, образует кольцевой мост. К кольцевому мосту подключен первый разностный вход, находящийся на расстоянии nλ/4 от первого из указанных вибраторных излучателей, где n - любое целое нечетное число, причем nλ/4<N. В конструкцию антенны дополнительно введен второй разностный вход, расположенный на кольцевом мосте симметрично первому разностному входу относительно суммарного входа, на расстоянии nλ/4 от второго указанного вибраторного излучателя.

Введение второго разностного входа могло быть осуществлено путем установки делителя на два на первом разностном входе. Делителями на два могли бы стать фильтр или циркулятор, т.к. разностные входы используются на разных частотах, один в режиме на передачу, а другой - в режиме на прием. Однако, из-за довольно больших потерь в фильтре, оцененных от 1,5 до 2 дБ, и трудностей обеспечения работы циркулятора при больших перепадах температур на антенне применение этого варианта нецелесообразно. В предлагаемом изобретении оба разностных входа осуществляются посредством установки 50-омных разъемов. При этом коэффициент усиления каждого разностного канала уменьшается вдвое, но, как показывают расчеты и практика эксплуатации систем с двумя разностными каналами, сформированными на делителях типа «елочка», этого достаточно для подавления боковых лепестков. Таким образом, антенна обеспечивает трехканальное построение системы опознавания (один суммарный запросно-ответный канал и два разностных канала, один из которых работает на передачу в режиме запроса, а второй - на прием в режиме ответа).

Герметизация вибраторных излучателей осуществляется посредством заливки пенополиуретаном, а мест подключения вибраторных излучателей - с помощью резиновых колец. Меры, принятые для герметизации антенны, позволяют обойтись без общего колпака и обеспечить хорошую продуваемость антенны, т.е. снизить ветровые нагрузки, кроме того, позволяют снизить массо-габаритные параметры и себестоимость антенны.

На фиг.1 приведена схема построения антенны, на фиг.2 - герметизация вибраторных излучателей, на фиг.3 - герметизация мест подключения вибраторных излучателей.

Антенна выполнена в виде ряда вибраторных излучателей 1, расположенных с шагом, равным λ/2 (где λ - длина волны в воздухе и в воздушной коаксиальной линии), на корпусе распределительной системы 2. К распределительной системе 2 в точках 5 подключены вибраторные излучатели, ближайшие к ее середине, а в точках 6 - вибраторные излучатели, отдаленные от середины распределительной системы. Распределительная система 2 представляет собой каскадное соединение коаксиальных тройниковых разветвителей. Внутренний стержень 3 жесткой коаксиальной линии состоит из четвертьволновых отрезков, волновое сопротивление которых определено из условий обеспечения требуемого (квазиоптимального) распределения энергии СВЧ между вибраторными излучателями 1 и согласования с волновым сопротивлением суммарного входа (Σ), подключенного к середине распределительной системы 2 в точке 7, расположенной в центре распределительной системы и разъема суммарного входа Σ соответственно. В точках 5 ответвления распределительной системы 2 на ближайшие к ее середине вибраторные излучатели подключен отрезок жесткой коаксиальной линии АБВГ, длина которого Nλ, где N - любое целое число, образующий совместно с четвертьволновыми отрезками жесткой коаксиальной линии АО и ОГ (четвертьволновыми трансформаторами), соединяющими подключенный к середине распределительной системы разъем суммарного входа Σ с указанными вибраторными излучателями, кольцевой мост 4 произвольной, в частности, прямоугольной формы. К кольцевому мосту 4 подключен разъем первого разностного входа (Δ), выполненный в виде 50-омного разъема, который расположен на расстоянии nλ/4 от первого из указанных вибраторных излучателей, где n - любое целое нечетное число, причем nλ/4<N. Симметрично первому разностному входу Δ относительно суммарного входа Σ, на расстоянии nλ/4 от второго из указанных вибраторных излучателей подключен разъем второго разностного входа Δ, выполненный в виде 50-омного разъема.

Разностные каналы предназначены для подавления боковых лепестков, при этом один канал работает в режиме на передачу, а второй - в режиме на прием. Предлагаемая антенна обеспечивает формирование суммарной и двух разностных диаграмм направленности. Изготовлен и испытан экспериментальный образец трехканальной антенны с одним суммарным и двумя разностными каналами, работающими с одного раскрыва, соответствующий предлагаемому изобретению.

Основные тактико-технические параметры экспериментального образца антенны приведены в таблице.

1. Количество каналов32. ПоляризацияВертикальная3. Допустимая мощность5 кВт (пиковая) для суммарного канала 5 кВт (пиковая) для одного разностного канала 1 Вт (пиковая) для другого разностного канала4. КСВН<1,55. Рабочая частота1020-1100 МГц6. Волновое сопротивление500 м7. Уровень боковых лепестков≤22 дБ8. Коэффициент усиления антенны (КУ)18 дБ9. Масса16 кг10. КУ разностных каналов10 дБ11. Габаритные размеры2264×297×23212. Развязка между суммарным и
разностными входами20 дБ13. КУ разностных каналов превышает КУ суммарного запросно-ответного канала по боковым лепесткам более чем на 3 дБ; КУ суммарного канала на передачу и прием должен превышает КУ разностных каналов в секторе опознания более чем на 9(12) дБ во всем секторе углов места

Герметизация вибраторных излучателей осуществляется посредством заливки пенополиуретаном 8, а мест подключения вибраторных излучателей - с помощью резиновых колец 9. Герметизация элементов антенны устраняет необходимость применения общего колпака, обеспечивает хорошую продуваемость и, следовательно, уменьшение массо-габаритных характеристик, ветровых нагрузок и снижение себестоимости антенны.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ. Антенна содержит распределительную систему с подключенным к ее середине суммарным входом, выполненную на жесткой коаксиальной линии, и вибраторные излучатели. К ближайшим к середине распределительной системы вибраторным излучателям подключен отрезок жесткой коаксиальной линии, который совместно с четвертьволновыми отрезками, соединяющими суммарный вход с вибраторными излучателями, образует кольцевой мост. К кольцевому мосту на расстоянии в одну четверть длины волны от первого излучателя и в три четверти длины волны от второго излучателя подключен первый разностный вход. Симметрично первому разностному входу подключен второй разностный вход. Вибраторные излучатели и места подключения их к распределительной системе герметизированы посредством заливки пенополиуретаном и с помощью резиновых колец. Техническим результатом является обеспечение трехканального построения системы опознавания, формирования суммарной и двух разностных диаграмм направленности, уменьшения массо-габаритных параметров, ветровых нагрузок и снижение себестоимости. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Антенна, содержащая распределительную систему с подключенным к ее середине суммарным входом, выполненную на жесткой коаксиальной линии, и вибраторные излучатели, подключенные к распределительной системе с шагом, равным λ/2, где λ - длина волны, причем на два ближайших к середине распределительной системы вибраторных излучателя в местах подключения их к распределительной системе подключен отрезок жесткой коаксиальной линии, длина которого Nλ, где N - любое целое число, который совместно с четвертьволновыми отрезками жесткой коаксиальной линии, соединяющими суммарный вход с указанными вибраторными излучателями, образует кольцевой мост, содержащий первый разностный вход, который расположен на расстоянии nλ/4 от первого из указанных вибраторных излучателей, где n - любое целое нечетное число, причем nλ/4<N, отличающаяся тем, что кольцевой мост содержит второй разностный вход, расположенный симметрично первому разностному входу относительно суммарного входа на расстоянии nλ/4 от второго указанного вибраторного излучателя, а места подключения вибраторных излучателей и вибраторные излучатели герметизированы.2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что распределительная система представляет собой каскадное соединение коаксиальных тройниковых разветвителей, а внутренний стержень жесткой коаксиальной линии состоит из четвертьволновых отрезков, волновое сопротивление которых определено из условий обеспечения требуемого распределения энергии СВЧ между вибраторными излучателями и согласования с волновым сопротивлением суммарного входа.3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что герметизация вибраторных излучателей осуществлена посредством заливки пенополиуретаном.4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что герметизация в местах подключения вибраторных излучателей выполнена с помощью резиновых колец.