Облучающее устройство апертурной антенны для конического моноимпульсного метода пеленгации Советский патент 1992 года по МПК H01Q25/02 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных станциях, в системах космической связи, в радиоастрономии.

Известно облучающее устройство с коническим рупором, имеющим ровную вяут- реннюю повеохность, и возбудителями двух ортогональных волн Н21.

Недостатком этого облучающего устройства является то, что оно не обеспечивает создания в раскрыве апертурной антенны, оптимальных амплитудных характеристик и, как следствие, антенна имеет пониженные, коэффициенты усиления по суммарной и разностной диаграммам направленности (ЦП), пониженную крутизну пеленгационной характеристики, повышенный уровень боковых лепестков, невозможность хорошей компенсации бокового лепестка суммарной ДН независимо от его углового положения.

Цель изобретения - увеличение усиления суммарной 11 разностной ДН, увеличение крутизны пеленгационной хара:.гери- стики, снижение уровня боковых лепестков, компенсация независимо от углового положения выбранного бокового лепестка суммарной ДН антенны, в которой используется облучающее устройство.

Указанная цель достигается тем, что в облучающее устройство, содержащее конический рупор, два возбудителя разностных типов волн, возбудитель суммарного типа волны, введены радиальные клинообразные ребра, расположенные на внутренней поверхности конического рупора, высота которых в плоскости раскрыва рупора составляет 0,15-0,25 диаметра раскрыва, первый возбудитель разностного типа волн выполненный в виде круглого волновода диаметром 1,,34А с четырьмя продольными прямоугольными отверстиями на его боковой поверхности, центры которых расположены в одном сечении через 90°, с четырьмя прямоугольными волноводами, отходящими от этих отверстий, с попарно

Х|

О Ю

XS

соединенными первым и вторым тройниками соседними волноводами, Е-плечи которых соединены третьим тройником, Е-плечо которого соединено с первым боковым плечом четвертого тройника, второй возбуди- тель разностного типа волны, выполненный в виде круглого волновода диаметра 0,77 ,22A с двумя поперечными прямоугольными отверстиями на его боковой поверхности, центры которых расположены в одном сечении через 180°, с двумя прямоугольными волноводами, отходящими от этих отверстий, которые соединены пятым тройником, Н-плечо которого соединено с вторым боковым плечом четвертого тройни- ка, возбудитель суммарного канала, выполненный в виде круглого волновода диаметром 0.59Я Я с фазовращающей секцией или без нее и одного или двух ортогональных прямоугольных волноводов, сое- диненных с круглым волноводом, причем конический рупор, первый возбудитель разностного типа волны, второй возбудитель разностного типа волны, возбудитель суммарного канала соединены последователь- но и соосно.

На фиг. 1 представлено предлагаемое облучающее устройство, общий вид; на фиг. 2 - возбудитель двух ортогональных суммарных волн Нц; на фиг.З - графики, пояс- няющие работу устройства.

Облучающее устройство содержит конический рупор 1, два возбудителя разностных типов волн - первого возбудителя волны Hoi 2, второго возбудителя волны Eoi 3, фазосдвигающую секцию 4, возбудитель суммарной волны Нц 5 и тройник, объединяющий разностные каналы 6.

Принцип работы облучающего устройства заключается в следующем: на раскрыв конического рупора облучающего устройства падает приходящая от апертуры антенны электромагнитная волна и возбуждает в нем широкий спектр различных типов во/ш, из которого возбудителями разностных типов волн извлекаются осесимметричные волны Hoi и Eoi. которые затем после необходимой фазировки, обеспечивающей сдвиг фазы между ними 90°, объединяются в один разностный канал; возбудителем суммарного типа извлекается одна или две ортогональные волны Нц. Фазосдвигающая секция является необходимой частью конструкции облучающего устройства, если суммарный сигнал имеет круговую поляризацию; если облучающее устройство должно принимать сигнал линейной поляризации, она отсутствует. Конструкция предложенного облучающего устройства позволяет сформировать

осесимметричные суммарную и разностные ДН, обеспечить оптимальное освещение апертуры антенны и тем самым получить для нее оптимальные характеристики.

Приведем сравнительный анализ облучающего устройства с волнами Н21 и предлагаемого изобретения.

Соотношения для расчета ДН волны Нз1 именэт следующий вид:

( О, р) -To+F2( в, р) 14,(1)

где Е - вектор электрического поля;

Fi(0,p)Fi(U)sln2p;(2)

F2( 0,vP)F2(U)cos2p;(з)

Fl(u) YkiH);(4)

с ( Ya1 (У) F2(u)-У1 VTTFZ

,(5)

ЧЗДШ

где Y2(U) - функция Бесселя первого рода, второго порядка,

и

kd Г . 1п

sm0

А-длина волны;

d - диаметр раскрыва рупора;

в,(р - угловые координаты точки наблюдения.

На фиг.З представлены рассчитанные с помощью соотношений (1), (2) ДН Ft(U), F2(U).

Из фиг.З видно, что ДН, формируемые волной Н21 не могут обеспечить одновременное освещение апертуры антенны по обоим компонентам электрического поля. Это приводит к недостаткам, указанным выше.

Отдельно рассмотрим вопрос компен- сации выбранного бокового лепестка суммарной ДН. Существуют схемы такой компенсации, которые реализуются за счет передачи части сигнала, принимаемого разностной ДН в суммарный канал. Фаза и амплитуда сигнала регулируются до наиболее полной компенсации суммарного сигнала, принимаемого боковым лепестком суммарной ДН. Из соотношений (2), (3) видно, что ДН облучателя с волной Н21 не имеет осевой симметрии, не будет иметь ее и разностная ДН антенны, в которой он используется. Это означает, что будут существовать угловые секторы, в которых сигнал, принимаемый разностной ДН будет существенно ниже, и хорошую компенсацию бокового лепестка суммарной ДН осуществить не удается. Указанные недостатки подтверждены расчетами. Соотношения для расчета ДН апертурной антенны с облучающим устройством рассмотренного типа громоздки и поэтому не приводятся.

Соотношения для расчета ДН волн Еоч, HOI имеют следующий вид

для EOI: (и) 1#

.&.

для HOI: (U) Лр,

U (U) .

(6)

F4(U)

-( ° V2

1 чяз

(7)

ДНРз, F4 для одного и того же раскрыва рупора имеют различную ширину.

Применение рупора с расположенными на его внутренней поверхности радиальными клинообразными ребрами (фиг.1) позволило уменьшить эффективный размер раскрыва для волны EOL практически не изменить для Hoi и, как следствие, добиться совпадения этих ДН, Проведенные расчеты показали, что высота ребер должна находиться в пределах 0,15-0,25 диаметра раскрыва рупора. Одновременно применение таких ребер позволяет получить одинаковые ДН для двух компонент электрического поля волны Нц, что позволяет увеличить усиление суммарной ДН апертурной антенны и снизить ее боковые лепестки.

Соотношения для расчета ДН обоих компонент электрического поля волны Ни имеют следующий Јид:

(U)sin p №(U)cos p , (8)

F5(u)

РЦ

F6(U)

Использование указанных осесиммет- ричных типов волн в облучателе и радиальных ребер в раскрыве рупора позволяет получить оптимальное освещение апертуры антенны, осесимметричную разностную ДН, повысить коэффициент усиления, понизить уровень боковых лепестков и обеспечить возможность компенсации выбранного лепестка суммарной ДН.

Соотношение для расчета разностной ДН антенны имеет следующий вид

F(U)(1-«) (U)+§ (U), (11)

где а - коэффициент, определяющий уровень мощности на краю апертуры антенны,

А(

nl-2n

15

Крутизна пеленгационной характеристики антенны рассчитывается по следующей формуле

5

rmax - где Fmax - максимальная величина F(U);

h&- коэффициент использования апертуры антенны для разностной Д.Н.;

f|z- коэффициент использования аперту- ры антенны для суммарной Д.Н.

Проведенные расчеты показали, что изобретение позволяет увеличить: Усиление суммарной ДН . Усиление разностной ДН на 22%. Крутизну пеленгационной характеристики .

Снизить уровень боковых лепестков на 2дб.

пп

и Формула изобретения

Облучающее устройство апертурной антенны для конического моноимпульсного метода пеленгации, содержащее конический рупор, два возбудителя разностных пов волн, возбудитель суммарного типа волны отличающееся тем, что, с целью увеличения усиления суммарной и разностной диаграмм направленности, увеличения крутизны пеленгационной характеристики, снижения уровня боковых лепестков, компенсации независимо от углового положения выбранного бокового лепестка суммарной диаграммы направленности антенны, введены радиальные клинообразные

35 ребра, расположенные на внутренней поверхности конического рупора, высота кото- рых в плоскости раскрыва рупора составляет 0,15-0,25 диаметра раскрыва, первый возбудитель разностного типа волны выполненный в виде круглого волновода диаметром 1,,34Ac четырьмя продольными прямоугольными отверстиями на его боковой поверхности, центры которых расположены в одном сечении через 90°, с четырьмя прямоугольными волноводами, отходящими от этих отверстий, с попарно соединенными первым и вторым тройниками соседними волноводами, Е-плечи которых соединены третьим тройником, Е-плечо

° которого соединено с первым боковым плечом четвертого тройника, второй возбудитель разностного тигга волны, выполненный в виде круглого волновода диаметра 0.77 . ,22A с двумя поперечными прямо° угольными отверстиями на его боковой поверхности, центры которых расположены в одном сечении через 180°, с двумя прямоугольными волноводами, отходящими от этих отверстий, которые соединены пятым

30

40

45

тройником, Н-плечо которого соединено с вторым боковым плечом четвертого тройника, возбудитель суммарного канала, выполненный в виде круглого волновода диаметром 0.59А бз А с фазосдвигающей секцией и одного или двух ортогональных

прямоугольных волноводов, соединенных с круглым волноводом, причем конический рупор, первый возбудитель разностного типа волны, второй возбудитель разностного типа волны, возбудитель суммарного канала соединены последовательно и соосно.

Изобретение относится к антеннам . Цель изобретения-увеличение усиления суммарной и разностной диаграмм направленности, увеличение крутизны пеленгационной характеристики, снижение уровня боковых лепестков, компенсация независимо от углового положения выбранного бокового лепестка суммарной диаграммы направленности антенны -достигается введением радиальных клинообразных ребер в коническом рупоре и диаграммо-образую- щей схемы из Пяти еолноводвых тройников. Зил.

Фиг

Фиг.2

70-60-Я 40-Я-20-Ю О 70 20 50 40 50

Фие.З

эксперимент, расчетная

60 70 в,рад