ДВУМЕРНАЯ МОНОИМПУЛЬСНАЯ ФАР С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЛУЧОМ

Предлагаемая полезная модель относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в СВЧ-антенной технике в составе радиолокационных систем и комплексов.
Известна антенная система, содержащая двумерную моноимпульсную фазированную решетку, у которой волноводный распределитель выполнен из М линейных распределителей первого типа и четырех линейных распределителей второго типа, содержащих волноводные направленные ответвители, объединенные общими магистральными волноводами, при этом М линейных распределителей первого типа сгруппированы по четвертям и построчно заполняют весь раскрыв, а четыре линейных распределителя второго типа запитывают каждым из своих волноводных выходов магистральные волноводы линейных распределителей первого типа ["Антенная система", авт. Алексеев О.С., Винярская Н.А., Митин В.А., Позднякова Р.Д., Синани А.И., Ястребов Б.П., пат. RU 2256263 C1, H01Q 3/28].
Известна двумерная моноимпульсная антенна с электронным управлением лучом, содержащая линейки излучателей, линейки фазовращателей и распределительную систему, состоящую из линеек распределителей первого типа, входы которых соединены с соответствующими выходами линеек распределителя второго типа, входы, которых соединены соответственно с выходами основного и дополнительного СВЧ-сумматоров соединенных между собой по одному разностному входу через фазирующие секции и направленный ответвитель. Между выходами линеек распределителей первого типа и фазовращателями, а также между фазовращателями и соответствующими каналами линеек излучателей двумя своими плечами присоединены циркуляторы, обеспечивающие передачу СВЧ-сигнала от линеек распределителей первого типа к линейкам излучателей. Третьи плечи циркуляторов присоединены к разделяющим устройствам таким образом, что сигналы от линеек излучателей через циркуляторы поступают на выходы разделяющих устройств, которые через дополнительные фазовращатели соединены с выходами линеек распределителей первого типа и выходами второй, независимой распределительной системы ["Двумерная моноимпульсная антенна с электронным управлением лучом", авт. Митин В.А., Синани А.И., Алексеев О.С., Лапшин В.И., пат. RU №2383090 C1, H01Q 25/02].
Недостатками указанных выше фазированных антенных решеток являются невозможность формирования многих лучей на прием и передачу, небольшая мгновенная полоса пропускания и невысокая разрешающая способность, определяемая отсутствием возможности работы антенны в режиме интерферометра, а также искажения сигналов и ошибки при работе сканирующей антенны с сигналами малой длительности.
Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является бортовая антенна с электронным управлением лучом с волноводной распределительной системой ["Волноводная распределительная система бортовой антенны с электронным управлением лучом", авт. А.И.Синани, Р.Д.Позднякова, В.А.Митин, журнал "Антенны", вып.6(61), 2002 г.], в которой волноводная распределительная система (ВРС) по существу является диаграммо-образующей структурой ФАР, обеспечивающей суммарно-разностную обработку сигналов. В этом варианте антенны ВРС состоит из четырех строчно-столбцовых делителей, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, для чего используется один распределитель-″столбец" и n линеек "строк", а также СВЧ-сумматор, обеспечивающий формирование суммарно-разностных диаграмм направленности (ДН).
Недостатками этого технического решения являются невысокая разрешающая способность, невозможность формирования многих лучей на прием и передачу, а также небольшая мгновенная полоса пропускания, сильное искажение сигналов в сканирующей антенне при работе с сигналами наносекундной длительности.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом содержит панели излучателей, блоки фазовращателей и волноводную распределительную систему, состоящую из четырех строчно-столбцовых делителей, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, а также СВЧ-сумматор, обеспечивающий формирование суммарно-разностных ДН.
x
Новыми признаками заявленного технического решения является то, что каждый квадрант апертуры ФАР разбит на четыре части и в каждой этой части выполнены распределитель столбец и распределители-строки, обеспечивающие запитку отдельных излучающих элементов апертуры своей части без нарушения регулярности структуры всей ФАР, при этом запитка четырех распределителей-столбцов в каждом квадранте осуществлена через управляемые линии задержки суммирующим устройством из 3 балансных восьмиполюсников, соединенных таким образом, что при подаче сигнала от СВЧ-сумматора происходит распределение его между четырьмя распределителями-столбцами во всех частях в каждом квадранте апертуры. Три входа-выхода суммирующих устройств в каждом квадранте снабжены переключателями, обеспечивающими подключение согласованных нагрузок при работе с СВЧ-сумматором, или подключение иных устройств (передатчиков, приемников и т.д.), обеспечивающих независимую работу квадрантов антенны или их частей на прием и передачу.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является реализация более развитой, параллельной схемы диаграммообразующего устройства и обеспечение работы антенны как со всей апертурой сразу, так и в независимом режиме с отдельными ее частями, при этом введение линий задержки позволяет выбирать необходимые временные сдвиги в сканирующей антенне при работе с сигналами наносекундной длительности.
Это достигнуто за счет разбиения каждого квадранта апертуры на четыре части и введения дополнительных суммирующих устройств (по одному на квадрант), которые обеспечивают как запитку распределителей в каждой из частей квадрантов, так и наличие независимых входов-выходов отдельных квадрантов и частей апертуры, развязанных с другими, аналогичными частями и квадрантами апертуры всей ФАР, а также включения между выходами суммирующих устройств и входами распределителей-столбцов в каждой части управляемых линий задержки.
На фиг.1 приведена функциональная схема двумерной моноимпульсной ФАР с электронным управлением лучом.
Двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом состоит из панелей излучателей 1, блоков фазовращателей 2, волноводной распределительной системы, в свою очередь состоящей из СВЧ-сумматора 3, суммирующих устройств 4, распределителей-столбцов 5, распределителей-строк 6, а также линий задержки 7, переключателей 8, согласованных нагрузок 9.
Панели излучателей 1 соединены с выходными каналами блоков фазовращателей 2, входные каналы блоков фазовращателей 2 соединены с выходными каналами распределителей-строк 6 в каждый части квадрантов апертуры. В свою очередь, входные каналы распределителей-строк 6 соединены с соответствующими выходными каналами распределителей-стролбцов 5 в своей части квадранта апертуры, при этом входные каналы распределителей-столбцов 5 соединены через управляемые линии задержки 7, с выходными каналами суммирующих устройств 4. Входы суммирующих устройств 4 в каждом квадранте апертуры соединены с выходами СВЧ-сумматора 3. Входы суммирующих устройств 4, в которые направленно не ответвляется СВЧ-энергия при работе ФАР от СВЧ-сумматора 3 соединены с переключателя 8 при этом одно из плеч переключателя 8 соединено в каждой части квадранта с согласованной нагрузкой 9 (при работе антенны от СВЧ-сумматора), а другое формирует вход части квадранта ФАР или квадранта в целом при независимой работе этих фрагментов ФАР.
Предлагаемая двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом работает следующим образом. При подаче СВЧ-сигнала на суммарный вход СВЧ-сумматора 3 происходит распределение его через СВЧ-сумматор 3, суммирующие устройства 4, через линии задержки 7, распределители-столбцы 5 и распределители-строки 6 по входным каналам блоков фазовращателей 2 и далее по входным каналам панелей излучателей 1 в каждой части квадрантов апертуры ФАР. При этом определенный выбор величин переходных ослаблений отдельных каналов распределителей-столбцов 5 и распределителей-строк 6 обеспечивает формирование заданного амплитудного распределения, а электрически управляемые блоки фазовращателей 2 и линии задержки 7 обеспечат формирование заданных фазовых распределений и управление им в апертуре ФАР, а также необходимые задержки сигналов по времени при работе сканирующей антенны с широкополосными сигналами. В этом варианте возможно формирование суммарно-разностных характеристик.
При сканировании антенны переключатели 8 обеспечивают подключение согласованных нагрузок 9 и переключение режимов работы.
1
1
4
8
При подаче СВЧ-сигнала на один из независимых входов «Вх./», «Вх./», развязанных с другими частями антенны, происходит аналогичное описанному выше распределение сигнала по излучателям апертуры, но только в той части квадранта или в целом квадранте, с которым связан конкретный вход. При этом возможны как реализация режима интерферометра, т.е. независимой работы фрагментов апертуры с разнесенными фазовыми центрами с последующей обработкой сигналов от фрагментов, что в результате увеличивает разрешающую способность станции, так и формирование независимо управляемых лучей от квадрантов антенны и их частей
Таким образом, технико-экономические преимущества предложенного технического решения по сравнению с прототипом заключаются в обеспечении возможности работы с широкополосными сигналами, в реализации режима интерферометра и, соответственно, увеличении разрешающей способности, а также в возможности формирования одновременно до восьми независимо управляемых лучей.
Реализация предлагаемого технического решения не вызывает сомнения, разработаны, изготовлены и прошли испытания основные фрагменты распределительной системы: СВЧ-сумматор с суммирующими устройствами, распределитель-столбец и распределитель-строка. Испытания подтвердили возможность достижения заявляемого технического эффекта.
Предлагаемая двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом позволяет:
1. Обеспечить возможность работы сканирующей ФАР с широкополосными сигналами за счет применения более разветвленной, параллельной, схемы распределения СВЧ-сигнала, а также возможность установки в каждую часть квадранта линии задержки при незначительном увеличении габаритных размеров и массы.
2. Увеличить разрешающую способность станции за счет обеспечения возможности независимой работы отдельных фрагментов антенны с разнесенными фазовыми центрами.
3. Формировать одновременно до восьми независимо управляемых лучей.