Фазированная антенная решетка Советский патент 1992 года по МПК H01Q3/26 

Т

вхоЗ

фиг 2

О-О б 7

4ZMZH

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных системах,

Цель изобретения - уменьшение эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) фазированных антенных решеток (ФАР) и улучшение согласования излучателей при работе ФАР на прием и передачу, а также улучшение согласования излучателей в полосе рабочих частот в режиме передачи при сохранении низкого уровня ЭПР вне рабочей полосы частот.

На фиг, 1 представлена ФАР с уменьшенной ЭПР; на фиг. 2 - то же, при работе , антенны на прием и с согласованием излучателей в широком секторе углов сканирования; на фиг. 3 - ФАР с улучшенным согласованием излучателей в полосе рабочих частот передачи при сохранении низкого уровня ЭПР вне полосы рабочих частот передачи; на фиг. 4 - схема двунаправленного усилителя.

ФАР (фиг, 1) состоит из излучателей 1 и схемы 2 фазирования и распределения мощности. Между излучателями 1 и выходами схемы 2 фазирования и распределения мощности включены направленные ответ- вители 3, первые свободные входы которых, ответвляющие часть распространяющейся от излучателей мощности, соединены с выходами ДОС 4. Вторые свободные входы, ответвляющие часть распространяющейся к излучателям мощности, соединены с согласованными нагрузками 5. Пары сопряженных входов ДОС 4 соединены через двунаправленные усилители 6 и фазовращатели 7 отрезками фидерного тракта равной электрической длины.

(фиг. 2) состоит из излучателей 1, соединенных с выходами схемы 2 фазирования и распределения мощности через направленные ответвители 3. Первый и второй свободные входы направленных ответвите- лей 3 соединены с выходами ДОС 4 и согласованными нагрузками 5 через коммутатор 8, а третий выход коммутаторов 8 нагружен на согласованную нагрузку 9, пары сопряженных входов ДОС 4 соединены через дву- направленные усилители 6 и фазовращатели 7.

ФАР (фиг. 3) состоит из излучателей 1, соединенных с выходами схемы 2 фазирования и распределения через направленные ответвители 3, первые свободные входы ко торых соединены с первыми входами У-цир- куляторов 10V вторые входы которых через полосно-заграждающие фильтры 11 соединены с входами ДОС 4, пары сопряженных входов которой через двунаправленные усилители б м фазовращатели 7 соединены

отрезками фидердного тракта равной электрической длины, а третьи входы Y-циркуля- торов 10 соединены через полосно- пропускные фильтры 12 с согласованными нагрузками 9, вторые свободные входы направленных ответвителей 3 соединены с первыми входами Y- циркуляторов 13, втирые входы которых через полосно- пропускающие фильтры 14 соединены с выходами ДОС 15, пары сопряженных входов которой через двунаправленные усилители 15 и фазовращатели 17 соединены отрезками фидерного тракта равной электрической дгчны, а третьи входы Y-циркуляторов 13,

через полосно-заградительные фильтры соединены с согласованными нагрузками 5.

ФАР (фиг. 1) работает следующим образом.

Максимум диаграммы направленности

(ДН) рассеянного поля при приходе плоской волны из направления во совпадает с максимумом ДН антенной решетки на передачу в на правлении (-в о). Для компенсации этого

поля в пределах главного максимума необходимо сформировать ДН в направлении (- во в противофазе с рассеянным полем. Пусть на антенную решеткуиз направления О о, соответствующего одному из ортотональных лучей ДОС, падает плоская волна, Часть мощности падающей волны отражается от излучателей 1 и образует рассеянное поле Ер Остальная часть мощности проходит в фидерный тракт. Большая часть этой

мощности поступает на схему 2 фазирования и распределения мощности Остальная часть этой мощности через направленные ответвители 3 попадает на входы ДОС 4 и складывается на одном из ее входов, номер

которого определяется направлением прихода плоской волны. Для компенсации поля Ер мощность, поступившая на вход ДОС 4, подается на сопряженный вход, соответствующий ДН с максимумом в направлении (в о). Амплитуда и фаза ДН, необходимые для компенсации, определяются коэффициентом усиления двунаправленного усилителя 6 и фазовращателем 7. Если Ер скомпенси- ровано в N направлениях, соответствующих

ортогональным лучам ДОС, то, следовательно, это поле компенсируется во всех направлениях. Это происходит потому, что плоскую волну, пришедшую из произвольного направления, РЛОЖНО представить в виде суперпозиции N ортогональных волн, для которых Ер скомпенсировано. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает уменьшение рассеянного поля, что

соответствует уменьшению двухпозицион- ной ЭПР.

ФАР (фиг. 2) работает следующим образом.

В режиме работы антенны на прием положение коммутаторов 8 1акоао, что первые входы направленных ответвителей 3, ответвляющие часть распространяющейся от излучателей мощности, соединены с выходами ДОС 4, а вторые свободные входы соединены с согласованными нагрузками 5. В этом положении коммутаторов 8 предлагаемая антенна совпадает с ФАР, представленной на фиг. 1 и работает аналогичным образом, При работе антенны на передачу коммутаторы 8 соединяют первые свободные входы направленных ответвителей 3 с согласованными нагрузками 9, а вторые свободные входы - с выходами ДОС 4 В этом режиме часть мощности, прошедшей через ДОС 4, компенсирует волны, отраженные от излучателей 1 при возбуждении антенны со стороны фидерного тракта. Так как фазированная антенная решетка является взаимным устройством, то коэффициенты отражения излучателей при падении плоской волны из направления во и при формировании луча в этом же направлении совпадают Следовательно, если параметры усилителей таковы, что происходит компенсация рассеянного поля в широком секторе углов, то в этом же секторе будет происходит согласование излучателей при работе . антенны на передачу.

Принцип работы ФАР, представленной на фиг. 3. аналогичен предыдущим, В данной антенне полоса пропускания фильтров 12 и 14 и полоса заграждения фильтров 11 и 18 соответствует рабочей полосе частот передачи.

Пусть на антенную решетку падает плоская волна. Часть принятых электромагнитных колебаний, пройдя излучатели 1, ответвляется через направленные ответви- тели 3 и, пройдя Y-циркуляторы 10, поступает на вход полосно-заграждающих фильтров 11. Если частота принятых электромагнитных колебаний лежит вне рабочей полосы частот передачи, то эти колебания, пройдя ДОС 4 и Y-циркуляторов 10 поступают на вход полосно-пропускающего фильтра 12. Отразившись от него, электромагнитные колебания, пройдя Y-циркуляторы 10, направленные ответвители 3 и излучатели 1, компенсируют рассеянное поле. Если частота принятых электромагнитных колебаний лежит в рабочей полосе частот передачи, то эти колебания, пройдя излучатели 1, направленные ответвители 3 и Y-циркуляторы 10, отражаются от фильтров 11 и, пройдя Y-циркуляторы 10 и фильтры 12, поглощаются в согласованной нагрузке 5. Таким образом совокупность 5 Y-циркуляторов 10, полосно-заграждающих фильтров 11, полосно-пропускающих фильтров 12 и согласованных нагрузок 5 представляет собой частотно-избирательную 0 цепь, поглощающую электромагнитные колебания, лежащие в рабочей полосе,частот передачи антенны. Совокупность Y-цирку- ляторов 13, полосно-пропускающих фильтров 14, полосно-заграхдающихфильтров 18 5 и согласованных нагрузок 9, представляет собой частотно-избирательную цепь, согла- сукщую электромагнитные колебания с частотой, лежащей вне рабочей полосы частот передачи. Таким образом, при работе ан- 0 тенны на прием происходит гешение рассеянного поля электромагнитных колебаний с частотой, лежащей вне рабочей полосы частот передачи, и происходит согласование излучателей при работе антенны на переда- 5 чу

Двунаправленный усилитель, входящий в предлагаемую антенну,, может быть построен по известному принципу.или по схеме, приведенной на фиг 4, а ДОС должна 0 иметь равное числовходов и выходов Такая ДОС може быть ДОС Батлера или Бласса

Полоса частот, в которой компенсируется рассеянное поле, определяется широко- полосностью направленных ответвителей 3 5 и ДОС 4, При этом амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики усилителя 6 имеют вид, при котором происходит компенсация во всем частотной диапазоне.

Формула изобретения 0 1. Фазированная антенная решетка (ФАР), содержащая N излучателей и схему фазирования и распределения мощности, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения эффективной поверхности 5 рассеяния, введены первая диаграммообра- зующая схема (ДОС) на N входов и N выходов, W первых согласованных нагрузок и N направленных ответвителей, первое плечо каждого из которых соединено с входом со- 0 ответствующего излучателя, второе плечо соединено с соответствующим выходом схемы фазирования и распределения мощности третье плечо-с соответствующим выходом первой диаграммообразу - 5 ющей схемы соответствующие тары сопряженных входов которой соединены врез последовательно соединенные дополнительно введенные первые двунаправленные усилители и первые фазовращатели дополнительно введенными первыми отрезками фидерного тракта равной электрической длины, при этом четвертые плечи

направленных ответвителей соединены с соответствующими первыми согласованными нагрузками.

2.Решетка поп. 1,отличающаяся тем, что, с целью улучшения согласования излучателей при работе ФАР на прием и передачу, введены N вторых согласованных нагрузок и N управляемых коммутаторов, третье и четвертое плечи каждого направленного ответвителя соединены с соответ- ствующим входом ДОС и соответствующей первой согласованной нагрузкой через первый и второй выходы соответствующего управляемого коммутатора соответственно, третий выход которого соединен с соответ- ствующей второй согласованной нагрузкой.

3.Решетка по п. 1,отличающаяся тем, что, с целью улучшения согласования излучателей в полосе рабочих частот в режиме передачи при сохранении низкого уров- ня эффективной поверхности рассеяния вне рабочей полосы частот, введены N вторых согласованных нагрузок, вторая ДОС, идентичная первой, соответствующие пары сопряженных входов которой соединены через последовательно соединенные дополнительные вторые двунаправленные усилители и вторые фазовращатели дополнительными вторыми отрезками фидерного тракта равной электрической длины, и N частотно-избирательных звеньев, при этом

третье и четвертое плечи каждого направленного ответвителя соединены с соответствующей первой согласованной нагрузкой через первый и второй выходы соответствующего частотно-избирательного звена соот- ветственно, третий выход которого соединен с соответствующим выходом второй ДОС, а четвертый выход - с соответствующей второй согласованной нагрузкой, i причем каждое частотно-избирательное звено содержит первый и второй Y-циркуля- тор, первый и второй полосно-заграждаю- |щий фильтр, первый и второй inoiocHO-пропускающий фильтр, при этом первые плечи первого и второго Y-циркуля- тора являются входами частотно-избирательного звена, второе и третье плечи первого Y-циркулятора соединены соответственно с входом первого частотно-пропускающего фильтра и входом первого частотно-заграждающего фильтра, а второе и третье плечи второго Y-циркулятора соединены соответственно с входом второго частотно-заграждающего фильтра и входом частотно-пропускающего фильтра, причем первым и вторым, третьим и четвертым выходами частотно-избирательного звена являются соответственно выход второго и первого частотно-заграждающих фильтров и выход первого и второго частотно-пропускающих фильтров.

Использование: в радиолокационных системах для уменьшения эффективной поверхности рассеяния антенны Сущность изобретения фазированная антенная решетка (ФАР) содержит N излучателей 1, соединенных через соответствующие плечи направленных ответвителей 3 с выходами схемы фазирований и распределения мощности 2 и с выходами первой диаграммооб- разующей схемы (ДОС) 4, сопряженные пары входов которой соединены через первые двунаправленные усилители 6 и первые фазовращатели 7 с первыми отрезками фидерного тракта равной электрической длины. Для улучшения согласования излучателей 1 при работе ФАР на прием и передачу соответствующие плечи направленных ответвителей 3 соединены с выходами первой ДОС 4 через управляемые коммутаторы. Для улучшения согласования1 излучателей 1 в полосе рабочих частот передачи соответствующие плечи направленных ответвителей 3 соединены с выходами первой и второй ДОС через частотно-избирательное звено. 2 з.п. ф-лы, 4 ил (Л С

фиг i

V

/

I

8xoa

V

/

LL

17 17

/5

/./

п

42 N3

I

(PuaJ

Mffy/7