Резонансная волноводно-щелевая антенная решетка с параллельной распределительной системой на развязанных делителях мощности
RESONANT SLOTTED-WAVEGUIDE ANTENNA ARRAY WITH PARALLEL DISTRIBUTION SYSTEM ON UNLEASHED POWER DIVIDERS

Предлагаемое изобретение относится к области антенной техники, в частности к резонансным волноводно-щелевым антенным решеткам (ВЩАР).
Известна конструкция резонансной ВЩАР, содержащая излучающие волноводы с излучающими щелями и распределительную систему, представляющую собой возбуждающий волновод с наклонными щелями связи в общей широкой стенке возбуждающего и излучающих волноводов ("Feed Network Design for Airborn Monopulse Slot-Array Antennas", Microwave Journal, June 1988, p.130, Fig.3). Такая распределительная система является последовательной.
Недостатком аналога являются плохие диапазонные свойства ВЩАР, т.к. для последовательной схемы распределения мощности амплитудно-фазовые ошибки в апертуре ВЩАР при отстройке от центральной частоты нарастают наиболее быстро.
Известна конструкция ВЩАР резонансного типа, апертура которой разбита на максимальное количество подрешеток, каждая из которых содержит два излучающих волновода с четырьмя излучающими щелями, а распределительная система включает в себя возбуждающие волноводы для каждой подрешетки с двумя наклонными щелями связи и параллельную схему деления мощности между подрешетками на не развязанных делителях мощности ("A Low Cost, High Performace Point-to-Point Slotted Waveguide Array" Microwave Journal, November 1999).
Такая схема построения резонансной ВЩАР близка к параллельной и обеспечивает значительное улучшение диапазонных свойств ВЩАР по сравнению с последовательной схемой. Например, полоса рабочих частот по критерию КСВн для параллельной схемы возрастает более чем в три раза по сравнению с последовательной схемой.
Недостатками параллельной схемы на не развязанных делителях мощности являются, во-первых, довольно быстрое ухудшение УБЛ при отстройке от центральной частоты из-за переотражений мощности между подрешетками ВЩАР и, во-вторых, сложности построения параллельной схемы деления мощности между подрешетками ВЩАР. Для ВЩАР малых и средних размеров - (5-15)λ с круглой апертурой и со спадающим к краям амплитудным распределением схему построения ВЩАР аналога практически нельзя реализовать, поскольку в этом случае апертура ВЩАР не может быть разбита на одинаковые подрешетки из-за круглой формы и малых размеров апертуры и, кроме того, даже одинаковые по размерам подрешетки будут иметь разный вес из-за спадающего характера амплитудного распределения.
Наиболее близкой по технической сущности является резонансная ВЩАР (патент РФ №2246156, МПК H01Q 21/00, 2003 г.), апертура которой разбита на подрешетки (в качестве примера показано разбиение на четыре одинаковых подрешетки-квадранта), содержащие излучающие волноводы с продольными излучающими щелями, а распределительная система включает систему деления мощности в подрешетках в виде возбуждающих волноводов с наклонными щелями связи для каждой подрешетки и систему распределения мощности между подрешетками (квадрантами) на развязанных двойных Т-мостах. Такая схема построения прототипа является параллельно-последовательной и является наиболее востребованной для ВЩАР малых и средних размеров, особенно для моноимпульсных ВЩАР с четырьмя квадрантами.
Недостатком прототипа являются ограниченные диапазонные свойства ВЩАР с параллельно-последовательной схемой построения. Например, для ВЩАР с круглой апертурой диаметром 8λ, апертура которой разбита на четыре квадранта, диапазон рабочих частот по критериям КСВн≤1.8 и УБЛ≤-20dB составляет (3-4)%.
Целью предлагаемого изобретения является улучшение диапазонных свойств ВЩАР резонансного типа.
Указанная цель достигается за счет того, что в волноводно-щелевой антенной решетке резонансного типа, содержащей подрешетки, включающие прямоугольные излучающие волноводы с продольными излучающими щелями и распределительную систему в подрешетке, а также распределительную систему между подрешетками на развязанных делителях мощности, распределительная система в подрешетке выполнена на развязанных неравновесных делителях мощности, представляющих собой модифицированные двойные Т-мосты с повернутыми носиками Г-образных элементов, а связь распределительной системы в подрешетках с излучающими волноводами осуществляется через гантельные щели в общей широкой стенке.
Таким образом, в предлагаемом изобретении оказывается реализованной полностью параллельная схема деления мощности на развязанных равновесных и неравновесных делителях мощности вплоть до гантельных щелей связи с излучающими волноводами.
На Фиг. 1 показана распределительная система между подрешетками (квадрантами) ВЩАР на развязанных равновесных делителях мощности. Схема распределительной системы показана с тремя входами- S, DH, DE, что характерно для ВЩАР, используемых в моноимпульсных системах.
На Фиг. 2 показана схема подрешетки (квадранта) предлагаемой ВЩАР, в которой распределительная система построена по параллельной схеме на развязанных неравновесных делителях мощности - 1-5 и связана с излучающими линейками - 6-11 через гантельные щели - обозначены на схеме кружками.
На Фиг. 3 показан развязанный неравновесный делитель мощности, представляющий собой модифицированный малогабаритный двойной Т-мост с повернутым носиком Г-образного элемента - 1, который распределяет мощность между излучающими волноводами - 2 и 3 с продольными излучающими щелями - 4-7 через гантельные щели связи - 8-9.
На Фиг. 4 показан излучающий раскрыв квадранта ВЩАР с изображением мест расположения гантельных щелей связи.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в улучшении параметров диаграммы направленности (ДН) и характеристик отражения (КСВн) в рабочем диапазоне частот.
Технический результат достигается тем, что для предложенной распределительной системы в подрешетке ВЩАР (полностью параллельной на развязанных неравновесных делителях мощности) мощность и фаза сигнала, возбуждающего каждый излучающий волновод, остаются практически постоянными в диапазоне частот, т.к., в отличии от прототипа, определяется не переотражениями от различных щелей связи в возбуждающем волноводе, а делением мощности в неравновесных делителях мощности, которые обеспечивают постоянные значения амплитуды и фазы сигнала в широком диапазоне частот. При этом нужное соотношение мощности сигнала в боковых плечах достигается поворотом носика (горизонтальной части) Г-образного элемента, т.е. модификацией малогабаритного двойного Т-моста. Стабильность мощности и фазы сигнала, возбуждающего излучающие волноводы, в широком диапазоне частот приводит к стабильности параметров ДН в этом диапазоне частот, особенно в E-плоскости. Дополнительным фактором стабильности параметров ДН в предложенной ВЩАР является возможность распределения точек возбуждения излучающих волноводов через гантельные щели по апертуре ВЩАР в отличии от прототипа, в котором все точки возбуждения излучающих волноводов через наклонные щели связи находятся на одной линии; такое распределение точек возбуждения сглаживает амплитудно-фазовые ошибки в Η-плоскости и, соответственно, уменьшает искажения ДН в этой плоскости. По характеристикам отражения (КСВн) предложенная ВЩАР также имеет преимущество перед прототипом по широкополосности. Такое преимущество определяется тем, что вследствие параллельной схемы деления и высоких диапазонных свойств развязанных делителей мощности, характеристика отражения предложенной ВЩАР определяется, в основном, отражением от одного излучающего волновода, в то время как для прототипа - совокупностью излучающих волноводов и возбуждающего волновода в подрешетке.
Таким образом, предложенная ВЩАР позволяет обеспечить по критериям КСВн≤1.8 и УБЛ≤-20dB диапазон рабочих частот 10%, что примерно в три раза превышает диапазон прототипа.