КОНФОРМНАЯ АКТИВНАЯ ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2013 года по МПК H01Q1/00 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при разработке бортовой радиолокационной станции обзора воздушного, наземного и надводного пространства.

Известна коротковолновая модульная буксируемая нежесткая активная фазированная антенная решетка, предназначенная для обнаружения объектов в коротковолновом диапазоне. Приемопередающие модули (ППМ) такой антенны расположены на специальном тросу, один конец которого закреплен на летательном аппарате (ЛА), а на другом конце расположен управляемый объект, создающий относительную стабилизацию троса в пространстве и требуемый его прогиб в вертикальной плоскости. Фазирование ППМ осуществляется сигналом возбуждения, формирующимся первичным облучателем, расположенным на другом ЛА. Сигнал возбуждения представляет собой сумму двух сферических волн близких по частоте с целью последующего выделения биений в ППМ, которые в режиме передачи используются как сигнал возбуждения, а в режиме приема как гетеродинный сигнал (см., например, патент РФ на изобретение №2134469 H01Q 1/28).

Основным недостатком такого типа антенн является необходимость использования дополнительного ЛА и управляемого стабилизатора троса. Такая антенная система имеет ограничения по углу сканирования (±45°) и ширине диаграммы направленности в плоскости, перпендикулярной самой решетке, поскольку элементарные излучатели и ППМ расположены на одном тросу с одинаковым шагом подобно линейной антенной решетке (см., например, Вендик О.Г., Парнес М.Д. Антенны с электрическим сканированием (Введение в теорию) / Под ред. Л.Д. Бахраха. - М.: САЙНС-ПРЕСС, 2002. - 187 с.).

Техническим результатом изобретения является расширение углового сектора сканирования антенной решетки и повышение ее разрешающей способности.

Технический результат достигается тем, что в известной активной фазированной антенной решетке, содержащей элементарные слабонаправленные излучатели, приемопередающие модули и первичный облучатель, элементарные излучатели с приемопередающими модулями расположены на корпусе летательного аппарата в виде конформной решетки, которая объединена с первичным облучателем в единую конструкцию.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном устройстве элементарные излучатели и ППМ выполнены в виде конформной антенной решетки, расположенной на корпусе ЛА, достоинством которой является широкоугольное сканирование при неизменных свойствах направленности антенны. Данное преимущество достигается за счет постоянства эквивалентного излучающего раскрыва в процессе сканирования, размер которого определяется выбором геометрической формы поверхности антенного полотна (см., например, Воскресенский Д.И., Пономарев Л.И., Филипов B.C. Выпуклые сканирующие антенны / Д.И. Воскресенский. - М.: Сов. радио, 1978. - 304 с.). Конформное расположение излучателей с ППМ на корпусе ЛА позволило их объединить с первичным облучателем в единую конструкцию, и тем самым избавиться от использования дополнительных объектов управления и ЛА. Технология изготовления конформной антенной решетки, встроенной в обшивку ЛА, позволит существенно уменьшить габариты и массу радиолокационной станции в целом (см., например, Чабанов В.А. Технология разработки конформных антенн // Авиационные системы. Научно-техническая информация. - 2007. - №6. - С.19-24).

На фигуре представлен вариант исполнения конформной активной фазированной решетки в виде полусферы, где цифрами обозначены: 1 - вспомогательный излучатель сферических волн с частотой ω₁; 2 - вспомогательный излучатель сферических волн с частотой ω₂; 3 - полусферическая решетка излучателей с радиусом R; 4 - приемопередающий модуль с излучателем.

Устройство работает следующим образом: первичный облучатель состоит из двух вспомогательных излучателей сферических волн 1, 2 с близкими по значению частотами излучения ω₁ и ω₂ соответственно. В качестве вспомогательных излучателей используются полупроводниковые СВЧ-генераторы с открытым концом прямоугольного волновода, достоинством которых является малая масса и габариты. Расстояние между этими излучателями d должно быть на порядок больше излучаемых ими длин волн (исходя из условия меньшего взаимовлияния друг на друга). Сигнал первичного облучателя, представляющий собой сумму двух близких по частоте сферических волн, поступает на вход каждого приемопередающего модуля 4. В ППМ с помощью квадратичного амплитудного детектора выделяются биения, имеющие синусоидальную форму с частотой Ω=ω₁-ω₂. Выходное напряжение квадратичного детектора используется как сигнал возбуждения в режиме передачи и как гетеродинный сигнал в режиме приема. Описанный метод фазирования получил терминологию «нелинейно-дифракционный способ фазирования» (см., например, Степаненко С.Н. Нелинейная дифракция и нелинейно-дифракционное фазирование крупноапертурных антенных решеток // Антенны. - 2009. - №7. - С.55-58.). Сканирование луча диаграммы направленности (ДН) производится путем электромеханического управления угловым положением первичного облучателя, при этом максимум ДН формируется в направлении оси, проходящей через вспомогательные излучатели, в сторону излучателя с меньшей частотой (ось OZ). Для обеспечения широкоугольного сканирования, как вариант конформного расположения излучателей на корпусе ЛА, выбрана решетка в виде полусферы 3 (см., например, Воскресенский Д.И. и др. Многофункциональные полотна антенных решеток // Антенны. - 2006. - №9. - С.5-23), обеспечивающая угловой сектор сканирования порядка 180 град. в произвольной плоскости. Радиус полусферы R определяется рабочей частотой радиолокационной станции Ω и требуемой мощностью излучения. Решетка такого типа может быть размещена в носовой или хвостовой части ЛА, выполненная в виде микрополосковой антенной решетки, встроенной в обшивку ЛА (см., например, Обуховец В.А., Касьянов А.О. Микрополосковые отражательные антенные решетки. Методы проектирования и численное моделирование / Под ред. В.А. Обуховца. - М.: Радиотехника, 2006. - 240 с.), либо вынесена на поверхность фюзеляжа в виде отдельного обтекателя подобно антеннам самолетов дальнего радиолокационного обнаружения.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при разработке бортовой радиолокационной станции обзора воздушного, наземного и надводного пространства. Техническим результатом является обеспечение широкоугольного сканирования без снижения направленных свойств антенны за счет постоянства эквивалентного излучающего раскрыва. Конформная активная фазированная антенная решетка, содержащая элементарные слабонаправленные излучатели, приемопередающие модули и первичный облучатель, отличающаяся тем, что элементарные излучатели с приемопередающими модулями расположены на корпусе летательного аппарата в виде конформной решетки, которая объединена с первичным облучателем в единую конструкцию. 1 ил.

Конформная активная фазированная антенная решетка, содержащая элементарные слабонаправленные излучатели, приемопередающие модули и первичный облучатель, отличающаяся тем, что элементарные излучатели с приемопередающими модулями расположены на корпусе летательного аппарата в виде конформной решетки, которая объединена с первичным облучателем в единую конструкцию.