ДВУХКОЛЬЦЕВАЯ ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

Устройство относится к радиотехнике, а конкретно к антенной технике, и может быть использовано при разработке и проектировании антенных устройств для мобильных и стационарных средств связи, а также для средств связи, размещаемых на летно-подъемных средствах.
Известны кольцевые фазированные антенные решетки (ФАР), в которых элементы антенной решетки расположены на окружности радиуса К, а управление фазами элементов обеспечивает электронное сканирование лучом диаграммы направленности в пространстве. Итоговая диаграмма направленности ФАР в горизонтальной плоскости состоит из основного лепестка и боковых лепестков. Наличие боковых лепестков приводит к уменьшению коэффициента усиления ФАР в направлении основного лепестка.
Уменьшение уровня боковых лепестков диаграммы направленности ФАР возможно за счет размещения внутри кольцевой ФАР еще одной кольцевой структуры из таких же антенных элементов. Радиусы колец ФАР подбираются на основе аналитического представления излучаемого поля кольцевой антенны через функции Бесселя первого рода и выражаются через корни функций Бесселя первого рода. Наиболее оптимальные величины радиусов колец ФАР подбираются в результате моделирования с учетом взаимного влияния элементов ФАР друг на друга.
m+1
m
m+1
m
m
m
Так, сужение основного лепестка и уменьшение уровней боковых лепестков наблюдается в известной M-кольцевой многоэлементной эквидистантной антенной решетке, выполненную с количеством M колец не менее двух, на окружностях каждого из колец которой содержится одинаковое нечетное количество ненаправленных антенн с отношением радиусов r и r соседних колец, удовлетворяющим условию r/r=a+0,5, где m=1, 2, … M-1, a - целые положительные числа, не равные нулю (описание к патенту RU 2144200 C1, МПК 7 G01S 3/14, 00183/74, опубликовано: 10.01.2000).
Известное устройство позволяет повысить точность пеленгации и упростить конструкцию антенной системы.
0
0
Известна высоконаправленная кольцевая фазированная антенная решетка (прототип) (см. описание к патенту RU 2310956 C1, МПК H01Q 21/06 (2006.01), опубликовано 20.11.2007), в схеме построения которой антенные элементы расположены на дух кольцах эквидистантно вдоль окружности с радиусом R, обеспечивающим наибольшую допустимую ширину главного лепестка синтезированной диаграммы направленности на максимальной длине волны рабочего диапазона, и с одинаковым угловым шагом относительно центра решетки. Количество антенн выбирают по формуле N=4l+2, где l=1, 2, 3, … - целые положительные числа, не равные нулю. Расстояния от центра решетки до фазовых центров антенн по сравнению с радиусом R для антенн решетки с нечетными порядковыми номерами выбирают увеличенными, а для антенн решетки с четными порядковыми номерами выбирают уменьшенными.
Недостатком известного устройства является наличие боковых лепестков в диаграмме направленности в горизонтальной плоскости.
Задачей предлагаемого технического решения является уменьшение боковых лепестков в диаграмме направленности ФАР в горизонтальной плоскости.
Технический результат - уменьшение уровня боковых лепестков и ширины основного лепестка диаграммы направленности.
Технический результат достигается тем, что в двухкольцевой цифровой фазированной антенной решетке, включающей равное количество идентичных антенных элементов, размещенных вдоль соответственно внутренней и внешней окружностей колец с одинаковым угловым шагом относительно центра решетки, радиус внутренней окружности выбирается равным 0,19λ, а радиус внешней 0,44λ, где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона антенны, при этом антенные элементы размещены на коллинеарных радиусах внутренней и внешней окружностей. Двухкольцевая ФАР может содержать 16 антенных элементов.
Конструкция антенны поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена геометрия 16-элементной двухкольцевой ФАР; на фиг. 2 - нормированная диаграмма направленности 16-элементной, ФАР, поясняющая принцип работы двухкольцевой ФАР с оптимальной геометрией.
1
2
Двухкольцевая 16-ти элементная ФАР включает идентичные антенные элементы 1, размещенные эквидистантно по восемь соответственно вдоль внутренней окружности 2 радиуса R=0,19λ, и внешней окружности 3 радиуса R=0,44λ с одинаковым угловым шагом α=π/4, λ - максимальная длина волны рабочего диапазона антенны. Антенные элементы 1 на окружностях 2, 3 размещены с круговой симметрией на коллинеарных радиусах последних.
В процессе работы заявленной двухкольцевой ФАР при размещении внутренней окружности с антенными элементами радиусом 0,19λ, внутри внешней окружности радиуса 0,44λ и размещении антенных элементов на коллинеарных радиусах этих окружностей достигается оптимальный сдвиг фаз относительно внешнего кольца. Это обеспечивает подавление боковых лепестков диаграммы направленности и требуемую ширину основного лепестка. Как видно из фиг. 2, уровень боковых лепестков незначительно превышает - 30 дБ, ширина главного лепестка по уровню - 3 дБ составляет около 60°, а коэффициент усиления 21 дБ.