ДВУМЕРНАЯ МОНОИМПУЛЬСНАЯ ФАР С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЛУЧОМ Российский патент 2012 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в СВЧ-антенной технике в составе радиолокационных систем и комплексов.

Известна антенная система, содержащая двумерную моноимпульсную фазированную решетку, у которой волноводный распределитель выполнен из М линейных распределителей первого типа и четырех линейных распределителей второго типа, содержащих волноводные направленные ответвители, объединенные общими магистральными волноводами, при этом М линейных распределителей первого типа сгруппированы по четвертям и построчно заполняют весь раскрыв, а четыре линейных распределителя второго типа расположены ортогонально М линейным распределителям первого типа и запитывают каждым из своих волноводных выходов магистральные волноводы линейных распределителей первого типа ["Антенная система", авт.Алексеев О.С., Винярская Н.А., Митин В.А., Позднякова Р.Д., Синани А.И., Ястребов Б.П, пат.RU 2256263 C1, H01Q 3/28].

Известна двумерная моноимпульсная антенна с электронным управлением лучом, содержащая линейки излучателей, линейки фазовращателей и распределительную систему, состоящую из линеек распределителей первого типа, входы которых соединены с соответствующими выходами линеек распределителя второго типа, входы которых соединены соответственно с выходами основного и дополнительного СВЧ-сумматоров, соединенных между собой по одному разностному входу через фазирующие секции и направленный ответвитель, при этом между выходами линеек распределителей первого типа и фазовращателями, а также между фазовращателями и соответствующими каналами линеек излучателей двумя своими плечами присоединены циркуляторы, обеспечивающие передачу СВЧ-сигнала от линеек распределителей первого типа к линейкам излучателей, при этом третьи плечи циркуляторов присоединены к разделяющим устройствам таким образом, что сигналы от линеек излучателей через циркуляторы поступают на выходы разделяющих устройств, которые через дополнительные фазовращатели соединены с выходами линеек распределителей первого типа и выходами второй, независимой распределительной системы ["Двумерная моноимпульсная антенна с электронным управлением лучом", авт.Митин В.А., Синани А.И., Алексеев О.С., Лапшин В.И. Пат. RU №2383090 C1, H01Q 25/02].

Недостатками указанных выше фазированных антенных решеток являются невозможность формирования многих лучей на прием и передачу, небольшая мгновенная полоса пропускания и невысокая разрешающая способность, определяемая отсутствием возможности работы антенны в режиме интерферометра.

Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является бортовая антенна с электронным управлением лучом с волноводной распределительной системой ["Волноводная распределительная система бортовой антенны с электронным управлением лучом", авт. А.И.Синани, Р.Д.Позднякова, В.А.Митин, журнал "Антенны", вып.6(61), 2002 г.], в которой волноводная распределительная система (ВРС) по существу является диаграммообразующей структурой ФАР, обеспечивающей суммарно-разностную обработку сигналов. В этом варианте антенны ВРС состоит из четырех строчно-столбцовых делителей, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, для чего используется один распределитель-"столбец" и n линеек "строк", а также СВЧ-сумматор, обеспечивающий формирование суммарно-разностных диаграмм направленности (ДН).

Недостатками этого технического решения являются также невысокая разрешающая способность, невозможность формирования многих лучей на прием и передачу и небольшая мгновенная полоса пропускания.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом содержит панели излучателей, блоки фазовращателей и волноводную распределительную систему, состоящую из четырех строчно-столбцовых делителей, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры и состоит из распределителя-столбца и n распределителей-строк, а также СВЧ-сумматора, обеспечивающего формирование суммарно-разностных ДН.

Новыми признаками заявленного технического решения является то, что каждый квадрант апертуры ФАР разбит на четыре части и в каждой этой части выполнены распределитель-столбец и распределители-строки, обеспечивающие запитку отдельных излучающих элементов апертуры своей части без нарушения регулярности структуры всей ФАР, причем между распределителями-строками и блоками фазовращателей в каждом канале установлены блоки аттенюаторов, каждый из которых содержит m независимых аттенюаторов, при этом запитка четырех распределителей-столбцов в каждом квадранте осуществлена суммирующим устройством из трех балансных восьмиполюсников, соединенных таким образом, что при подаче сигнала от СВЧ-сумматора происходит распределение его между четырьмя распределителями-столбцами во всех частях в квадранте апертуры, причем три входа-выхода суммирующих устройств в каждом квадранте снабжены переключателями, обеспечивающими подключение согласованных нагрузок при работе с основным СВЧ-сумматором, или подключение иных устройств (передатчиков, приемников и т.д.), обеспечивающих независимую работу квадрантов антенны или их половин на прием и передачу.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является реализация более развитой, параллельной схемы диаграммообразующего устройства и обеспечение работы антенны как со всей апертурой сразу, так и в независимом режиме с отдельными ее частями.

Наличие таких возможностей позволяет реализовать режим интерферометра, т.е. работу в составе одной антенны нескольких независимых антенн меньшего размера с разнесенными фазовьми центрами, расширить мгновенную рабочую полосу частот за счет частичной замены последовательной схемы распределительной системы на параллельную и соответственно обеспечить работу с сигналами малой длительности, обеспечить возможность управления амплитудой сигналов в каждом канале, а также дает возможность формирования нескольких независимо управляемых ДН (одновременно восемь) с малым уровнем боковых лепестков. Это достигнуто за счет разбиения каждого квадранта апертуры на четыре части и введения дополнительных суммирующих устройств (по одному на квадрант), которые обеспечивают как запитку распределителей в каждой из частей квадрантов, так и наличие независимых входов-выходов отдельных квадрантов и частей апертуры, развязанных с другими, аналогичными частями и квадрантами апертуры всей ФАР, а также введения между распределителями строками и блоками фазовращателей блоков аттенюаторов

На фиг.1 приведена функциональная схема двумерной моноимпульсной ФАР с электронным управлением лучом.

Двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом состоит из панелей излучателей 1, блоков фазовращателей 2, волноводной распределительной системы, в свою очередь состоящей из СВЧ-сумматора 3, суммирующих устройств 4, четырех строчно-столбцовых делителей, состоящих из распределителей-столбцов 5 и распределителей-строк 6, а также блоков аттенюаторов 7, переключателей 8, согласованных нагрузок 9.

Панели излучателей 1 поканально соединены с блоками фазовращателей 2, которые в свою очередь поканально соединены с блоками аттенюаторов 7 и далее с выходными каналами распределителей-строк 6 в каждой части квадрантов апертуры. При этом входные каналы распределителей-строк 6 соединены с соответствующими выходными каналами распределителей-столбцов 5 в своей части квадранта апертуры, при этом входные каналы распределителей-столбцов 5 соединены с выходными каналами суммирующих устройств 4. Входы суммирующих устройств 4 в каждом квадранте апертуры соединены с выходами СВЧ-сумматора 3. Входы суммирующих устройств 4, в которые направленно не ответвляется СВЧ-энергия при работе ФАР от СВЧ-сумматора 3, соединены с переключателями 8, при этом одни из плеч переключателей 8 соединены с согласованными нагрузками 9 (при работе от СВЧ сумматора), а другие формируют входы независимых частей или квадрантов ФАР.

Предлагаемая двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом работает следующим образом. При подаче СВЧ-сигнала на суммарный вход СВЧ-сумматора 3 происходит распределение его через СВЧ-сумматор 3, суммирующие устройства 4, строчно-столбцовые делители, состоящие из распределителей-столбцов 5 и распределителей-строк 6, через каналы блоков аттенюаторов 7 по входным каналам блоков фазовращателей 2 и далее по входным каналам панелей излучателей 1 в каждой части квадрантов апертуры ФАР. При этом определенный выбор величин переходных ослаблений отдельных каналов распределителей-столбцов 5 и распределителей-строк 6 обеспечивает формирование заданного амплитудного распределения, а электрически управляемые блоки фазовращателей 2 обеспечат формирование заданных фазовых распределений и управление им в апертуре ФАР. В этом варианте возможно формирование суммарно-разностных характеристик.

При этом переключатели 8 обеспечивают подключение согласованных нагрузок 9 и переключение режимов работы.

При подаче СВЧ-сигнала на один из независимых входов «Вх.¹/₄», «B¹/₈», развязанных с другими частями антенны, происходит аналогичное описанному выше распределение сигнала по излучателям апертуры, но только в той части квадранта или в целом квадранте, с которым связан конкретный вход, причем наличие блоков аттенюаторов позволяет корректировать форму амплитудного распределения, что особенно целесообразно при использовании такой распределительной системы в составе АФАР. При этом возможны как реализация режима интерферометра, т.е. независимой работы фрагментов апертуры с разнесенными фазовыми центрами с последующей обработкой сигналов от фрагментов, что в результате увеличивает разрешающую способность станции, так и формирование независимо управляемых лучей от квадрантов антенны и их частей.

Таким образом, технико-экономические преимущества предложенного технического решения по сравнению с прототипом заключаются в обеспечении возможности работы с широкополосными сигналами, в реализации режима интерферометра и, соответственно, увеличении разрешающей способности, а также в возможности формирования одновременно до восьми независимо управляемых лучей.

Реализация предлагаемого технического решения не вызывает сомнения, разработаны, изготовлены и прошли испытания основные фрагменты распределительной системы: СВЧ-сумматор с суммирующими устройствами, распределитель-столбец и распределитель-строка. Испытания подтвердили возможность достижения заявляемого технического эффекта.

Предлагаемая двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом позволяет:

1. Обеспечить возможность работы с широкополосными сигналами за счет применения более разветвленной, параллельной, схемы распределения СВЧ-сигнала без увеличения габаритных размеров и массы.

2. Увеличить разрешающую способность станции за счет обеспечения возможности независимой работы отдельных фрагментов антенны с разнесенными фазовыми центрами.

3. Формировать одновременно до восьми независимо управляемых лучей.

Полезная модель относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в СВЧ-антенной технике в составе радиолокационных систем и комплексов. Двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом содержит панели излучателей, блоки фазовращателей и волноводную распределительную систему (ВРС), состоит из строчно-столбцовых делителей, СВЧ-сумматора, запитывающего эти делители и обеспечивающего формирование суммарно-разностных диаграмм направленности (ДН). Каждый квадрант апертуры ФАР разбит на четыре части. В каждой этой части в ВРС выполнены один распределитель-столбец и n распределителей-строк, между распределителями-строками и блоками фазовращателей установлены блоки аттенюаторов. Запитка четырех распределителей-столбцов в каждом квадранте осуществлена отдельным суммирующим устройством, выполненным из трех балансных восьмиполюсников, соединенных таким образом, что при подаче сигнала от СВЧ-сумматора на входы суммирующих устройств происходит распределение его между четырьмя распределителями-столбцами во всех частях в квадрантах апертуры. Три выхода-входа суммирующих устройств в каждом квадранте снабжены переключателями. Техническим результатом является реализация более развитой, параллельной схемы диаграммообразующего устройства и обеспечение работы антенны как со всей апертурой сразу, так и в независимом режиме с отдельными ее частями. 1 ил.

Двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом, содержащая панели излучателей, блоки фазовращателей и волноводную распределительную систему (ВРС), состоящую из строчно-столбцовых делителей, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, а также СВЧ-сумматора, запитывающего эти делители и обеспечивающего формирование суммарно-разностных диаграмм направленности (ДН), отличающаяся тем, что каждый квадрант апертуры ФАР разбит на 4 части и в каждой этой части в ВРС выполнены один распределитель-столбец и n распределителей-строк, обеспечивающих запитку элементов раскрыва своей части без нарушения регулярности структуры всей ФАР, при этом между распределителями-строками и блоками фазовращателей установлены блоки аттенюаторов, причем запитка 4 распределителей-столбцов в каждом квадранте осуществлена отдельным суммирующим устройством, выполненном из 3 балансных восьмиполюсников, соединенных таким образом, что при подаче сигнала от СВЧ-сумматора на входы суммирующих устройств происходит распределение его между 4 распределителями-столбцами во всех частях в квадрантах апертуры, при этом три выхода-входа суммирующих устройств в каждом квадранте снабжены переключателями, обеспечивающими подключение согласованных нагрузок и переключение режимов работы.