АНТЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

Полезная модель отнхится к радиотехнике и может использоваться в антенных системах СВЧ диапазона с ферритовыми фазовращателями дляуправления переключением различных поляризаций в любой последовательности.
Известны фарадеевские переключатели поляризации, имеющие металлизированный ферритовый стержень с катушкой управления (см. В.Н.Боголюбов и др. Управляемые ферритовые устройства СВЧ,М., Советское радио, 1972, с.36-39). Однако они работают в том случае, когда на входе имеется линейная поляризация и таким образом не позволяют иметь на выходе круговую поляризацию.
Известен антенный элемент, содержащий фазовращатель, работающий на круговой поляризации, включающий металлизированный ферритовый стержень с обмоткой управления, и переключатель поляризации, включающий металлизированный ферритовый стержень квадратного сечения, образующий волновод квадратного сечения, и расположенные на его сторонах магнитопроводы с угловыми пазами для фиксации катушки управления (переключением поляризации), выполненной с одной обмоткой, проходящей пхледовательно через все пазы с выходом на внешнюю поверхность матитопроводов (см. патент США N 3753160, МКИ Н01Р1/19,публ.14.08.73г.).
Это техническое решение имеет сложную нетехнологичную конструкцию, что увеличивает его габариты, вес, стоимость. При этом значительные размеры пазов магнитопроводов и намотка обмотки катушки управления с выходом на внешнюю поверхность матитопроводов увеличивают поля рассеяния, что приводит к взаимовлиянию элементов антенны.
Полезная модель решает задачу создания эффективного,малогабаритного, технологичного, с малым потреблением энергии и малым временем переключения антенного элемента для фазированной антенной решетки (ФАР) малого веса с большим углом сканирования луча, работающего с возможностью управляемого переключения различных видов поляризаций (на практике применяется обычно три вида поляризации - две линейных ортогональных и
круговая - левая или лраюая), что имюет большое значение при создании РЛС для увеличения их лотеьщиала, для улучшения ржпознавания целей и  помех(аирценности. Увелич ие сектора сканирования луча антенны происходит ид-за увеличения количества антенных элементов (уменьшение шага). При этом в случае когда антенные элементы раслоложены близко друг от друга между ними возникает взаимодействие, что приводит к искажению диаграммы направленности антенны. Для уменыиения полей рассеяния и исключения взаимодействия магштного поля, обмотки управления переключателя поляризации экршируются магнитопроводами переключателя (что исключает их зашоалияние, так как магнитное поле обмотки управления экранируется магаитопроводами переключателя).
Болыиое значение в элементах антенной решетки имеют габариты конструкции. С целыо уменьшения габаритов, для минимизации шага антенной решетки предлагается применить маг мголровод замыкания в форме равнобедренной трапеции - это позволит уменьшить шаг решетки.
Сущность полезной модели в создании малогабаритного эффективного быстродействующего технологичного антенного элемента, содержащего в едином консфуктиве ферритовый фазовращаггель, работаюи ий на волне круговой поляризации в продольном магнитном поле, с лереключапгелем поляризации, создающим две линейные ортогональные поляризации и пропускающим круговую поляризацию, подаваемую на вход элемента.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в антенном элементе фазированной антенной решетки, содержащем фазовращатель круговой поляризации, юслючающий металлиз1фованный ферритовый стержень (фуглого , образуюц й волновод круглого сечения, с обмоисой управления, и управляемый переключатель поляризации, включающий металлизированный ферритовый стержень квадратного сечения, образующий волновод квадра(тного сечения, и раслоложенные на его сторонах магнитопровсды, имеющие лазы для фиксации катушки управления лереключениемполяризации, соединение ферритового фазовращателя с
перехода длиной не менееШ, катушка управления переключением
поляризации выполнена с по меньшей мере двумя обмотками, указанные обмотки расположены внутри пазов магнитопроводов ниже внешней верхней поверхности магнитопроводов с возможностью обеспечения управляемого перехода с одного вида поляризации на другой в любой последовательности.
Предпочтительно пазы магнитопроводов выполнить с размерами, в том числе длина и высота, не более А, /20, где А, - длина волны в свободном пространстве.
Целесообразно катушку управления переключением поляризации выполнить последовательным неоднократным прохождением ее обмоток через пазы магнитопроводов, расположенных на смежных сторонах металлизированного ферритового стержня квадратного сечения, с образованием многовитковой намотки, выполненной вне верхней и боковой поверхностей магнитопроводов.
Предпочтительно катушку управления переключением поляризации обмотки выполнить в виде жгута.
Предпочтительно в переключателе поляризации каждый магнитопровод выполнить с сечением в форме равнобедренной трапеции, в основании которой выполнен паз, образующий с соответствующей прилегающей поверхностью металлизированного ферритового стержня квадратного сечения канал для фиксации катушки управления переключением поляризации.
Целесообразно антенный элемент выполнить с дроссельными щелями, расположеннымисимметрично в переключателе поляризации в
металлизированном слое на поверхности металлизированного ферритового стержня квадратного сечения и в металлизипованном слое на поверхности металлизированного ферритового стержня круглого сечения, причем указанные дроссельные щели имеют покрытие, состоящее из слоя диэлектрического материала и внешнего металлизированного шунтирующего слоя.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научнотехническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения
об аналогах заявляемой полезной модели, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует требованию новизна по действующему законодательству.
На фиг.1 показан антенный элемент, выполненный согласно изобретению, в прямоугольной изометрической проекции, на фиг.2 показана конфигурация катушки управления, на фиг.З показан антенный элемент в разрезе, на фиг.4 показан управляемый переключатель поляризации в сечении (сечение А-А на фиг.З), на фиг.5 показано расположение дроссельных щелей и металлизированного шунтирующего слоя на металлизированных ферритовых стержнях круглого и квадратного сечения, на фиг.6 показана петля гестерезиса для объяснения работы управляемого переключателя поляризации.
Антенный элемент с магнитной памятью содержит (фиг. 1,3) фазовращатель круговой поляризации {фазовая ), включающий металлизированный ферритовый стержень 1 круглого сечения, образующий волновод круглого сечения, с обмоткой 2 управления и внешними симметрично расположенными ферритовыми магнитопроводами 3, и управляемый переключатель поляризации, включающий металлизированный ферритовый стержень 4 квадратного сечения (фиг. 3), образующий волновод квадратного сечения, и расположенные на его сторонах четыре магнитопровода 5, выполненные из ферритового материала и имеющие пазы 6 (фиг. 4) дпя фиксации катушки 7 управления заданной формы (фиг. 2) , имеющей общий вывод 8, обмотку 9 сброса и обмотку 10 набора, выполненные в виде жгута.
Соединение ферритового фазовращателя с управляемым переключателем поляризации выполнено в виде волноводного перехода
ДЛИНОЙ (S) не менее Я./8, где Л - длина волны в свободном пространстве. При этом размеры, в том числе длина (d) и высота (h), лазов 6 магнитопроводов 5 не более Х/20.
В лереключателе лоляризации форма катушки управления лереключением поляризации (фиг.2) задана лхледовательным неоднократным лрохождением ее обмоток 9,10 через пазы 6 магнитолроводов 5, раслоложенных на смежных сторонах металлизированного ферритового стержня 4 квадратного сечения, с образованием многовитковой намотки, вылолненной вне верхней и боковой ловерхностей магнитолроводов 5. При этом указанные обмотки 9,10 раслоложены внутри пазов 6 магнитопроводов 5 ниже внешней верхней поверхности магнитопроводов 5 с возможностью обеспечения управляемого перехода с одного вида поляризации на другой в любой последовательности. Для уменьшения габаритов в перекпючателе поляризации каждый магнитопровод 5 имеет сечение в форме равнобедренной трапеции, в основании которой выполнен паз б, образующий с соответствующей прилегающей поверхностью металлизированного ферритового стержня 4 квадратного сечения канал для фиксации катушки 7 управления переключением поляризации. Это имеет большое значение в элементах антенной решетки, так как уменьшение габаритов позволяет уменьшить шаг решетки.
Таким образом антенный элемент содержит в едином конструктиве фазовращатель и переключатель поляризации, его основу составляют два ферритовых стержня 1 круглого сечения, между которыми вклеен ферритовый стержень 4 квадратного сечения. Указанные скленные стержни 1,4 металлизируются. Переключатель поляризации состоит из металлизированного ферритового стержня 4 квадратного сечения, катушки управления и четырех магнитопроводов 5 (по форме представляющие равнобедренную трапецию), установленных на гранях ферритового стержня 4. Катушка 7 управления переключателя поляризации создает квадрулольное намагничивание и имеет две обмотки 9,10 - сброса и набора, которые экранируются магнитопроводами 5. переходом в металлизированный слой ферритового стержня 1 крутого сечения
(фиг.б). Дроссельные щели 11 покрываются диэлектрическим материалом, поверх которого наносится металлизированный слой 12 для исключения электромагнитного излучения. Данный конструктивный прием позволяет увеличить быстродействие антенного элемента и уменьшить потребляемую мощность, что особенно важно для бортовых радиолокационных станций с числом элементов несколько тысяч.
Антенный элемент на входе может быть сопряжен со статическим поляризатором, состоящим из постоянных магнитов 13 и металлического шунта 14 {например, из пермалоя). Конец металлизированного ферритового стержня 1 может быть сопряжен с антенным излучателем, состоящим из двух керамических дисков 15,16 и металлического корпуса 17 (фиг. 3).
Антенный элемент работает следующим образом. На вход элемента подается волна с линейной поляризацией, которая преобразуется в волну с круговой поляризацией с помощью статического поляризатора, состоящего из постоянных магнитов 13 и металлического шунта 14. Переключатель поляризации работает следующим образом. Вначале подается напряжение на обмотку сброса и магнитная система система устанавливается в положение -В {фиг.б). Затем подается импульс на обмотку набора заданной длительности и система переходит в состояние работы с сигналами линейной поляризацией, соответствующее положению I на фиг.б. Если подают другую длительность импульса, получается состояние II, соответствующее состоянию круговой поляризации. При подаче импульса напряжения большей длительности имеем оргтогональную поляризацию {состояние III фиг.б). Переход в различные состояния {фиг.б) можно осуществлять в различной последовательности, например, начать с состояния II, затем перейти в состояние I или II.
6
Малогабаритный антенный элемент имеет компактную конструкцию, удобен в эксплуатации технологичен в изготовлении. Малый вес, малое потребление энергии, низкие потери, высокое быстродействие и возможнхть работы с управляемым переключением поляризации в любой последовательности позволяют эффективно применить предлагаемый антенный элемент в современных РЛС.