СКАНИРУЮЩАЯ ГИБРИДНАЯ ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА Российский патент 2010 года по МПК H01Q1/00 

Изобретение сканирующая гибридная зеркальная антенна относится к антенной технике и может быть применено в многорежимных космических поляриметрических радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны (РСА).

Описанное в работе [1] изобретение предназначено для использования в системах пеленгации и сопровождения и позволяет уменьшить изменение уровня пересечения диаграммы направленности (ДН) в равносигнальном направлении в широком диапазоне частот. Для этого в зеркальной антенне, содержащей отражатель в виде вырезки из параболоида вращения и многоэлементный облучатель, облучатель выполнен в виде 4-элементной гексагональной решетки из открытых концов Н-волноводов. Гребни Н-волноводов продолжены за плоскость их раскрыва в виде выступов, расстояние между которыми плавно увеличивается до (0,25-0,45)λ.

В работе [2] антенная система предназначена для создания нескольких качающихся разночастотных лучей, вращающихся вокруг оси антенны и управляемых по полярным углам широкодиапазонным коммутационным устройством. Антенна состоит из параболического рефлектора и линейной антенной решетки, расположенной в фокальной плоскости рефлектора. В общем случае решетка может быть двухмерной. Фокальная поверхность аппроксимирована параболической поверхностью вращения с фокусным расстоянием, равным половине фокусного расстояния рефлектора. Антенная решетка состоит из прямоугольных рупорных облучателей, расположенных симметрично относительно оси антенны.

Прототипом предлагаемой антенны можно считать ГЗА, предлагаемую в работе [3]. В статье изложена теория и расчет антенны диаметром 35,5 м с углом сканирования, до 200 раз превышающим ширину диаграммы направленности. Система работает в Ка-диапазоне на частоте 35,6 ГТц, имеет ширину луча 0,02° и используется для определения ураганов центров кругового движения облаков верхнего уровня с космического аппарата, дает возможность трехмерного анализа критических параметров и динамики, контроля их образования и эволюции. ГЗА состоит из сферического рефлектора радиусом 56 м и подвижного облучателя (движение по спирали) в виде планарной фазированной антенной решетки. Фазированная антенная решетка имеет 271 элемент, расположенный в узлах гексагональной сетки с шагом 0,9λ.

Недостатком рассмотренных антенн является высокая масса АФАР-облучателя и антенны в целом.

Техническим результатом, который достигается с помощью заявляемого изобретения при сохранении излучаемой мощности и сектора сканирования, является уменьшение габаритов АФАР-облучателя в плоскости, перпендикулярной оптической оси рефлектора, уменьшение количества ППМ и упрощение их конструкции, которое ведет к уменьшению массы АФАР-облучателя и массы ГЗА в целом.

Для достижения заявляемого технического результата предлагается в известной ГЗА использовать АФАР облучатель, излучающая поверхность которого образована центральной плоскостью, перпендикулярной оптической оси, и плоскими краями, расположенными по отношению к ней под наклоном.

Ниже приведены блок-схемы ГЗА с электронным сканированием (фиг.1). ГЗА включает в себя рефлектор (Р) 1 в виде симметричной вырезки цилиндром из параболоида вращения, облучатель 2, вынесенный из фокальной плоскости рефлектора, выполненный в виде АФАР (фиг.2), состоящий из возбудителя (В) 5, распределительной системы (PC) 4, приемопередающих модулей (ППМ₁-ППМ_n) 3 горизонтальной и вертикальной поляризации, имеющих в своем составе фазовращатели и аттенюаторы в каналах передачи и приема, источника питания (ИП) 6, процессора АФАР (ПА) 7.

Предложенная конструкция ГЗА работает следующим образом. Электронное сканирование обеспечивает обзор в пределах заданного числа ширин диаграмм направленности и осуществляется коммутационным способом с изменением амплитуды и фазы. Суть этого способа состоит в следующем. Каждое положение луча ГЗА соответствует включению определенного набора ППМ АФАР (кластера излучения) с соответствующими значениями амплитуды и фазы, устанавливаемыми аттенюаторами и фазовращателями. При этом амплитудное распределение по кластеру для отклоненного луча в прототипе имеет сильную неравномерность в виде пика и длинной спадающей зависимости в сторону от центра АФАР (фиг.3). Изобретение позволяет улучшить равномерность поля по кластеру, сделав амплитудное распределение похожим на Френелевское даже для больших углов отклонения диаграммы направленности ГЗА. На Фиг.4 показаны амплитудные распределения отклоненного (а) и неотклоненного (б) лучей предлагаемой ГЗА, полученные путем математического моделирования. Сопоставляя форму кривых, приведенных в линейном масштабе, по координате и амплитуде на фиг.3 и фиг.4 видно, что для того, чтобы излучить ту же мощность, в изобретении требуется меньшее число ППМ, а также упрощается их конструкция из-за снижения требований к глубине регулировки мощности ППМ.

Предлагаемая форма апертуры АФАР-облучателя ГЗА по сравнению с прототипом позволяет улучшить массогабаритные характеристики ГЗА за счет снижения числа ППМ и упрощения их конструкции.

Список литературы

1. Бобков Н.И., Бочарников А.А., Кашубин Б.Т., Логвиненко Е.Л., Савеленко А.А., Стуров А.Г., Яшин Н.П. Широкополосная четырехлучевая зеркальная антенна (варианты). Пат.№2099836, Россия, H01Q 19/17.

2. Антенная решетка на фокальной поверхности рефлектора и схема коммутации для управления лучами. Пат. США, Кл. 343-777 №3569976, заявл. 29.08.68, опубл. 9.03.71.

3. Keyvan Badahory, Yahya Rahmat-Samii. An Array-Compensated Spherical Reflector Antenna for a Very Large Number of Scanned Beams. EEEE Trans. on AES, vol 53, No 11, November 2005, pp.3547-3555.

Изобретение относится к гибридной зеркальной сканирующей антенне для многорежимного космического радиолокатора с синтезированной апертурой и предназначена для выполнения задачи обзора заданной зоны. АФАР-облучатель имеет апертуру с плоской центральной частью перпендикулярной фокальной оси параболического рефлектора и краями, плоскости которых наклонены по отношению к фокальной оси. Изобретение позволяет улучшить равномерность поля по кластеру, сделав амплитудное распределение похожим на Френелевское. Таким образом, для того, чтобы излучить ту же мощность, в изобретении требуется меньшее число приемопередающих модулей (ППМ), а также упрощается их конструкция за счет снижения требований к глубине регулировки мощности ППМ. Уменьшение числа ППМ ведет к снижению массы ГЗА. Изобретение может применяться в многорежимных космических поляриметрических радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны (РСА). 4 ил.

Сканирующая гибридная зеркальная антенна (ГЗА), содержащая рефлектор, облучающую систему в виде АФАР-облучателя с приемопередающими модулями (ППМ) горизонтальной и вертикальной поляризаций, сканирование в которой осуществляется путем изменения амплитудно-фазового распределения по АФАР с помощью аттенюаторов и фазовращателей входящих в приемопередающие модули, отличающаяся тем, что АФАР-облучатель имеет апертуру с плоской центральной частью, перпендикулярной фокальной оси рефлектора и краями, плоскости которых наклонены по отношению к фокальной оси.