АНТЕННАЯ РЕШЕТКА СО СКАНИРОВАНИЕМ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемая полезная модель относится к сканирующим антенным решеткам и может быть использована в радиолокации, гидролокации, системах радиосвязи, телевидении.
Известны антенные решетки с фазовым сканированием, в которых сканирование осуществляется с помощью управляемых фазовращателей [1].
Однако антенные решетки с фазовым сканированием имеют следующие недостатки:
- наличие амплитудных и фазовых ошибок, обусловленных дискретностью изменения фаз фазовращателя;
- непостоянством амплитудных и фазовых ошибок, что приводит к повышению и изменению уровней бокового излучения в процессе сканирования;
- имеют сложную систему управления фазовращателями, что снижает надежность, увеличивает габариты, массу и стоимость.
Из известных антенных решеток со сканированием наиболее близкой по технической сущности, схемному решению и эксплуатационным характеристикам является антенная решетка с частотным сканированием, содержащая магистральную линию и излучатели, подключенные к магистральной линии, выбранная за прототип [2].
Недостатком этой антенной решетки с частотным сканированием является зависимость угла сканирования луча от частоты излучения (приема) сигнала, что снижает функциональные возможности антенной решетки и сужает область ее применения.
Сущность предлагаемой антенной решетки заключается в том, что она содержит магистральную линию (тракт) и излучатели, подключенные к магистральной линии. Отличается тем, что между магистральной линией и излучателями введены смесители, на входы которых поступают сигналы разных частот, образующие на выходе смесителей сочетание равное частоте излучаемого сигнала.
Введение между магистральной линией и излучателями смесителей позволит повысить функциональные возможности антенной решетки и расширить области ее применения.
Сущность предлагаемой антенной решетки по первому варианту поясняется чертежом фиг.1, на котором представлена схема антенной решетки.
Антенная решетка состоит из: 1 - магистральной линии, 2 - излучателей и 3 смесителей, включенных между магистральной линией и излучателями.
Предлагаемая антенная решетка по первому варианту работает следующим образом.
1
2
Электромагнитная волна с частотой колебания f поступает на вход магистральной линии 1, из которой энергия ответвляется на входы смесителей 3. К другим входам смесителей 3 поступают синфазные сигналы с частотой f, а к выходам смесителей 3 подключены излучатели 2 антенной решетки.
1
Фазы сигналов с частотой f, поступающие на входы смесителей 3 различны, поскольку электрическая длина пути от входа магистральной линии 1 до входа каждого смесителя 3 разная.
1
Разность фаз сигналов с частотой f на входах соседних смесителей 3 равна:
1
где λ - длина волны в магистральной линии 1 на
1
частоте f;
L - электрическая длина магистральной линии
между соседними смесителями 3.
2
1
2
Поскольку сигналы с частотой f на входах всех смесителей 3 синфазны, то разность фаз колебаний в соседних излучателях будет, такой же, как на входах соседних смесителей, т.е. Δϑ, а частота сигнала в излучателях будет равна fu=f±f. При этом угол сканирования (отклонения) луча от нормали к антенной решетке определится из соотношения:
где d - расстояние между соседними излучателями;
Qck - угол сканирования от нормали к антенной решетки;
λu - длина волны излучения в свободном пространстве на частоте излучения (приема) fu.
откуда
1
1
2
2
1
2
Если изменить значения частот f на f', a f на f' так, чтобы fu=f'±f' то изменится разность фаз колебаний на входах соседних смесителей Δϑ≠Δϑ', соответственно изменится угол сканирования луча Qck≠Qck', но частота излучения fu остается прежней fu. Это означает, что в предлагаемой антенной решетке с частотным сканированием устранена зависимость угла сканирования Qck от частоты излучения сигнала fu, что решает поставленную задачу.
Во втором варианте антенная решетка содержит N вертикальных, с подключенными к ним излучателями, и горизонтальную магистральные линии. Отличается тем, что в нее введены смесители между вертикальными и горизонтальной линиями, а также между излучателями и вертикальными магистральными линиями.
На входы смесителей - между вертикальными и горизонтальными магистральными линиями поступают сигналы - разных частот, которые образуют на выходе смесителей сочетание, равное частоте сканирования по вертикали, и на входы смесителей - между излучателями и вертикальными магистральными линиями поступают сигналы разных частот, которые
образуют на выходе смесителей сочетание, равное частоте излучаемого сигнала.
Введение N вертикальных магистральных линий и подключение их через смесители к горизонтальной магистральной линии расширяет функциональные возможности антенной решетки и дает возможность осуществлять независимое сканирование по двум координатам (по азимуту и по углу места). В этом случае излучателями горизонтальной магистральной линии являются вертикальные магистральные линии.
Сущность предлагаемой антенной решетки по второму варианту поясняется чертежом фиг.2, на котором представлена схема антенной решетки.
Антенная решетка состоит из: 1 - N вертикальных магистральных линий, 2 - излучателей, подключенных к вертикальным магистральным линиям, 3 - смесителей, включенных между излучателями и вертикальными магистральными линиями, 4 - горизонтальной магистральной линии, 5 - смесителей, включенных между вертикальными и горизонтальными линиями.
Антенна решетка по второму варианту работает следующим образом.
1
1
Сигнал с частотой f, изменяющейся в процессе сканирования в горизонтальной плоскости, поступает на вход горизонтальной магистральной линии 4. За счет изменения значения частоты f осуществляется сканирование антенной решетки в горизонтальной плоскости.
2
3
Из горизонтальной магистральной линии 4 сигналы поступают на входы смесителей 5, на другие входы которых поступают синфазные сигналы с частотой f, сочетание которых с выхода смесителей 5, равное частоте сканирования антенной решетки в вертикальной плоскости f, поступает на входы N вертикальных магистральных линий 1.
Сигнал из вертикальных магистральных линий поступает на входы смесителей 3, на другие входы которых поступают синфазные сигналы с
4
частотой f, образующие на выходе смесителей 3 сочетание равное частоте излучаемого сигнала антенной решетки.
Оба предлагаемые варианты антенной решетки с частотным сканированием прошли проверку, которые показали положительные результаты и приняты к использованию в РЛС.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Антенны и устройства СВЧ, стр.398, рис.15.2, Д.М.Сазонов, Москва, Высшая школа, 1988 г.
2. Антенны и устройства СВЧ, стр.411, рис.15.11, Д.М.Сазонов, Москва, Высшая школа, 1988 г.