Двухканальная приемопередающая антенная система с улучшенной характеристикой уровня развязки по поляризациям

Предлагаемая модель антенной системы относится к области антенной техники и может быть использована в радиолокации при построении экспериментальных радиолокационных станций с полнополяризационным режимом зондирования пространства с характеристиками зондирующих сигналов и техническими требованиями:
и
- длительность импульса τ=1…400 мкс;
- ширина спектра зондирующего сигнала
- несущая частота
изл
- мощность излучения Р=1 Вт;
- обеспечивать независимое излучение и прием сигналов в вертикальной и горизонтальной поляризациях;
- уровень развязки по поляризации между каналами на излучение -40 дБ;
- уровень развязки по поляризации между каналами на прием -40 дБ;
- уровень развязки между передающим и приемным каналами -40 дБ;
- ширина диаграммы направленности антенны 5° (угловых градусов);
- разность направлений главных максимумов между каналами (РПУ-ПРУ; РПрУ-РПрУ; ПРУ-РПрУ) 2° (угловых градуса);
Из существующего уровня техники известна зеркальная антенна с цилиндрической поверхностью для получения косеканской диаграммы направленности с линейным облучателем [Корбанский И.Н. Антенны. - М.: Энергия, 1973, с. 239]. Недостатком является отсутствие у облучателя фазового центра, что не позволяет использовать такую антенну при широкополосной радиолокации.
Известен облучатель антенны моноимпульсной РЛС, содержащий четырехсекционный рупор, соединенный с волноводным трактом, выполненным по схеме с четырьмя суммарно-разностными мостами на двойных волноводных тройниках (Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1984. - 312 с. - С. 28-29). Этот облучатель имеет лучшие электрические характеристики, но и ему присущи недостатки: облучатель работает только при линейной поляризации электромагнитного поля; вход передающего канала и выход суммарного приемного канала облучателя совмещены; при выполнении такой схемы в виде конструкции с применением отдельных волноводных узлов требуется настройка облучателя с целью выравнивания электрических длин каналов и амплитуд сигналов в волноводных каналах.
Наиболее близким аналогом полезной модели является зеркальная офсетная антенна, например, от спутникового телевидения (антенны СТВ), которые в настоящее время выпускаются серийно [СТВ-0.55-1.1 0.55 St АУМ Model: KU-BAND http://www.supral.ru/p0202.html дата обращения: 20.06.2019] (характеристики представлены в таблице 1). Данные технические требования предлагается выполнить на основе такой антенны.
Недостатком прототипа является:
1. Низкий уровень развязки по поляризациям.
2. Не обеспечение режима работы одновременной передачи и приема излучения.
Конструкция предполагаемой полезной модели поясняется чертежами:
- на фиг. 1 приведена конструкция офсетной антенны с креплением;
- на фиг. 2 расположение волноводов и поглотителя в четырехканальном облучателе;
- на фиг. 3 разрез модели облучателя с устройством согласования;
Для выполнения технических требований в модели используется зеркальная антенна с расположенным в ее фокусе в отличие от прототипа многоэлементного волноводного облучателя, выполненного в виде четырехэлементной решетки из открытых концов прямоугольных волноводов сечением 19×9,5 мм, причем широкие стенки волноводов ортогональны друг другу (фиг. 2). На данном чертеже:
- ПРМ В - приемный канал вертикальной поляризации;
- ПРМ Г - приемный канал горизонтальной поляризации;
- ПРД В - передающий канал вертикальной поляризации;
- ПРД Г - передающий канал горизонтальной поляризации.
На противоположном конце от открытого края волновода установлен короткозамыкатель. Разрез модели облучателя показан на фиг. 3.
В
В
В
В
На расстоянии  от короткозамыкателя установлен SMA разъем, например SMA KFD-21, резьбовая часть которого находится на наружной поверхности волноводов, а выступающий внутренний проводник диаметром 2,3 мм входит внутрь волновода образуя волноводно-коаксиальный переход. Глубина погружения ≈0,15 λ. Поскольку коэффициент стоячей волны (КСВ) открытого конца волновода сечением 19×9,5 мм на частоте 10 ГГц имеет значение 1,7-1.8, то для лучшего согласования на расстоянии ≈0,32 λ от открытого конца волновода устанавливается реактивная неоднородность в виде латунного стержня высотой ≈0,05 λ и диаметром ≈0,05 λ, при этом КСВ излучателя становиться равным 1,2-1,25 во всем диапазоне частот. На фиг. 4, 5 показаны расчетные значения коэффициента стоячей волны для не согласованного и согласованного излучателя, выполненные в программе электро-динамического моделирования HFSS.
На фиг. 6, 7 показаны расчетные ослабления в волноводно-коаксиальном переходе (ВКП) не согласованного и согласованного излучателя.
Для уменьшения утечки энергии за края открытых концов волноводов и увеличения развязки между приемными и передающими каналами в центре облучателя устанавливаются взаимно перпендикулярные пластины (фиг. 2), из материала, поглощающего высокочастотную энергию марки 19 по ОСТ 107.460007.006-92 (следующего состава: эпоксидная смола ЭД-16 ГОСТ 10587-84, полиэфир №1 ТУ 6-05-1122, тальк ТУ 21-25-207, карбонильное железо ГОСТ 13610-79, изо-МТГФА ТУ 6-09-33, ускоритель УП-606/2 ТУ 6-094136-75).Толщина пластин находится в пределах от 0,05λ, до 0,1λ, высота пластин от 0,25λ до 0,5λ. Установка пластин позволяет увеличить развязку между каналами приема и передачи до -40 дБ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Широкополосная четырехлучевая зеркальная антенна (Варианты) патент №2099836
2. Облучатель параболической антенны патент №2168817
3. Моноимпульсный облучатель патент №2188484
4. Моноимпульсное антенное устройство патент №2236729
5. ОСТ 107.460007.006-92. Материалы для объемных поглотителей высокочастотной энергии, издание официальное, 1993 г. Изменение №1 от 31.07.2002 г, внедрено Решением №196 от 1.11.2002 г.