ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2023 года по МПК H01Q21/00 

Описание патента на изобретение RU2791187C1

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах с фазированной антенной решеткой, в том числе использующих моноимпульсный метод пеленгации.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является фазированная антенная решетка, состоящая из N излучателей, N фазовращателей, системы управления фазовращателями, распределителя мощности, выполненного на основе радиального волновода, с входным фидером и N участками волноводов с подключенными ко входу возбуждающими секциями, внутренние проводники коаксиальных линий которых погружены в радиальный волновод, образуя штыревые возбудители. [Ю.В. Котов, А.С. Яковлев - Характеристики запредельных волноводных излучателей в ФАР на радиальной линии // Журнал "Антенны", 2007, выпуск 3 (118), с. 36-40].

Недостатками прототипа являются:

- необходимость настройки распределителя мощности, связанная с обеспечением требуемой глубины погружения штыревых возбудителей в радиальный волновод;

- сложность реализации в высокочастотных диапазонах длин волн, связанная с высокой точностью изготовления распределителя мощности, в том числе с обеспечением требуемых длин штыревых возбудителей;

- конструктивно-технологическая сложность изготовления, связанная с дополнительными технологическими операциями;

- высокая стоимость, связанная с высокой трудоемкостью изготовления распределителя мощности;

- малая пригодность для крупносерийного производства.

Перед авторами стояла задача создания фазированной антенной решетки, лишенной данных недостатков.

Техническим результатом заявляемой фазированной антенной решетки является повышение технологичности изготовления за счет упрощения конструкции, уменьшения трудоемкости и исключения из технологического процесса операции настройки распределителя мощности.

Технический результат достигается за счет того, что в фазированной антенной решетке, содержащей распределитель мощности, выполненный на основе радиального волновода, к нижней стенке которого подключен входной фидер, вход которого является входом распределителя мощности, и N участков волноводов, где N - целое число, выходы которых являются выходом распределителя мощности, к которым подключены N фазовращателей с установленными N излучателями, а также систему управления фазовращателями, радиальный волновод связан со входами N участков волноводов с помощью N щелей, выполненных в верхней стенке радиального волновода, при этом центр n-ой щели лежит на продольной оси n-ого участка волновода, расположенного нормально к верхней стенке радиального волновода.

Щели могут быть выполнены в виде наклонных щелей, расположенных под углом 0°≤αn<180°, где n=1,2…N, к прямой, лежащей в плоскости верхней стенки радиального волновода и пересекающей центр n-ой наклонной щели и продольную ось входного фидера.

В верхнюю стенку радиального волновода могут быть введены дополнительные щели, причем каждой из наклонных щелей соответствует две дополнительные щели, расположенные перпендикулярно к наклонной щели, каждый из концов которой совпадает с одним из концов дополнительной щели.

Участки волноводов могут быть выполнены в виде отрезков прямоугольных волноводов, широкие стенки которых параллельны соответствующим наклонным щелям.

Посередине, по крайней мере, одной из широких стенок отрезков прямоугольных волноводов может быть расположен продольный металлический гребень.

По периметру радиального волновода может быть установлена согласованная нагрузка.

По периметру радиального волновода может быть дополнительно введен уголковый изгиб, на выходе которого установлена согласованная нагрузка.

Входной фидер может быть выполнен в виде отрезка коаксиальной линии, продольная ось которого совпадает с продольной осью радиального волновода, а центральный контакт погружен в радиальный волновод.

Входной фидер может быть выполнен в виде отрезка круглого волновода, продольная ось которого совпадает с продольной осью радиального волновода, при этом соосно отрезку круглого волновода на внутреннюю поверхность верхней стенки радиального волновода дополнительно введен элемент согласования, выполненный в виде фигуры вращения.

В фазированную антенную решетку могут быть дополнительно введены N преобразователей поляризации, расположенных между распределителем мощности и N фазовращателями.

Распределитель мощности может быть выполнен в виде набора плит с углублениями и отверстиями, образующих при объединении между собой систему волноводных элементов.

Заявляемая фазированная антенная решетка обладает совокупностью существующих признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Заявляемая фазированная антенная решетка, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов она явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известна из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.

Сущность предлагаемого решения поясняется при помощи чертежей, где:

- на фиг. 1 приведен разрез фазированной антенной решетки вдоль продольной оси распределителя мощности;

- на фиг. 2 приведен разрез фазированной антенной решетки вдоль нижней стенки радиального волновода;

- на фиг. 3 приведен разрез фазированной антенной решетки поперек N участков волноводов.

В качестве примера рассмотрена фазированная антенная решетка, в которой входной фидер выполнен в виде отрезка круглого волновода, элемент согласования выполнен в виде стержня, расположенного на коническом пьедестале, участки волноводов выполнены в виде отрезков прямоугольных волноводов.

Фазированная антенная решетка состоит из распределителя мощности, содержащего радиальный волновод 1, к нижней стенке которого соосно подключен отрезок круглого волновода 2. На внутренней поверхности верхней стенки радиального волновода 1 соосно отрезку круглого волновода 2 установлен элемент согласования 3. По периметру радиального волновода 1 расположен уголковый изгиб 4 с установленной на выходе согласованной нагрузкой 5. Верхняя стенка радиального волновода 1 связана со входами N=120 отрезков прямоугольных волноводов 6 с помощью наклонных щелей 7, расположенных под углом 0°≤αn<180°, где n=1,2…N, к прямой, лежащей в плоскости верхней стенки радиального волновода 1 и пересекающей продольную ось отрезка круглого волновода 2 и центр n-ой наклонной щели 7, лежащий на продольной оси n-ого отрезка прямоугольного волновода 6, широкие стенки которого параллельны n-ой наклонной щели 7. Каждый из концов n-ой наклонной щели 7 совпадает с одним из концов двух дополнительных щелей 8, расположенных перпендикулярно к n-ой наклонной щели 7, каждый из концов которой совпадает с одним из концов дополнительной наклонной щели 8. Посередине каждой широкой стенки отрезков прямоугольных волноводов 6 расположены продольные металлические гребни 9.

К выходам распределителя мощности подключены преобразователи поляризации 10 с установленными фазовращателями 11, подключенными к системе управления фазовращателями 12, и излучателями 13.

Для увеличения технологичности и степени интеграции распределитель мощности выполнен в виде набора плит с углублениями и отверстиями, образующими при объединении между собой систему волноводных элементов.

Устройство работает следующим образом.

При работе фазированной антенной решетки на "передачу" поступающая на вход отрезка круглого волновода 2 линейно поляризованная электромагнитная волна проходит в радиальный волновод 1, в котором распространяется по нему, возбуждая отрезки прямоугольных волноводов 6 с установленными продольными металлическими гребнями 9 с помощью наклонных щелей 7 и дополнительных щелей 8 с заданным амплитудным распределением. Далее с выходов отрезков прямоугольных волноводов 6 с установленными продольными металлическими гребнями 9 электромагнитные волны поступают на входы преобразователей поляризации 10, в которых преобразуются в волны, поляризованные по кругу. С выходов преобразователей поляризации 10 электромагнитные волны поступают на входы фазовращателей 11, в которых получают требуемый фазовый сдвиг и, пройдя через них, излучаются в пространство излучателями 13.

При работе фазированной антенной решетки на "прием" электромагнитная волна с круговой поляризацией принимается излучателями 13 с направления, соответствующего направлению максимума главного лепестка диаграммы направленности. Электромагнитные волны с излучателей 13 проходят через фазовращатели 11 и, получив фазовый сдвиг, поступают на входы преобразователей поляризации 10, где преобразуются в линейно поляризованные волны. Далее, пройдя через отрезки прямоугольных волноводов 6 с установленными продольными металлическими гребнями 9, электромагнитные волны поступают в радиальный волновод 1 через наклонные щели 7 и дополнительные щели 8, в котором суммируются с заданной амплитудой и фазой, возбуждая в отрезке круглого волновода 2 электромагнитную волну круглого волновода E01, соответствующую суммарной диаграмме направленности, и ортогонально поляризованные электромагнитные волны круглого волновода Н11, соответствующие двум ортогональным разностным диаграммам направленности. Часть электромагнитной волны, не поступившей на вход отрезка круглого волновода 2, проходит через уголковый изгиб 4 и поглощается согласованной нагрузкой 5.

Технический результат заявляемой фазированной антенной решетки - повышение технологичности изготовления за счет упрощения конструкции, уменьшения трудоемкости и исключения из технологического процесса операции настройки распределителя мощности - достигается за счет того, что радиальный волновод связан со входами участков волноводов с помощью щелей. Это позволяет исключить использование дополнительных узкоспециализированных технологических операций и максимально уменьшить использование ручного труда, что в комплексе уменьшает разброс геометрических размеров, а, следовательно, увеличивает повторяемость электрических характеристик, также уменьшает трудоемкость изготовления, стоимость и обеспечивает крупносерийную пригодность.

Для подтверждения правильности выбранного технического решения на предприятии был изготовлен ряд образцов фазированных антенных решеток Ka-диапазона, у которых формы диаграммы направленности соответствуют расчетным, а КСВН не превышает значения 1,50 в полосе рабочих частот не менее 5%. На основании произведенных испытаний можно сделать вывод, что фазированная антенная решетка по своим электрическим характеристикам не уступает аналогам, но при этом имеет преимущество в конструктивно-технологическом исполнении, что подтверждает соответствие заявляемого решения критерию «промышленная применимость» для изобретения.

Похожие патенты RU2791187C1

название год авторы номер документа
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ 2022
  • Хомяков Александр Викторович
  • Бутырина Дарья Юрьевна
  • Гусев Антон Львович
  • Манаенков Евгений Васильевич
RU2788645C1
АНТЕННАЯ СИСТЕМА 2004
  • Алексеев О.С.
  • Винярская Н.А.
  • Митин В.А.
  • Позднякова Р.Д.
  • Синани А.А.
  • Ястребов Б.П.
RU2256263C1
ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ЭЛЕКТРОННЫМ СКАНИРОВАНИЕМ В ОДНОЙ ПЛОСКОСТИ 2011
  • Хомяков Александр Викторович
  • Манаенков Евгений Васильевич
  • Иванов Андрей Викторович
RU2474019C1
ВОЛНОВОДНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ 1995
  • Меркушев В.В.
RU2118020C1
ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА 2001
  • Митин В.А.
  • Позднякова Р.Д.
  • Синани А.И.
  • Ястребов Б.П.
RU2206157C2
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ 2006
  • Виниченко Юрий Петрович
  • Горшков Игорь Алексеевич
  • Туманская Алла Ефимовна
RU2325016C1
МОНОИМПУЛЬСНАЯ СИСТЕМА 2013
  • Хомяков Александр Викторович
  • Иванов Андрей Викторович
  • Клапов Виктор Петрович
  • Манаенков Евгений Васильевич
  • Терехин Сергей Николаевич
RU2553092C2
ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ 2001
  • Афанасьев Ю.Н.
  • Жигарев В.В.
  • Захарьев Л.Н.
  • Кашин В.А.
  • Корецкий В.М.
  • Леманский А.А.
  • Липатов А.В.
  • Павельев Б.А.
  • Феоктистов В.Г.
RU2184410C1
АНТЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ 2001
  • Колесников В.Л.
  • Афанасьев Ю.Н.
  • Канащенков А.И.
  • Францев В.В.
  • Гуськов Ю.Н.
  • Емельченков Ф.И.
RU2194342C1
ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННА С КРУГОВОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ 2008
  • Ковалев Кирилл Константинович
  • Яковлев Алексей Сергеевич
RU2365000C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 791 187 C1

Реферат патента 2023 года ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

Изобретение относится к антенной технике, в частности, к фазированным антенным решеткам и служит для систем, использующих моноимпульсный метод пеленгации. Техническим результатом является повышение технологичности изготовления за счет упрощения конструкции. Результат достигается тем, что предложена фазированная антенная решетка, содержащая распределитель мощности, выполненный на основе радиального волновода, к нижней стенке которого подключен входной фидер, вход которого является входом распределителя мощности, и N участков волноводов, где N - целое число, выходы которых являются выходом распределителя мощности, к которым подключены N фазовращателей с установленными N излучателями, а также систему управления фазовращателями, отличающаяся тем, что радиальный волновод связан со входами N участков волноводов с помощью N щелей, выполненных в верхней стенке радиального волновода, при этом центр n-ой щели лежит на продольной оси n-ого участка волновода, расположенного нормально к верхней стенке радиального волновода. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 791 187 C1

1. Фазированная антенная решетка, содержащая распределитель мощности, выполненный на основе радиального волновода, к нижней стенке которого подключен входной фидер, вход которого является входом распределителя мощности, и N участков волноводов, где N - целое число, выходы которых являются выходом распределителя мощности, к которым подключены N фазовращателей с установленными N излучателями, а также систему управления фазовращателями, отличающаяся тем, что радиальный волновод связан со входами N участков волноводов с помощью N щелей, выполненных в верхней стенке радиального волновода, при этом центр n-ой щели лежит на продольной оси n-ого участка волновода, расположенного нормально к верхней стенке радиального волновода.

2. Фазированная антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что щели выполнены в виде наклонных щелей, расположенных под углом 0°≤αn<180°, где n=1,2…N, к прямой, лежащей в плоскости верхней стенки радиального волновода и пересекающей центр n-ой наклонной щели и продольную ось входного фидера.

3. Фазированная антенная решетка по п. 2, отличающаяся тем, что в верхнюю стенку радиального волновода введены дополнительные щели, причем каждой из наклонных щелей соответствует две дополнительных щели, расположенные перпендикулярно к наклонной щели, каждый из концов которой совпадает с одним из концов дополнительной щели.

4. Фазированная антенная решетка по п. 2, отличающаяся тем, что участки волноводов выполнены в виде отрезков прямоугольных волноводов, широкие стенки которых параллельны соответствующим наклонным щелям.

5. Фазированная антенная решетка по п. 4, отличающаяся тем, что посередине, по крайней мере, одной из широких стенок отрезков прямоугольных волноводов расположен продольный металлический гребень.

6. Фазированная антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что по периметру радиального волновода установлена согласованная нагрузка.

7. Фазированная антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что по периметру радиального волновода дополнительно введен уголковый изгиб, на выходе которого установлена согласованная нагрузка.

8. Фазированная антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что входной фидер выполнен в виде отрезка коаксиальной линии, продольная ось которого совпадает с продольной осью радиального волновода, а центральный контакт погружен в радиальный волновод.

9. Фазированная антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что входной фидер выполнен в виде отрезка круглого волновода, продольная ось которого совпадает с продольной осью радиального волновода, при этом соосно отрезку круглого волновода на внутреннюю поверхность верхней стенки радиального волновода дополнительно введен элемент согласования, выполненный в виде фигуры вращения.

10. Фазированная антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены N преобразователей поляризации, расположенных между распределителем мощности и N фазовращателями.

11. Фазированная антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что распределитель мощности выполнен в виде набора плит с углублениями и отверстиями, образующих при объединении между собой систему волноводных элементов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2791187C1

Способ цементации и закалки шестерен 1958
  • Барщева А.С.
SU118126A1
АНТЕННА 1994
  • Коршунов И.П.
  • Коршунова Е.Н.
  • Сивов А.Н.
  • Шатров А.Д.
RU2079191C1
АНТЕННАЯ РЕШЁТКА НА РАДИАЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ 2020
  • Алиев Дмитрий Сергеевич
  • Иванов Александр Владимирович
  • Пастернак Юрий Геннадьевич
  • Федоров Сергей Михайлович
  • Чесноков Егор Сергеевич
  • Чугуевский Виталий Игоревич
RU2757866C1
WO 2013098795 A1, 04.07.2013
US 4939527 A1, 03.07.1990
DE 60112335 D1, 01.09.2005
WO 2014030488 A1, 27.02.2014
DE 112013001764 B4, 28.12.2017.

RU 2 791 187 C1

Авторы

Хомяков Александр Викторович

Гусев Антон Львович

Манаенков Евгений Васильевич

Даты

2023-03-03Публикация

2022-06-27Подача