Совмещенная четырехлучевая приёмо-передающая волноводно-щелевая антенна Российский патент 2024 года по МПК H01Q13/00 

Изобретение относится к авиационному приборостроению, в том числе к системам, реализующим измерение скорости и высоты с использованием радиоволн, может быть применено в доплеровских измерителях скорости, угла сноса и высоты, а также в доплеровских каналах радиолокационных систем (РЛС), в которых объединены функции измерения скорости и высоты (расстояния) с помощью одного и того же оборудования.

Аналогом предлагаемого изобретения является волноводно-щелевая антенная решетка, описанная в патенте № 2593914, опубл. 10.08.2016 г.

Особенностью заявленных волноводно-щелевых антенных решеток является то, что в общей схеме волноводно-щелевой антенной решетки в вертикальной плоскости фазовое распределение вычисляется методом перебора для кроссполяризационного излучения по критерию минимума максимального уровня кроссполяризационных лепестков, которое осуществляется раскладкой противофазных волноводных линеек, разворотом на 180° волноводно-коаксиальных переходов или вводится в фазовое сканирование луча на основной поляризации при наличии фазовращателей в схеме антенны.

Недостатком данного устройства является невозможность формирования им в пространстве нескольких симметричных лучей.

Прототип предлагаемого изобретения - четырехлучевая волноводно-щелевая антенна (патент № 170082, опубл. 09.04.1965 г.), которая содержит параллельные излучающие прямоугольные волноводы с нарезанными наклонными щелями по узкой стенке. Излучающие волноводы запитываются с торцов двумя прямоугольными многощелевыми волноводами, подключенными к 4 высокочастотным каналам. Антенна формирует в пространстве 4 независимых симметричных луча.

Недостатком антенны является невозможность формирования одновременной работы на приём и на передачу, вследствие чего при построении четырехлучевого доплеровского измерителя скорости и угла сноса (ДИСС) необходимо использовать две такие антенны, чтобы в каждый момент времени одна из них работала на передачу, а вторая - на приём. Это приводит к увеличению в 2 раза габаритов ДИСС и, как следствие, увеличению в 2 раза радиопрозрачного выреза в фюзеляже летательного аппарата. Это становится особенно критичным при размещении ДИСС на борту беспилотных летательных аппаратов.

Цель предлагаемого изобретения - совмещение в одном раскрыве двух четырехлучевых волноводно-щелевых антенн таким образом, что излучающие волноводы размещаются между принимающих, а каждая антенна формирует в пространстве 4 симметричных луча с совпадающими диаграммами направленности.

Техническим результатом заявленного устройства является обеспечение возможности уменьшения конструкции при одновременном сохранении ее технических характеристик.

Технический результат достигается тем, что в совмещенной четырехлучевой приёмо-передающей волноводно-щелевой антенне, содержащей излучающие волноводы с наклонными щелями по узкой стенке и два запитывающих многощелевых волновода, соединенных с торцами излучающих волноводов, между излучающими волноводами дополнительно введены принимающие волноводы с наклонными щелями по узкой стенке с волноводными углами 90°, при этом количество излучающих и принимающих волноводов совпадает, дополнительно введены два запитывающих волновода на приём, развернуты на 90° относительно запитывающих волноводов на передачу; торцы принимающих волноводов соединены с запитывающими волноводами на приём через волноводные углы 90°; принимающие и излучающие волноводы расположены компланарно друг другу.

Совмещенная четырехлучевая приёмо-передающая волноводно-щелевая антенна и ее составные части приведены на фиг. 1-3, где применены следующие обозначения:

Фиг. 1 - Внешний вид совмещенной четырехлучевой приёмо-передающей волноводно-щелевой антенны;

Фиг. 2 - Волноводный угол 90° в разрезе;

Фиг. 3 - Внешний вид принимающего (излучающего) волновода.

1 - излучающие волноводы;

2 - принимающие волноводы;

3 - наклонная щель излучающего волновода;

4 - наклонная щель принимающего волновода;

5 - запитывающий волновод на передачу;

6 - запитывающий волновод на приём;

7 - ламель;

8 - волноводный угол 90°;

9 - торец принимающего волновода;

10 - торец излучающего волновода;

Совмещенная четырехлучевая приёмо-передающая волноводно-щелевая антенна содержит излучающие волноводы 1 с наклонными щелями 3, принимающие волноводы 2 с наклонными щелями 4, запитывающие волноводы 5, работающие на передачу, запитывающие волноводы 6, работающие на приём, запитывающие волноводы 5, работающие на передачу, соединены с торцами 9 принимающих волноводов, запитывающие волноводы на приём соединены с торцами 10 излучающих волноводов через волноводные углы 90° 8. Для настройки развязки между приёмной и передающей системами используются ламели 7, их количество и расположение подбирается при настройке антенны.

Совмещенная четырехлучевая приёмо-передающая волноводно-щелевая антенна работает следующим образом.

СВЧ энергия подается на вход запитывающего волновода 5 на передачу через наклонные щели, нарезанные в узкой стенке запитывающего волновода 5, работающего на передачу, поступает в излучающие волноводы 1 через наклонные щели 3 излучающего волновода 1, нарезанные в узкой стенке излучающих волноводов, СВЧ энергия излучается в пространство. В зависимости от того, на какой из входов запитывающих волноводов на передачу подается СВЧ энергия, антенна формирует в пространстве один из четырех симметричных лучей на передачу. Принимающие волноводы 2 аналогичным образом формируют четыре симметричных луча на приём. СВЧ энергия, принятая принимающими волноводами 2, через волноводные углы 90° 8 поступает в запитывающий волновод 6, работающий на приём. Связь, аналогично передающей системе, осуществляется через наклонные щели, нарезанные в узкой стенке волноводов. Принятая СВЧ энергия поступает на соответствующий выход запитывающего волновода 6, работающего на приём. Диаграммы направленности передающей и приёмной системы совпадают таким образом, что из одного раскрыва антенна может одновременно работать на приём и на передачу.

Предлагаемая совмещенная четырехлучевая приёмо-передающая волноводно-щелевая антенна имеет возможность изменения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) развязки между приёмной и передающей системами в полосе частот ±100 МГц относительно несущей частоты f₀ при помощи ламелей в пределах от 30 до 55 дБ по модулю для каждого луча в отдельности, при этом основные характеристики антенны (коэффициент усиления, диаграмма направленности, уровень боковых лепестков) остаются без изменения.

Изобретение относится к авиационному приборостроению, в том числе к системам, реализующим измерение скорости и высоты с использованием радиоволн, и применяется в доплеровских измерителях скорости, угла сноса и высоты, а также в доплеровских каналах радиолокационных систем (РЛС), в которых объединены функции измерения скорости и высоты (расстояния) с помощью одного и того же оборудования. Технический результат - обеспечение возможности уменьшения конструкции при одновременном сохранении ее технических характеристик. Результат достигается тем, что в совмещенной четырехлучевой приёмо-передающей волноводно-щелевой антенне, содержащей излучающие волноводы с наклонными щелями по узкой стенке и два запитывающих многощелевых волновода, соединенных с торцами излучающих волноводов, между излучающими волноводами дополнительно введены принимающие волноводы с наклонными щелями по узкой стенке с волноводными углами 90°, при этом количество излучающих и принимающих волноводов совпадает, дополнительно введены два запитывающих волновода на приём, развернутые на 90° относительно запитывающих волноводов на передачу. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Совмещенная четырехлучевая приёмо-передающая волноводно-щелевая антенна, содержащая излучающие волноводы с наклонными щелями по узкой стенке и два запитывающих многощелевых волновода, соединенных с торцами излучающих волноводов, отличающаяся тем, что между излучающими волноводами дополнительно введены принимающие волноводы с наклонными щелями по узкой стенке с волноводными углами 90°, при этом количество излучающих и принимающих волноводов совпадает, дополнительно введены два запитывающих волновода на приём, развернутые на 90° относительно запитывающих волноводов на передачу.

2. Совмещенная четырехлучевая приёмо-передающая волноводно-щелевая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что торцы принимающих волноводов соединены с запитывающими волноводами на приём через волноводные углы 90°.

3. Совмещенная четырехлучевая приёмо-передающая волноводно-щелевая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что принимающие и излучающие волноводы расположены компланарно друг другу.