СИСТЕМА "АНТЕННА-ОБТЕКАТЕЛЬ" Российский патент 2018 года по МПК H01Q1/42 

Изобретение относится к антенной технике СВЧ, преимущественно к проектированию моноимпульсных систем «антенна - обтекатель» с суммарно-разностными угловыми дискриминаторами для зенитных ракет.

Известна система «антенна-обтекатель», содержащая антенное устройство радиолокационной головки самонаведения с радиопрозрачным антенным обтекателем в виде колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, антенную систему, состоящую из четырех антенн (четырех круговых секторов) для пеленгации в двух плоскостях, с суммарно-разностными угловыми дискриминаторами со схемой образования суммарного и разностных сигналов в прямоугольных или косых плоскостях (С.И. Вексин «Обработка радиолокационных сигналов в доплеровских головках самонаведения», М. Издательство МАИ, 2005 г., стр. 79, фотография на обложке; А.И. Леонов, К.И. Фомичев «Моноимпульсная радиолокация», М. «Радио и связь», 1984 г., стр. 78-79).

Недостатком таких систем является появление существенных пеленгационных ошибок (ПО) антенного обтекателя при определении углового положения цели. ПО является нелинейной двумерной функцией, зависящей от рабочей частоты, углов отворота антенного устройства, точности изготовления антенного обтекателя, нагрева и уноса материала и многих других факторов (Л.М. Минокин «Антенные обтекатели зенитных ракет», сб. Антенны, вып. 2(39), 1997 г., стр. 79-86); В.Я. Мизрохи «Проектирование управления зенитных ракет», М., Издательство «Экслибрис-Пресс», 2010 г., стр. 191-192).

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, - существенное уменьшение пеленгационной ошибки системы «антенна - обтекатель» за счет дополнительной обработки СВЧ сигналов.

Для решения данной задачи предлагается система «антенна - обтекатель», содержащая антенное устройство для пеленгации в двух плоскостях, с суммарно-разностными угловыми дискриминаторами со схемой образования суммарного и разностных сигналов в прямоугольных или косых плоскостях, радиопрозрачный антенный обтекатель в виде колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, отличающаяся тем, что антенное устройство состоит из восьми антенн (восьми круговых секторов), сигналы по очереди или одновременно с высоким быстродействием снимаются с каждого из восьми круговых секторов, по очереди или одновременно образуя схему обработки из четырех круговых секторов в косых плоскостях и из четырех круговых секторов в прямоугольных плоскостях, причем сигналы управления вырабатываются как комплексные суммы двух сигналов в каждом из разностных каналов и в суммарном канале Фиг. 1.

Рассмотрим возможность реализации данного технического решения на примере измерений пеленгационных (угловых) ошибок двух систем «антенна - обтекатель» с двумя типами антенных устройств.

Первое антенное устройство со схемой образования суммарного и разностных сигналов в прямоугольных плоскостях показано на Фиг. 2.

Второе - со схемой образования суммарного и разностных сигналов в косых плоскостях показано на Фиг. 3.

Конструкции раскрыва каждого из антенных устройств (количество щелей, расположение щелей, диаметр антенны) идентичны.

Были проведены измерения двух систем «антенна-обтекатель». Относительные размеры антенного обтекателя для каждой из систем одинаковы:

- диаметр обтекателя у основания - 11λ,

- высота обтекателя - 27λ,

- диаметр антенны - 10λ, где λ - длина волны.

При измерениях использовались две схемы обработки СВЧ сигналов.

Пример возможной реализации предлагаемого технического решения показан на Фиг 4. Антенная решетка в виде диска разбивается на 8 круговых секторов (восемь антенн). Излучатели (например щели) располагаются в горизонтальной плоскости. Вектор Е перпендикулярен горизонтальной плоскости.

Как можно заметить, при использовании антенного устройства, состоящего из восьми антенн (восьми круговых секторов), возможно обеспечить обработку сигналов по схеме как для пеленгации в прямоугольных плоскостях, так и для пеленгации в косых плоскостях (составляя из восьми круговых секторов необходимые четыре круговые сектора).

Возможный вариант построения новой системы «антенна - обтекатель»: СВЧ сигналы с каждого из восьми круговых секторов преобразуются в цифровые значения (амплитуда и фаза), далее производится быстродействующая обработка с переключением выходов круговых секторов для реализации по очереди или одновременно схемы обработки в прямоугольных и косых сечениях. Суммарный сигнал будет в значительной степени компенсировать вносимые угловые ошибки системы «антенна-обтекатель».

Возможна реализация такой обработки как в цифровом виде (определяя амплитуду и фазу), так и в аналоговом виде, используя, например, волноводные мосты.

На Фиг. 5 представлены измерения пеленгационных (угловых) ошибок двух систем «антенна-обтекатель». Измерения проводились в плоскости Е, в основном сечении, на средней частоте рабочего диапазона частот:

Кривая 1 - пеленгационная (угловая) ошибка системы «антенна-обтекатель» для антенного устройства со схемой обработки сигналов в прямоугольных плоскостях;

Кривая 2 - пеленгационная (угловая) ошибка системы «антенна-обтекатель» для антенного устройства со схемой обработки сигналов в косых плоскостях;

Кривая 3 - суммарная пеленгационная (угловая) ошибка системы «антенна-обтекатель» с учетом знака кривой 1 и кривой 2.

Как видно, значение ПО для кривой 3 значительно меньше по абсолютной величине, чем для кривых 1 и 2.

На рисунках показано:

Фиг. 1 - система «антенна-обтекатель».

А - волноводная антенная решетка, состоящая из восьми антенн (восемь круговых секторов);

В - головной радиопрозрачный антенный обтекатель в виде колпака;

С - узел крепления антенного обтекателя к летательному аппарату.

Фиг. 2 - антенное устройство со схемой обработки СВЧ сигналов для пеленгации в прямоугольных плоскостях.

А - раскрыв волноводной антенной решетки, состоящей из четырех антенн (четырех круговых секторов);

В - волноводный мост;

С - эквивалент;

D - положение щелей в каждом из четырех угловых секторов в раскрыве антенны и направление электрического вектора относительно горизонта;

F - уровень горизонта (земля).

Фиг. 3 - антенное устройство со схемой обработки СВЧ сигналов для пеленгации в косых плоскостях.

А - раскрыв волноводной антенной решетки, состоящей из четырех антенн (четырех круговых секторов);

В - волноводный мост;

С - эквивалент;

D - положение щелей в каждом из четырех угловых секторов в раскрыве антенны и направление электрического вектора относительно горизонта;

F - уровень горизонта (земля).

Фиг. 4 Волноводная щелевая антенная решетка, состоящая из восьми антенн (восьми круговых секторов).

А - раскрыв волноводной антенной решетки;

В - положение щелей в каждом из восьми круговых секторов в раскрыве антенны и направление электрического вектора относительно горизонта;

С - уровень горизонта (земля).

Фиг. 5 Измеренные ПО системы «антенна-обтекатель» с двумя типами антенных устройств: со схемой обработки СВЧ сигналов для пеленгации в прямоугольных плоскостях и со схемой обработки СВЧ сигналов для пеленгации в косых плоскостях. Конструкция полотна антенн данных антенных устройств (количество и расположение щелей) идентична.

Кривая 1 - пеленгационная (угловая) ошибка системы «антенна-обтекатель» для антенного устройства со схемой обработки сигналов в прямоугольных плоскостях;

Кривая 2 - пеленгационная (угловая) ошибка системы «антенна-обтекатель» для антенного устройства со схемой обработки сигналов в косых плоскостях;

Кривая 3 - суммарная пеленгационная (угловая) ошибка системы «антенна-обтекатель» с учетом знака кривой 1 и кривой 2.

Предлагаемое техническое решение позволит существенным образом повысить точностные характеристики летательного аппарата, снизить требования к радиотехническим характеристикам антенного обтекателя и в какой-то степени реализовать идею самокомпенсации пеленгационных (угловых) ошибок системы «антенна-обтекатель» в полете.

Изобретение относится к антенной технике СВЧ, преимущественно к проектированию моноимпульсных систем «антенна - обтекатель» с суммарно-разностными угловыми дискриминаторами для зенитных ракет. Система «антенна-обтекатель» содержит антенное устройство для пеленгации в двух плоскостях, с суммарно-разностными угловыми дискриминаторами со схемой образования суммарного и разностных сигналов в прямоугольных или косых плоскостях, радиопрозрачный антенный обтекатель в виде колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату. При этом антенное устройство состоит из восьми антенн (восьми круговых секторов), сигналы по очереди с высоким быстродействием снимаются с каждого из восьми круговых секторов, по очереди образуя схему обработки из четырех круговых секторов в прямоугольных плоскостях и из четырех круговых секторов в косых плоскостях, причем сигналы управления вырабатываются как комплексные суммы двух сигналов в каждом из разностных каналов и в суммарном канале. Технический результат заключается в снижении величины пеленгационной (угловой) ошибки системы «антенна-обтекатель». 5 ил.

Система «антенна-обтекатель», содержащая антенное устройство для пеленгации в двух плоскостях, с суммарно-разностными угловыми дискриминаторами со схемой образования суммарного и разностных сигналов в прямоугольных или косых плоскостях, радиопрозрачный антенный обтекатель в виде колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, отличающаяся тем, что антенное устройство состоит из восьми антенн (восьми круговых секторов), сигналы по очереди с высоким быстродействием снимаются с каждого из восьми круговых секторов, по очереди образуя схему обработки из четырех круговых секторов в прямоугольных плоскостях и из четырех круговых секторов в косых плоскостях, причем сигналы управления вырабатываются как комплексные суммы двух сигналов в каждом из разностных каналов и в суммарном канале.