Оптически переключаемая фазированная антенная решетка Российский патент 2023 года по МПК H01Q21/00 

Известны ФАР, построенные на волноводно-щелевых антеннах (RU 2382451 C1, RU 2246156 С1), которые содержат набор волноводов, снабженных щелями на одной из стенок. Каждая щель выполнена по определенным правилам и работает в качестве элементарной щелевой антенны. Фазирование антенной решетки для получения узкого луча диаграммы направленности (ДН) производится однократно выбором расстояния между щелями в каждом волноводе волноводно-щелевой антенны и фазированием радиосигналов, поступающих в каждую волноводно-щелевую антенну.

Недостатком подобных ФАР является невозможность получения многолучевого режима обзора, когда ДН в одной из плоскостей (в азимутальной или плоскости угла места) разбивается на несколько узких лучей. Подобная многолучевая ДН формируется тогда, когда расстояние между соседними элементарными антеннами превышает расчетное приблизительно в 2 раза. В АФАР с независимым управлением каждой элементарной антенной это обеспечивается выключением соответствующих приемопередающих модулей.

Прототипом предлагаемой ФАР является волноводно-щелевая антенная решетка RU 2593914 С1, которая представляет собой решетку из волноводно-щелевых антенн с щелями переменного наклона, в которой для управления ДН в вертикальной плоскости фазовое распределение вычисляется методом перебора для кросс-поляризационного излучения по критерию минимума максимального уровня кросс-поляризационных лепестков, которое осуществляется раскладкой противофазных волноводных линеек. В горизонтальной плоскости ДН управляется методом частотного сканирования.

Недостаток прототипа - невозможность реализации режима многолучевого обзора.

Заявляемый технический результат - возможность получения режима многолучевого обзора при сохранении простоты построения, настройки и управления ФАР.

Технический результат достигается тем, что оптически переключаемая фазированная антенная решетка содержит волноводно-щелевые антенны, формирующие единое антенное полотно, и управляется методом частотного сканирования, причем на щели волноводно-щелевых антенн установлены твердотельные оптические ключи в радиопрозрачных корпусах, содержащих окна для прохождения лазерного луча, а вне антенного полотна установлены управляющие оптическими ключами лазеры.

На фиг. 1 приведена оптически переключаемая фазированная антенная решетка по предлагаемому изобретению.

На фиг. 2 изображено положение оптического ключа на щели волноводно-щелевой антенны.

Предлагаемое изобретение содержит набор волноводно-щелевых антенн (1а, 1б, 1в), формирующих единое антенное полотно (2), систему подачи СВЧ сигнала в каждую волноводно-щелевую антенну (3 - показана условно), твердотельные оптические ключи (4) в радиопрозрачных корпусах, управляемые излучением лазеров, собранных в блоки (5а, 5б, 5в) и установленных вне антенного полотна так, чтобы быть настроенными на облучение соответствующего оптического ключа каждый. Полупроводниковые лазеры располагаются так, чтобы не перекрывать формируемые антенной решеткой рабочие лепестки диаграммы направленности. Каждая щель антенной решетки перекрывается оптическим ключом таким образом, чтобы замкнуть длинные стенки щели между собой при срабатывании ключа.

Оптический ключ содержит полупроводниковый фоторезистор (6) в радиопрозрачном корпусе (7) с оптически прозрачным окном (9) и работает так, что в момент отсутствия лазерного излучения фоторезистор имеет большое сопротивление и оказывает на перекрываемую им щель (8) волноводно-щелевой антенны (1) такое же влияние, как и некоторый слой диэлектрика поверх щели (8), что учитывается при расчете и проектировании антенны, а в момент, когда лазер включен, полупроводниковый фоторезистор имеет маленькое сопротивление и замыкает противоположные стенки щели антенны, выключая последнюю.

Устройство работает следующим образом. При работе на передачу СВЧ сигнал поступает одновременно или с требуемым фазовым сдвигом на волноводные входы волноводно-щелевых антенн (1), например, через фланцевые соединения. Распространяясь вдоль каждой волноводно-щелевой антенны, сигнал встречает на пути следования щели (8) и частично излучается наружу. Неизлученная малая часть сигнала поглощается в установленной с другого торца волноводно-щелевой антенны (1) согласованной нагрузке (условно не показана). Излучение каждой щели складывается в пространстве таким образом, что формирует ДН. При подаче управляющих сигналов на полупроводниковые лазеры (блоки 5а, 5б и 5в) лазерное излучение через специальное окно (9) на корпусе (7) оптического ключа попадает на фоторезистор (6) и засвечивает его. Фоторезисторы уменьшают собственное сопротивление и закорачивают те излучающие щели, на оптические ключи которых подается лазерное излучение. В результате щель теряет эффективность как антенна. Происходит выключение части элементарных щелевых антенн в волноводно-щелевой антенне. Например, при выключении каждой четной или каждой нечетной элементарной щелевой антенны диаграмма направленности принимает характерный вид с несколькими лучами, что и реализует режим многолучевого обзора. При необходимости изменения положения многолучевой ДН в пространстве по азимутальной плоскости меняют несущую частоту сигнала. Для управления положением ДН в перпендикулярной (угломестной) плоскости необходимо изменять фазы сигнала, идущего на составляющие антенное полотно волноводно-щелевые антенны.

На прием антенна работает аналогичным образом. Поступающий извне в соответствии с ДН отраженный сигнал принимается щелями (8) волноводно-щелевых антенн (1) и направляется в волновод. Сигналы с других направлений не складываются в нужной фазе и взаимно ослабляются, при этом закороченные щели не работают и не принимают сигнал, что требуется для реализации многолучевого режима.

Таким образом, управление перекрытием щелей при помощи лазерного излучения позволяет переключать антенну в многолучевой режим и обратно с сохранением возможности использования метода частотного сканирования для управления положением ДН, не требующего специального управления фазой сигнала для каждой щелевой антенны, что сохраняет простоту конструкции антенной решетки и не требует дополнительной настройки по фазировке.

Управление ФАР для переключения в многолучевой режим и обратно сводится только к включению и выключению соответствующих лазеров. Технический результат достигнут полностью.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к фазированным антенным решеткам. Оптически переключаемая фазированная антенная решетка содержит волноводно-щелевые антенны, формирующие единое антенное полотно, и управляется методом частотного сканирования. При этом в антенной решетке на щели волноводно-щелевых антенн установлены твердотельные оптические ключи в радиопрозрачных корпусах, содержащих окна для прохождения лазерного луча, а вне антенного полотна установлены управляющие оптическими ключами лазеры. Технический результат – обеспечение возможности использования многолучевого обзора с сохранением метода частотного сканирования для управления положением луча, обеспечивающего простоту построения, настройки и управления ФАР. 2 ил.

Оптически переключаемая фазированная антенная решетка, содержащая волноводно-щелевые антенны, формирующие единое антенное полотно, и управляемая методом частотного сканирования, отличающаяся тем, что на щели волноводно-щелевых антенн установлены твердотельные оптические ключи в радиопрозрачных корпусах, содержащих окна для прохождения лазерного луча, а вне антенного полотна установлены управляющие оптическими ключами лазеры.