ВОЛНОВОДНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ ФАР С ОПТИМИЗИРОВАННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в волноводной СВЧ антенной технике в составе фазированных антенных решеток.
Известен многоканальный делитель с использованием направленных ответвителей на скрещенных волноводах [см. патент США №3518576, НКИ 333-10 от 30.06.70 г., авт. J.A. Algeo], состоящий из N направленных ответвителей, объединенных прямоугольным магистральным волноводом, и имеющий N ответвленных волноводных каналов, расположенных со стороны одной из широких стенок магистрального волновода и ориентированных под углом 90° к оси магистрального волновода.
Существенным недостатком этого технического решения является ограничение по возможному сектору однолучевого сканирования в составе ФАР из-за большого шага расположения ответвленных каналов, расположенных только с одной стороны магистрального волновода.
Известны полосковые многоканальные делители [см. «Разработка полосковых многоканальных делителей», авт. А.И. Синани, В.М. Кузьменков, В.И. Лапшин и др., «Антенны», вып. 9 (136), 2008 г.]. Рассмотренные многоканальные делители имеют существенный недостаток - малый КПД по сравнению с вол ново дными многоканальными делителями.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству является «Волноводный распределитель для фазированной антенной решетки с оптимизированными характеристиками излучения» [RU H01Q 3/26, H01P 5/18 2330357 C1, опубл. 27.07.2008 г.], состоящий из основного и дополнительного линейных делителей, каждый из которых выполнен из направленных ответвителей (НО), объединенных соответственно первым и вторым магистральными волноводами, причем ответвленные каналы НО ориентированы под углом 90°-φ к своему магистральному волноводу, а ответвленные каналы соответствующих НО основного и дополнительного линейных делителей соединены между собой фазосдвигающими элементами, при этом магистральные волноводы выполнены одинакового трапецеидального сечения, а ответвленные каналы одинакового сечения, находящиеся с двух сторон первого магистрального волновода и имеющие с ним общие участки широких стенок с элементами связи в них, проходят над и под вторым магистральным волноводом так, что после 180° разворота в Е-плоскости они примыкают к широким стенкам второго магистрального волновода и имеют с ним общие участки стенок с элементами связи в них, причем в каждый ответвленный канал НО, на участке между элементами связи НО и 180° разворотом в Е-плоскости установлены диэлектрические вкладыши.
Основными недостатками приведенного технического решения являются:
- большие габаритные размеры и масса;
- сложность конструкции с двусторонним расположением ответвленных каналов на магистральном волноводе и сложная технология изготовления, включающая пайку в солях многослойной тонкостенной конструкции, что в совокупности приводит к недостаточной стабильности электрических характеристик волноводного распределителя.
Техническая сущность предлагаемого конструктивного решения заключается в том, что волноводный распределитель для ФАР с оптимизированными характеристиками излучения состоит из основного и дополнительного линейных делителей, каждый из которых выполнен из НО, объединенных, соответственно, первым и вторым магистральными волноводами, а ответвленные каналы НО ориентированы под углом 90°-φ°, где φ°=0÷20°, к своему магистральному волноводу, причем соответствующие ответвленные каналы НО основного и дополнительного линейных делителей соединены между собой фазосдвигающими элементами с использованием разворотов соединяемых волноводов на 180° в Е-плоскости, при этом ответвленные каналы основного линейного делителя имеют общие участки широких стенок с элементами связи в них с первым магистральным волноводом, а ответвленные каналы дополнительного линейного делителя имеют общие участки широких стенок с элементами связи со вторым магистральным волноводом, а в конце каждого из ответвленных каналов НО, объединенных вторым магистральным волноводом, установлена согласованная нагрузка.
ш
Новым в предлагаемом конструктивном решении является то, что в волноводном распределителе для ФАР с оптимизированными характеристиками, выполненном на основе прямоугольных волноводов, имеющих широкие и узкие стенки, ответвленные каналы НО основного и дополнительного линейных делителей выполнены в двух прилегающих друг к другу фольгированными слоями пластинах из фольгированного диэлектрика, при этом в фольгированных слоях на не прилегающих друг к другу сторонах этих пластин выполнены элементы связи, соответственно, с первым и вторым магистральными волноводами, расположенными в разных уровнях, причем фазосдвигающие элементы в соединяемых 180° разворотами ответвленных каналах направленных ответвителей основного и дополнительного линейных делителей образованы участками этих каналов разной длины. При этом узкие стенки волноводных каналов выполнены в виде рядов отверстий малого диаметра (d<0,03λ) с металлизированными стенками, расположенными с малым шагом (l<0,06λ) и соединяющими слои фольги на разных стенках диэлектрической пластины. Элементы связи выполнены в виде удаленных участков фольгированного слоя, выполняющего функцию общей широкой стенки волноводов направленных ответвителей.
Задачей волноводного распределителя для ФАР с оптимизированными характеристиками излучения является улучшение его радиотехнических характеристик при снижении его габаритов.
Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении стабильности его характеристик, упрощении конструкции и технологии изготовления.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение разреза волноводного распределителя.
На фиг. 2 приведены рассчитанные по экспериментальным амплитудно-фазовым распределениям суммарная и разностная диаграммы направленности ФАР с оптимизированными волноводным распределителем, выполненным в соответствии с предлагаемым решением.
Волноводный распределитель для ФАР с оптимизированными характеристиками излучения состоит из основного делителя 1, выполненного из направленных ответвителей (НО) 2, состоящих из ответвленных каналов 3 с элементами связи 4, объединенных магистральным волноводом 5, и дополнительного делителя 6, выполненного из направленных ответвителей 7, состоящих, в свою очередь, из ответвленных каналов 8 с элементами связи 9, объединенных магистральным волноводом 10. Ответвленные каналы 3 и 8 в каждом канале прилегают друг к другу широкими стенками и имеют различную длину до соединяющего эти ответвленные каналы 180° разворота в Е-плоскости 11, при этом различная длина до 180° разворота в Е-плоскости 11 в каждом канале определена из условия обеспечения заданных фазовых соотношений между сигналами основного и дополнительного делителей в каждом канале. В ответвленных каналах 8 установлены согласованные нагрузки 12.
Предлагаемый волноводный распределитель может быть выполнен в виде сборной конструкции, состоящей из двух, прилегающих друг к другу фольгированными слоями пластин из фольгированного диэлектрика, в которых выполнены ряды близкорасположенных отверстий малого диаметра с металлизированными стенками 13, соединяющими слои фольги и формирующими узкие стенки ответвленных волноводных каналов. Магистральные волноводы выполнены в виде полых П-образных скоб, прикрепляемых механически при помощи винтов и контактных прокладок к пластинам из фольгированного диэлектрика, в которых выполнены ответвленные каналы. Широкими стенками магистральных волноводов при этом являются участки фольгированных слоев, находящиеся внутри П-образных скоб. В этих участках фольгированных слоев выполнены элементы связи.
Работает волноводный распределитель следующим образом:
- в режиме «на передачу» сигнал от передатчика через элементы волноводного тракта поступает на вход основного делителя 1 и далее, распространяясь по магистральному волноводу 5, последовательно ответвляется в ответвленные каналы 3 направленных ответвителей 2, обеспечивая в результате формирование на выходах ответвленных каналов 3 заданного амплитудного распределения;
- в режиме «на прием» сигнал от раскрыва антенны через ряд функциональных элементов ФАР (фазовращатели, элементы волноводной распределительной системы и др.) поступает на выходы ответвленных каналов 3 направленных ответвителей 2, далее частично или полностью (в зависимости от соотношения направлений излученного и принятого сигналов) переходит или только в магистральный волновод 5 основного делителя или распределяется между магистральными волноводами 5 и 10 основного и дополнительного линейных делителей, что в результате после суммирования сигналов от входов магистральных волноводов 5 и 10 обеспечивает улучшение разностной ДН в плоскости расположения волноводного распределителя.
Сокращение габаритных размеров и массы волноводного распределителя получено за счет применения для формирования ответвленных каналов вместо объемных пустотелых волноводов пластин из фольгированного диэлектрика, а также за счет уменьшения размера широких стенок ответвленных каналов за счет наличия диэлектрика и, соответственно, возможности размещения ответвленных каналов с одной стороны магистральных волноводов. Размещение ответвленных каналов с одной стороны магистральных волноводов определяет и упрощение конструкции, при этом из конструкции исключаются разновысокие переходы для стыковки с другими узлами. Применение предлагаемого варианта устройства существенно меняет и упрощает технологию изготовления, и как следствие, точность изготовления предлагаемого волноводного распределителя для ФАР с оптимизированными характеристиками излучения и улучшение радиотехнических характеристиктик. Вариант конструкции прототипа выполнен по технологии пайки в солях, что связано с температурными деформациями и, соответственно, с обязательной рихтовкой после пайки, с использованием сложной и дорогостоящей оснастки.
Результаты практической реализации предложенного технического решения не вызывают сомнения, изготовлен и прошел испытания экспериментальный образец волноводного распределителя для ФАР с оптимизированными характеристиками. Испытания подтвердили возможность достижения заявленного технического эффекта.