Моноимпульсная волноводная антенная решетка Российский патент 2024 года по МПК H01Q3/00 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах радиолокации, использующих моноимпульсный метод измерения угловых координат объектов.

При проектировании антенных решеток для систем радиолокации, использующих моноимпульсный метод измерения угловых координат объектов, для снижения инструментальной погрешности при пеленгации цели, необходимо обеспечить формирование симметричных пар диаграмм направленности (ДН) в каждой плоскости пеленгования (см. А.И. Леонов, К.И. Фомичев, Моноимпульсная радиолокация, М, Радио и связь, 1984, стр. 150-155). Отсутствие физической симметрии в конструкции распределительной системы антенного устройства (АУ) и неточность изготовления деталей и узлов приводят к появлению ассиметрии по амплитуде и фазе распределения поля в раскрыве АУ, и несоответствию ДН принципам пеленгования, что влечет ошибки пеленгования.

Из предшествующего уровня техники известна моноимпульсная антенна с частотным сканированием (патент на изобретение RU 2490760, МПК: H01Q 3/00, опубликован 20.08.2013), которая выбрана в качестве прототипа для заявляемого изобретения. Данная моноимпульсная антенна с частотным сканированием состоит из двух делителей мощности бегущей волны в виде волноводных змеек - короткой и длинной (выполняют функцию распределителей), запитанных от делителя на два - двойного Т-моста (выполняет функцию диаграммообразующего устройства), окон связей и из волноводно-щелевого полотна (линейки излучателей) с переменно-наклонными щелями на узких стенках линеек. Каждое окно связи на короткой змейке увеличивается в размере последовательно с первого нижнего окна связи до последнего на 1-2%, а на длинной змейке все окна связи остаются одинаковыми и равными размеру окна связи, расположенного в середине короткой змейки, а также увеличиваются углы наклона щелей от начала до середины линейки от 1° до 20°, а от середины до конца линейки углы наклона щелей остаются одинаковыми, что обеспечивает необходимое амплитудное распределение без оконечных нагрузок в змейках и линейках полотна с закоротками на концах линеек, находящихся на четвертьволновом расстоянии от последних щелей в линейках, выполненных в виде металлических пластин.

Недостатком данного изобретения является невозможность обеспечения необходимой глубины нуля и минимального различия уровней сигналов в максимумах ДН разностного канала, что снижает точность определения угловой координаты моноимпульсным методом, из-за:

- наличия фазовой ошибки, которая обусловлена неидентичностью фазо-частотных характеристик короткой линии задержки, нагруженной через ответвители на излучающие элементы и ненагруженного входного участка длинной линии задержки;

- неравноамплитудной запитки с помощью двойного Т-моста с коэффициентом деления 3 дБ двух половин схемы по причине дополнительных потерь, которые возникают на входном участке длинной линии задержки;

- отсутствия коррекции длин волноводных петель короткой и длинной линий задержки для компенсации зависимости фазы ответвителей мощности от величины переходного ослабления;

- наличия фазовой ошибки на крайних выходах короткой и длинной линий задержки вследствие исключения из их состава оконечных нагрузок.

Предлагаемое изобретение устраняет вышеуказанный недостаток и решает задачу создания высокоэффективных малогабаритных волноводных антенных решеток для моноимпульсных радиолокационных станций.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении точности определения угловых координат объектов за счет введения дополнительных узлов амплитудно-фазовой коррекции с целью получения требуемой симметрии поля возбуждения антенны, достижения необходимой глубины нуля и минимального различия уровней сигналов в максимумах ДН разностного канала во всем рабочем диапазоне частот.

Технический результат достигается тем, что моноимпульсная волноводная антенная решетка состоит из диаграммообразующего устройства, распределителей и подключенных к ним излучающих панелей, состоящих из линеек излучателей. При этом она отличается от прототипа тем, что в ее состав дополнительно введены узлы амплитудно-фазовой коррекции (УАФК), каждый из которых установлен соответственно между одним из выходов диаграммообразующего устройства и одним из распределителей антенной решетки. Причем каждый УАФК выполнен на основе волноводной трубы прямоугольного сечения с широкими и узкими стенками, и содержит регулируемый аттенюатор, в состав которого входят основной волновод, группа щелей связи, центр которых находится на оси симметрии широкой стенки основного волновода, а также волновод с установленными в его канале с торцевых сторон согласованными волноводными нагрузками, примыкающий к широкой стенке основного волновода со стороны расположения группы щелей связи с обеспечением прохождения в него высокочастотного сигнала из основного волновода, и регулировочные винты. Кроме этого УАФК имеет регулируемый фазовращатель, включающий в себя регулировочные винты, введенные внутрь основного волновода по оси симметрии его узкой стенки. При этом точность и диапазон регулировки величины амплитуды и фазового сдвига по входам УАФК должны обеспечивать получение требуемой симметрии поля возбуждения антенны, достижения необходимой глубины нуля й минимального различия уровней сигналов в максимумах диаграммы направленности разностного канала во всем рабочем диапазоне частот.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг.1 - структурная схема моноимпульсной волноводной антенной решетки на примере решетки с четырьмя излучающими панелями;

Фиг. 2 - общий вид узла амплитудно-фазовой коррекции;

Фиг. 3 - вид А фиг. 2;

Фиг. 4 - вид А фиг. 2 со срезанными стенками волноводов в местах расположения регулируемых аттенюатора и фазовращателя;

Фиг. 5 - график зависимости изменения величины фазового сдвига от длины одного регулировочного винта регулируемого фазовращателя.

Моноимпульсная волноводная антенная решетка (фиг. 1) включает в себя излучающие панели (ИП) 1, состоящие из линеек излучателей (ЛИ) 2, распределительную систему из распределителей (Р) 3 (выполненных, например, на основе волноводных делителей мощности) и узлы амплитудно-фазовой коррекции (УАФК) 4, а также диаграммообразующее устройство (ДОУ) 5 (выполненное, например, на основе гибридных волноводных мостов), содержащее суммарный вход (Σ), угломестный (ΔУМ) и азимутальный (ΔАз) разностные входы. При этом каждый из УАФК 4 установлен соответственно между одним из выходов ДОУ 5 и одним из распределителей 3 антенной решетки.

Конструкция вновь введенного УАФК 4 показана на фиг. 2-4. Каждый УАФК 4 выполнен на основе волноводной трубы прямоугольного сечения с широкими и узкими стенками. В состав УАФК 4 входят регулируемый аттенюатор (РА) 6 (фиг. 2) и регулируемый фазовращатель (РФ) 7 (фиг. 2). В заявляемом техническом решении посредством УАФК 4 реализована возможность настройки идентичности амплитудного распределения в раскрыве ИП 1 антенной решетки. Потребность в данной настройке вызвана тем, что для получения требуемой глубины нуля в ДН разностного канала необходима балансировка амплитуд сигналов, подаваемых на ИП 1, с точностью не хуже ±0,2 дБ. Для реализации данной задачи в моноимпульсной волноводной антенной решетке, в составе каждого УАФК 4, используется РА 6. РА 6 является взаимным четырехполюсником, то есть его коэффициенты передачи с одного входа на другой эквивалентны, (S₂₁=S₁₂). РА 6 обеспечивает плавную регулировку коэффициента передачи в пределах 0,1…2,5 дБ. В состав РА 6 входят основной волновод (ОВ) 8 (фиг. 2-4), группа щелей связи (ГЩС) 9 (фиг. 4), центр которых находится на оси симметрии широкой стенки ОВ 8, волновод (В) 10 (фиг. 2-4), примыкающий к широкой стенке ОВ 8 со стороны расположения ГЩС 9 с обеспечением прохождения в него высокочастотного сигнала из ОВ 8, согласованные. волноводные нагрузки (СВН) 11 и 12 (фиг. 4), установленные в канал волновода 10 с его торцевых сторон, и регулировочные винты (РВ) 13 (фиг. 2-3). При подаче высокочастотного сигнала на первый вход (Bx1) ОВ 8 часть энергии сигнала ответвляется посредством ГЩС 9 в канал волновода 10 и рассеивается в СВН 11. При подаче высокочастотного сигнала на второй вход (Вх2) ОВ 8 часть энергии сигнала ответвляется посредством ГЩС 9 в канал волновода 10 и рассеивается в СВН 12. Глубина погружения РВ 13 определяет величину ответвляемой из ОВ 8 энергии волны и соответственно ослабление сигнала регулируемым аттенюатором 6.

В УАФК 4 также реализована возможность настройки идентичности фазы сигналов, поступающих на входы ИП 1. Потребность в данной настройке вызвана тем, что для получения минимального различия уровней сигналов в максимумах ДН разностного канала во всем рабочем диапазоне частот и высокого КПД необходима балансировка фаз сигналов, подаваемых на ИП 1, с точностью не хуже ±0,5 градусов. Для реализации данной задачи в моноимпульсной волноводной антенной решетке, в составе каждого УАФК 4, используется РФ 7, который также является взаимным четырехполюсником (S₂₁=S₁₂). РФ 7 включает в себя регулировочные винты (РВ) 14 (фиг. 2-4), введенные внутрь основного волновода 8. РВ 14 являются реактивными элементами, вводимыми внутрь ОВ 8 с помощью резьбовых отверстий, выполненных в его узкой стенке. РВ 14 установлены строго по оси симметрии узкой стенки ОВ 8, а расстояние d (фиг. 4) между ними составляет:

d=3×(λ_в/8),

где d - расстояние между регулировочными винтами 14,

λ_в - длина волны в волноводе.

При этом длина волны в волноводе λ_в определяется по следующей формуле:

,

где λ - длина волны в свободном пространстве,

а - размер широкой стенки основного волновода 8 (фиг. 4).

Длина L, введеного внутрь ОВ 8 регулировочного винта 14, определяет величину фазового сдвига. График зависимости изменения величины фазового сдвига ϕ от длины L одного регулировочного винта представлен на фиг. 5. При изменении L в пределах от 0 до λ_в/8, величина фазового сдвига меняется от 0 до 2 градусов. РФ 7, состоящий из цепочки пяти РВ 14, обеспечивает плавную регулировку фазы сигнала в пределах от 0 до 10 градусов, при этом КСВН не превышает значения 1.1 при всех значениях фазового сдвига. При необходимости диапазон регулировки фазового сдвига можно увеличить путем увеличения количества РВ 14.

Таким образом, введенные в состав антенной решетки УАФК 4, связывающие ДОУ 5 и распределители 3, подключенные к ИП 1, позволяют произвести точную настройку амплитуды и фазы поля возбуждения антенной решетки и обеспечить формирование симметричных пар ДН в каждой плоскости пеленгования в моноимпульсном режиме. Применение в составе антенной решетки УАФК 4 позволяет существенно снизить требования к точности изготовления деталей распределительной системы моноимпульсной волноводной антенной решетки и уменьшить ее себестоимость.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах радиолокации, использующих моноимпульсный метод измерения угловых координат объектов. Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении точности определения угловых координат объектов за счет введения дополнительных узлов амплитудно-фазовой коррекции с целью получения требуемой симметрии поля возбуждения антенны, достижения необходимой глубины нуля и минимального различия уровней сигналов в максимумах ДН разностного канала во всем рабочем диапазоне частот. Технический результат достигается тем, что моноимпульсная волноводная антенная решетка состоит из диаграммообразующего устройства, распределителей и подключенных к ним излучающих панелей, состоящих из линеек излучателей. При этом она отличается от прототипа тем, что в ее состав дополнительно введены узлы амплитудно-фазовой коррекции (УАФК), каждый из которых установлен соответственно между одним из выходов диаграммообразующего устройства и одним из распределителей антенной решетки. Причем каждый УАФК выполнен на основе волноводной трубы прямоугольного сечения с широкими и узкими стенками, и содержит регулируемый аттенюатор, в состав которого входят основной волновод, группа щелей связи, центр которых находится на оси симметрии широкой стенки основного волновода, а также волновод с установленными в его канале с торцевых сторон согласованными волноводными нагрузками, примыкающий к широкой стенке основного волновода со стороны расположения группы щелей связи с обеспечением прохождения в него высокочастотного сигнала из основного волновода, и регулировочные винты. Кроме этого УАФК имеет регулируемый фазовращатель, включающий в себя регулировочные винты, введенные внутрь основного волновода по оси симметрии его узкой стенки. При этом точность и диапазон регулировки величины амплитуды и фазового сдвига по входам УАФК должны обеспечивать получение требуемой симметрии поля возбуждения антенны, достижения необходимой глубины нуля и минимального различия уровней сигналов в максимумах диаграммы направленности разностного канала во всем рабочем диапазоне частот. 5 ил.

Моноимпульсная волноводная антенная решетка, состоящая из диаграммообразующего устройства, распределителей и подключенных к ним излучающих панелей, состоящих из линеек излучателей, отличающаяся тем, что в ее состав дополнительно введены узлы амплитудно-фазовой коррекции (УАФК), каждый из которых установлен соответственно между одним из выходов диаграммообразующего устройства и одним из распределителей антенной решетки, при этом каждый УАФК выполнен на основе волноводной трубы прямоугольного сечения с широкими и узкими стенками, и содержит регулируемый аттенюатор, в состав которого входят основной волновод, группа щелей связи, центр которых находится на оси симметрии широкой стенки основного волновода, а также волновод с установленными в его канале с торцевых сторон согласованными волноводными нагрузками, примыкающий к широкой стенке основного волновода со стороны расположения группы щелей связи с обеспечением прохождения в него высокочастотного сигнала из основного волновода, и регулировочные винты, кроме этого УАФК имеет регулируемый фазовращатель, включающий в себя регулировочные винты, введенные внутрь основного волновода по оси симметрии его узкой стенки, при этом точность и диапазон регулировки величины амплитуды и фазового сдвига по входам УАФК должны обеспечивать получение требуемой симметрии поля возбуждения антенны, достижения необходимой глубины нуля и минимального различия уровней сигналов в максимумах диаграммы направленности разностного канала во всем рабочем диапазоне частот.