ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ЭЛЕКТРОННЫМ СКАНИРОВАНИЕМ В ОДНОЙ ПЛОСКОСТИ
PHASED ANTENNA ARRAY WITH ELECTRONIC SCANNING IN ONE PLANE

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может применяться в системах с фазированными антенными решетками (ФАР), использующими моноимпульсный метод пеленгации как самостоятельно, так и в качестве составной части более сложной системы.
Известно техническое решение, использующее для построения распределителя мощности антенной решетки систему «пилбокс» с оптическим принципом получения эквифазного распределения поля в плоском раскрыве. В системе «пилбокс» плоский раскрыв заполняется системой волноводных выходных линий и непосредственное излучение в свободное пространство оказывается полностью подавленным. Сама по себе конструкция «пилбокс» представляет собой область между двумя параллельными металлическими пластинами, снабженную короткозамыкающей стенкой, расположенной по параболической линии (Сканирующие антенные системы СВЧ, т.3, под ред. Р.С.Хансен, перевод с англ., под ред. Г.Т.Маркова и А.Ф.Чаплина. М., «Советское радио», 1971, 464 с., с.21-22).
Недостатками приводимого технического решения являются:
- затенение раскрыва первичным облучателем;
- сложность построения моноимпульсной антенной решетки;
- невозможность получения в антенной решетке с данным распределителем мощности произвольного амплитудного распределения.
Известно техническое решение, использующее для построения распределителя мощности антенной решетки устройство для множественного Е-разбиения прямоугольного волновода. При множественном Е-разбиении прямоугольного волновода мощность делится на части, пропорционально соотношению высот между установленными перегородками (Сканирующие антенные системы СВЧ, т.3, под ред. Р.С.Хансен, перевод с англ., под ред. Г.Т.Маркова и А.Ф.Чаплина. М., «Советское радио», 1971, 464 с., с.21-22).
Недостатком приводимого технического решения является технологическая сложность реализации делителей мощности с числом каналов больше двух.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является линейная проходная ФАР на базе двумерной металловоздушной линзы. В данной системе металловоздушная линза обеспечивает амплитудное и синфазное распределение поля в раскрыве, в котором устанавливаются фазовращатели (Айзенберг Г.З. и др. Антенны УКВ. Под ред. Г.З.Айзенберга. В 2-х ч. Ч.2. М., «Связь», 1977).
Недостатками этого технического решения являются:
- высокая сложность конструкции;
- сложность построения моноимпульсной антенной решетки;
- невозможность получения в антенной решетке с данным распределителем мощности произвольного амплитудного распределения.
Перед авторами стояла задача создания ФАР с возможностью работы в моноимпульсном режиме со сканированием в одной плоскости, лишенной перечисленных недостатков.
Задача решена за счет того, что в ФАР, содержащей распределитель мощности с волноводными входом и N выходами, N проходных волноводных фазовращателей и N излучателей, распределитель мощности выполнен в виде волноводного частотно-независимого распределителя мощности, включающего совокупность основного Е-секториального рупора, расположенных в его раскрыве N принимающих Е-секториальных рупоров, параллельные стенки которых совмещены с параллельными стенками основного Е-секториального рупора, раскрывы сопряжены друг с другом и направлены на вершину основного Е-секториального рупора с заполнением всего раскрыва основного Е-секториального рупора, и питающих основной и принимающие Е-секториальные рупоры волноводов, причем входы волноводов принимающих Е-секториальных рупоров расположены с шагом излучателей фазированной антенной решетки и являются выходами распределителя мощности, а вход волновода основного Е-секториального рупора является входом распределителя мощности.
Распределитель мощности выполнен в виде совокупностей, содержащих основной Е-секториальный рупор, расположенных в его раскрыве N принимающих Е-секториальных рупоров, параллельные стенки которых совмещены с параллельными стенками основного Е-секториального рупора, раскрывы сопряжены друг с другом и направлены на вершину основного Е-секториального рупора с заполнением всего раскрыва основного Е-секториального рупора, и питающих основной и принимающие Е-секториальных рупоры волноводов, причем входы волноводов принимающих Е-секториальных рупоров расположены с шагом излучателей фазированной антенной решетки и являются выходами распределителя мощности, а питающие волноводы основных Е-секториальных рупоров подключены к дополнительному волноводному делителю мощности, вход которого является входом распределителя мощности.
Распределитель мощности выполнен в виде плит с пазами на сопрягаемых поверхностях, образующих при объединении основной и принимающие Е-секториальные рупоры и питающие их волноводы, причем плоскость объединения плит расположена посередине широкой стенки волноводов.
Дополнительный волноводный делитель мощности выполнен в виде 2Т-тройника.
Линейка излучателей дополнительно снабжена излучателями, соединенными с согласованными нагрузками.
Излучатели выполнены в виде диэлектрических антенн с волноводным питанием.
В излучатели дополнительно введены преобразователи поляризации.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является:
- возможность построения ФАР с произвольным амплитудным распределением;
- простота реализации в миллиметровом диапазоне длин волн;
- возможность построения моноимпульсной ФАР.
Заявляемая ФАР обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.
Заявляемая ФАР, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов она явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известна из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется при помощи чертежей, где:
- на фиг.1 приведен продольный разрез основного и принимающих Е-секториальных рупоров и питающих их волноводов;
- на фиг.2 - пример конструктивной реализации ФАР.
ФАР состоит из блока распределителей мощности, выполненного в виде двух объединенных металлических плит 1 с пазами на сопрягаемых поверхностях одинаковой глубины, образующих при объединении два основных Е-секториальных рупора 2 и расположенные в их раскрыве 2·N принимающих Е-секториальных рупоров 3. Входы основных Е-секториальных рупоров 2, которые выполнены с большими углами раскрыва (90 град.), подключены к выходам дополнительного волноводного делителя мощности, выполненного в виде 2Т-тройника 4, который позволяет организовать синфазно-противофазное питание, необходимое для работы ФАР в моноимпульсном режиме. Так как глубины пазов в каждой из плит одинаковы, то плоскость их объединения проходит посередине широкой стенки питающих рупоры волноводов, что позволяет минимизировать потери на излучение при неплотном прилегании плит.
Выходы распределителя нагружены на волноводные фазовращатели 5, к выходам которых подключены излучатели 6, выполненные в виде рупорных антенн, объединенных в единый блок.
Для улучшения характеристик ФАР в плоскости сканирования на ее края введены дополнительные излучатели, нагруженные на согласованные нагрузки.
Для получения на выходе ФАР круговой поляризации в состав излучателей введены преобразователи поляризации, при этом излучатели возможно выполнить в виде диэлектрических антенн с волноводным питанием.
ФАР работает следующим образом.
При работе ФАР «на излучение» электромагнитное поле, поступающее на суммарный вход 2Т-тройника 4, синфазно делится пополам и поступает на входы основных Е-секториальных рупоров 2. Распространяясь вдоль основного Е-секториального рупора, электромагнитное поле поступает в раскрывы дополнительных Е-секториальных рупоров 3, между которыми происходит деление электромагнитного поля с коэффициентами, равными отношению углового размера между направляющими из вершины основного Е-секториального рупора 2 к краям раскрыва N-ого принимающего Е-секториального рупора 3 к угловому размеру раскрыва основного Е-секториального рупора 2:
0
где P - суммарная мощность электромагнитного поля;
i
P - мощность, поступающая на соответствующий принимающий Е-секториальный рупор;
0
α - угловой размер основного Е-секториального рупора;
i
α - угловой размер соответствующего принимающего Е-секториального рупора из вершины основного Е-секториального рупора.
Сформированное принимающими Е-секториальными рупорами 3 амплитудное распределение поступает на проходные волноводные фазовращатели 5, в которых получает определенный фазовый сдвиг и излучается в пространство через систему излучателей 6, выполненных в виде рупорных антенн, объединенных в единый блок. Излученные сигналы складываются в пространстве, формируя диаграмму направленности ФАР, положение главного лепестка которой зависит от фазы, вносимой проходными волноводными фазовращателями 5.
При работе ФАР «на прием» сигнал с направления, соответствующего направлению максимума главного лепестка диаграммы направленности, принимается излучателями 6. Сигналы с излучателей 6, пройдя через проходные волноводные фазовращатели 5 и получив фазовый сдвиг, излучаются принимающими Е-секториальными рупорами 3 и складываются в основных Е-секториальных рупорах 2. Сигналы со входа каждого основного Е-секториального рупора, пройдя через 2Т-тройник 4, формируют суммарную и разностную в плоскости электронного сканирования диаграммы направленности ФАР.
На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация заявляемой ФАР, изготовлен опытный образец, работающий в миллиметровом диапазоне длин волн, испытания которого подтвердили преимущества по сравнению с известными устройствами, в том числе с прототипом, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.