Способ управления лучом в гибридной двухзеркальной антенной системе и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК H01Q21/22 H01Q19/17 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике радиолокации и радиосвязи и может быть использовано в радиолокаторах иных устройствах, излучающих и принимающих электромагнитные волны с произвольной поляризацией поля.

Известны способы и устройства управления лучом в гибридных зеркальных антеннах с электронным управлением лучом, состоящих из параболического рефлектора и решетки излучателей, установленной в фокальной плоскости рефлектора. В известных гибридных зеркальных антеннах сканирование луча производится последовательным включением одиночных излучателей решетки либо группы излучателей.

Способ управления лучом, наиболее близкий к изобретению, описан в патенте на изобретение RU 2694460 «Способ сканирования луча гибридной зеркальной антенны», отличающийся тем, что сканирование луча производят включением группы излучателей.

Недостатком известного способа является формирование лучей диаграммы направленности антенны путем включения отдельных излучателей облучающей антенной решетки и одновременного отключения остальных излучателей, что не позволяет сформировать на выходе антенны сигнал, значение мощности которого будет равно или, по крайней мере, близко к сумме значений мощности всех излучателей (в режиме передачи), а также не позволяет достичь значений предельной чувствительности антенны, кратных количеству элементов (в режиме приема).

Прототип устройства для управления лучом описан в диссертации Пластикова Андрея Николаевича на соискание ученой степени кандидата технических наук «Проектирование многолучевых офсетных двухзеркальных антенн с однокоординатным и двухкоординатным сканированием». Описываемая антенна представляет собой многолучевую офсетную двухзеркальную антенну на основе схемы Кассегрена с вогнутым гиперболическим контррефлектором, при этом каждый луч вторичного поля излучения формируется отдельным излучателем антенной решетки.

Недостатком известного устройства является формирование лучей диаграммы направленности путем включения отдельных излучателей облучающей антенной решетки и одновременного отключения остальных излучателей, что не позволяет сформировать на выходе антенны сигнал, значение мощности которого будет равно или, по крайней мере, близко к сумме значений мощности всех излучателей (в режиме передачи), а также не позволяет достичь значений предельной чувствительности антенны, кратных количеству элементов (в режиме приема).

Целью изобретения является повышение значения мощности сигнала, излучаемого гибридной офсетной двухзеркальной антенной с электронным управлением лучом (в режиме передачи), и повышение значения предельной чувствительности гибридной офсетной двухзеркальной антенны с электронным управлением лучом (в режиме приема).

Указанная цель достигается тем, что формирование лучей диаграммы направленности гибридной офсетной двухзеркальной антенны с электронным управлением лучом происходит за счет фокусировки сигнала, излучаемого (принимаемого) приемо-передающей управляемой антенной решеткой, на поверхности эллиптического вторичного зеркала, отражения в сторону параболического рефлектора и последующего излучения в свободное пространство. При этом управление направлением излучения антенной системы осуществляется путем изменения положения точки фокусировки излучения от приемо-передающей управляемой антенной решетки на поверхности эллиптического контррефлектора.

Устройство гибридной офсетной двухзеркальной антенны показано на фиг. 1. Эллиптический контррефлектор 2, представляющий собой неосесимметричную вырезку из эллипсоида вращения 3 с большой F_e1 и малой F_e2 осями, находится в области фокуса параболического рефлектора 4, представляющего собой неосесимметричную вырезку из параболоида вращения 5. Первый фокус эллипсоида вращения Ф₁ расположен в геометрическом центре приемо-передающей управляемой антенной решетки 1, а второй фокус эллипсоида вращения Ф₂ - в точке пересечения поверхности параболического рефлектора 4 и большой оси эллипса F_e1, что обеспечивает корректное последовательное отражение сигнала, излученного антенной решеткой, от эллиптического контррефлектора и затем от параболического рефлектора (в режиме передачи; в режиме приема отражение сигнала происходит в обратном порядке). Фазовое распределение поля приемо-передающей управляемой антенной решетки обеспечивает фокусировку излучения управляемой антенной решетки на поверхности эллиптического контррефлектора, при этом управление направлением излучения гибридной офсетной двухзеркальной антенной системы осуществляется в двух ортогональных плоскостях путем изменения положения точки фокусировки излучения от приемо-передающей управляемой антенной решетки на поверхности эллиптического контррефлектора. Так как эллиптический контррефлектор находится в области фокуса параболического рефлектора, то изменение положения точки фокусировки сигнала от антенной решетки на поверхности эллиптического контррефлектора эквивалентно выносу источника излучения в сторону от фокуса параболического рефлектора. Таким образом, изменение положения точки фокусировки сигнала от антенной решетки на поверхности эллиптического контррефлектора приводит к изменению угла отклонения направления результирующего сигнала на выходе антенной системы. Чем ближе к краю эллиптического контррефлектора находится точка фокусировки сигнала от управляемой антенной решетки, тем выше значение угла отклонения направления результирующего сигнала на выходе антенной системы относительно фокальной оси параболического рефлектора.

Способ управления лучом в описываемой гибридной двухзеркальной антенной системы проиллюстрирован на фиг. 2 и фиг. 3, и реализуется следующим образом (описание приведено для режима передачи).

Приемо-передающая управляемая антенная решетка 1 (фиг. 2, фиг. 3) излучает в сторону эллиптического контррефлектора 2 сигнал, фокусирующийся на поверхности эллиптического контррефлектора. Сигнал (поток излучения) управляемой антенной решетки обозначен как G₀. Сигнал управляемой антенной решетки отражается от поверхности эллиптического контррефлектора, в процессе дальнейшего распространения попадает на параболический рефлектор 3 и отражается от его поверхности, что приводит к формированию результирующего сигнала на выходе антенной системы (результирующий сигнал обозначен как G_AS, направление распространения сигнала обозначено стрелкой). Так как эллиптический контррефлектор находится в области фокуса параболического рефлектора, то изменение положения точки фокусировки (Ф₁ на фиг. 2, Ф₂ на фиг. 3) сигнала от антенной решетки на поверхности эллиптического контррефлектора эквивалентно выносу источника излучения в сторону от фокуса параболического рефлектора. Таким образом, изменение положения точки фокусировки сигнала от антенной решетки на поверхности эллиптического контррефлектора приводит к изменению угла отклонения (γ₁ на фиг. 2, γ₂ на фиг. 3) направления результирующего сигнала на выходе антенной системы относительно фокальной оси параболического рефлектора (линия, параллельная фокальной оси параболического рефлектора, показана в виде пунктирной линии). Чем ближе к краю эллиптического контррефлектора (т.е. чем дальше от точки фокуса параболического рефлектора) находится точка фокусировки сигнала от управляемой антенной решетки, тем выше значение угла отклонения направления результирующего сигнала на выходе антенной системы относительно фокальной оси параболического рефлектора.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике радиолокации и радиосвязи, и применяется в радиолокаторах с синтезированной апертурой и иных устройствах, излучающих и принимающих электромагнитные волны с линейной или круговой поляризацией поля. Технический результат - повышение значения мощности и предельной чувствительности антенны, сконструированной из неподвижных частей. Результат достигается тем, что в гибридной двухзеркальной антенной системе в формировании луча одновременно участвуют все элементы антенной решетки, луч, формируемый антенной решеткой, фокусируется на поверхности эллиптического контррефлектора, а управление лучом осуществляется путем изменения положения точки фокусировки излучения от приемо-передающей управляемой антенной решетки на поверхности контррефлектора. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления лучом в гибридной двухзеркальной антенной системе, отличающийся тем, что в формировании луча одновременно участвуют все элементы антенной решетки, луч, формируемый антенной решеткой, фокусируется на поверхности эллиптического контррефлектора, а управление лучом осуществляется путем изменения положения точки фокусировки излучения от приемо-передающей управляемой антенной решетки на поверхности контррефлектора.

2. Устройство для осуществления управления лучом, отличающееся тем, что контррефлектор расположен в области фокуса параболического рефлектора и выполнен в виде неосесимметричной вырезки из эллипсоида вращения, один из фокусов которого расположен в точке пересечения поверхности параболического рефлектора и большой оси эллипсоида вращения, второй фокус - в геометрическом центре фокусирующей приемо-передающей управляемой антенной решетки, а точка фокусировки излучения фокусирующей приемо-передающей управляемой антенной решетки расположена на поверхности эллиптического контррефлектора.