ЧЕТЫРЕХКАНАЛЬНЫЙ ДВУХДИАПАЗОННЫЙ МОДУЛЬ АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

Полезная модель относится к области радиолокационной техники, в частности к активным фазированным антенным решеткам (АФАР).
Из уровня техники известны приемные, передающие и приемопередающие модули с планарным расположением нескольких идентичных сверхвысокочастотных (СВЧ) каналов в одном корпусе. Как правило, такие конструкции позволяют решать задачи экономии в отношении массогабаритных характеристик модулей и всей системы АФАР в целом. Особенно это актуально по отношению к бортовым системам и системам, требующим использования мощных передающих устройств.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому техническому решению является модуль активной фазированной антенной решетки (Патент РФ №2380803, МПК H01Q 21/00, опубликован в 2010 г.), включающий четыре независимых приемо-передающих канала и блок управления. Все СВЧ-узлы, а также индивидуальные узлы управления каждого канала образуют конструкцию с зеркальной симметрией относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через продольную ось модуля, при этом общие узлы управления, питания и защиты размещены в средней части модуля и имеют несимметричную конструкцию.
В конструкции данного четырехканального модуля каждый приемопередающий канал состоит из СВЧ-узлов, а также индивидуальных узлов управления, питания и защиты. Все сборочные единицы размещены на двух пластинах-основаниях, при этом передающие каналы попарно размещены на внешних поверхностях пластин-оснований, а приемные каналы попарно расположены на внутренних поверхностях пластин-оснований. Индивидуальные узлы управления, питания и защиты также размещены на внутренних поверхностях пластин-оснований. Общий для модуля блок управления из трех фрагментов (сборочных единиц) включает сборки накопительных конденсаторов, обеспечивающих импульсный режим работы передающих каналов, а также узлы стабилизации напряжения питания, узлы контроля и защиты. Таким образом, общие для всех каналов схемы управления и питания сосредоточены в блоке управления, который полностью занимает среднюю часть модуля.
Существенным недостатком данной конструкции является то, что приемо-передающие каналы размещены на пластинах-основаниях попарно, из-за чего затрудняется индивидуальная настройка каждого канала в отдельности. Кроме этого необходимость демонтажа одного канала всегда влечет демонтаж соседнего канала, что усложняет процесс настройки модуля в целом и не обеспечивает хорошую ремонтопригодность.
Применительно к бортовой аппаратуре необходима высокая плотность компоновки элементов и узлов модуля АФАР в выделенном объеме.
Технический результат заявляемой полезной модели направлен на создание четырехканального двухдиапазонного модуля АФАР, позволяющего разместить в своем корпусе СВЧ-узлы двух диапазонов частот с сохранением принципа симметрии приемо-передающих каналов, а также на повышение технологичности сборки и настройки модуля с обеспечением высокого уровня ремонтопригодности.
Достижение технического результата обеспечивается изменением конструкции ближайшего аналога. В отличие от прототипа все приемопередающие каналы имеют двухуровневую компоновку своих СВЧ-узлов. При этом первые уровни каналов содержат СВЧ-узлы первого диапазона частот, размещенные в ячейках, выполненных в корпусе модуля, а вторые уровни каналов содержат СВЧ-узлы второго диапазона частот, размещенные на отдельных для каждого канала пластинах-основаниях, установленных над ячейками. Кроме этого блок питания и управления выполнен одной сборочной единицей и расположен в центральной части модуля.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется рисунками, на которых представлены:
Фиг. 1 - общий вид четырехканального двухдиапазонного модуля активной фазированной антенной решетки;
Фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
Фиг. 3 - общий вид модуля, поясняющий принцип сборки.
Четырехканальный двухдиапазонный модуль АФАР (Фиг. 1-3) содержит четыре независимых приемо-передающих канала одинаковой структуры, работающих в двух диапазонах частот, и общий для всех каналов блок питания и управления. СВЧ-узлы приемо-передающих каналов образуют конструкцию с зеркальной симметрией относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через продольную ось модуля (Фиг. 2).
Все приемо-передающие каналы модуля имеют двухуровневую компоновку своих СВЧ-узлов. При этом первые уровни каналов содержат СВЧ-узлы первого диапазона частот 1 (Фиг. 2, 3), а вторые уровни каналов содержат СВЧ-узлы второго диапазона частот 2 (Фиг. 1-3). СВЧ-узлы первого диапазона частот 1 размещены в ячейках 3 (Фиг. 2, 3), выполненных в корпусе 4 (Фиг. 1-3), и включают для каждого канала усилители мощности первого диапазона, устройство развязывающее и ограничитель мощности. СВЧ-узлы второго диапазона частот 2 размещены на отдельных для каждого канала пластинах-основаниях 5 (Фиг. 2, 3), установленных над ячейками 3. Каждая из пластин-оснований 5 содержит усилители мощности второго диапазона, устройство развязывающее, устройство распределения и контроля мощности, а также входное и выходное частотно-разделительные устройства. Частотно-разделительные устройства обеспечивают работу усилителей мощности первого и второго диапазонов частот на единую нагрузку, при этом их применение позволило исключить механические СВЧ коммутаторы, имеющие невысокую надежность. Блок питания и управления 6 выполнен одной сборочной единицей (в виде единой платы) и расположен в центральной части модуля между ячейками 3 с СВЧ-узлами первого диапазона частот 1 (Фиг. 2, 3). Блок питания и управления 6 обеспечивает импульсный режим работы передающих каналов и стабилизацию напряжения питания. Выполнение блока питания и управления 6 в виде единой платы, размещенной в центральной части, повышает технологичность сборки модуля в целом. Для герметизации всего объема модуля сверху и снизу установлены крышки 7 (Фиг. 1-3), опаянные по периметру. Пластины-основания 5 расположены над ячейками 3 корпуса 4 с обеспечением расстояния между СВЧ-узлами 1 и 2 первого и второго диапазонов частот, необходимого для корректной работы микрополосковых СВЧ линий, что в свою очередь позволяет значительно снизить разброс электродинамических характеристик приемопередающих каналов. Кроме того, пластины-основания 5 играют роль теплоотводов для СВЧ транзисторов усилителей мощности.
Сборка четырехканального двухдиапазонного модуля АФАР осуществляется следующим образом (Фиг. 3).
В корпус 4 модуля между ячейками 3 устанавливают блок питания и управления 6, после чего симметрично сверху и снизу в ячейки 3 устанавливают СВЧ-узлы первого диапазона частот 1 с образованием первых уровней приемо-передающих каналов. Далее над ячейками 3 в корпус 4 так же симметрично сверху и снизу устанавливают четыре пластины-основания 5 с СВЧ-узлами второго диапазона частот 2 с образованием вторых уровней приемо-передающих каналов. Все сборки с СВЧ-узлами надежно фиксируются в ячейках 3 корпуса 4 и на пластинах-основаниях 5, например, винтами. Пластины-основания 5 и плата блока питания и управления 6 также фиксируются в корпусе 4 винтами. После этого сверху и снизу устанавливаются две крышки 7, которые опаиваются по периметру, обеспечивая герметизацию всего объема модуля.
Таким образом, двухуровневая компоновка СВЧ-узлов позволяет максимально использовать внутренний объем модуля без заметного увеличения его габаритов и существенно повышает технологичность сборки и настройки на разных этапах его изготовления. Размещение СВЧ-узлов первого диапазона частот 1 в ячейках 3 корпуса 4, а СВЧ-узлов второго диапазона частот 2 на отдельных для каждого канала пластинах-основаниях 5, обеспечивает независимый доступ к каналам и позволяет проводить автономную настройку усилителей мощности каждого диапазона, автономную сборку и проверку работоспособности отдельного канала в двух диапазонах частот. Усилители мощности каждого диапазона развязаны по входу и выходу с помощью частотно-разделительных устройств и устройства развязывающего, что повышает стабильность входных и выходных сигналов на рабочих частотах, и в свою очередь позволяет обеспечить высокую повторяемость параметров при настройке и удобство сборки модуля в целом.
В случае необходимости демонтажа приемо-передающего канала соседний канал не затрагивается, что упрощает настройку модуля и проведение операций технического обслуживания. Следовательно, удобство демонтажа приемо-передающих каналов обеспечивает высокий уровень ремонтопригодности модуля. При этом принцип зеркальной симметрии каналов, обеспечивающий однотипность их реализации и настройки, сохраняется.
Сравнивая энергетические и массогабаритные характеристики созданного модуля и прототипа, можно отметить следующее.
Созданный модуль на рабочих частотах имеет выходную импульсную мощность в каждом канале от 500 Вт до 760 Вт при длительности радиоимпульса 0,5 мкс и эквивалентной скважности 178. Коэффициент шума приемных каналов менее 6 дБ, масса модуля 3,0 кг, объем 2,3 л.
Прототип на верхней частоте рабочей полосы частот 1,5 ГГц имеет выходную импульсную мощность каждого канала 250 Вт при длительности радиоимпульса 10 мкс и скважности 80. Коэффициент шума приемных каналов менее 6 дБ, масса модуля 2,8 кг, объем 2,2 л.
Таким образом, удельная суммарная импульсная мощность на единицу объема для прототипа составляет примерно 450 Вт/л., а для созданного модуля примерно 1000 Вт/л. Если провести сравнение для средней выходной мощности, то для прототипа это будет 5,6 Вт/л, а для созданного модуля 6,15 Вт/л. Из этого следует, что по этим параметрам созданный модуль превосходит прототип. Но поскольку радиоимпульсные режимы работы модулей разные, то данные сравнения проведены очень условно.