АНТЕННА ЧАСТОТНОГО СКАНИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к радиотехнике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использована в радиолокационных антеннах частотного сканирования.
Широко известные и применяемые в радиолокации антенны частотного сканирования представляют собой плоскую решетку из линейных излучателей, соединенных с делителем мощности в виде линии передачи СВЧ синусоидальной («змейковой» или серпантинной) конфигурации. Описание принципа устройства и действия такой антенны приводится во многих литературных источниках, в частности, в «Сканирующие антенные системы СВЧ» т.3, перевод под ред. Г.Т.Маркова и А.Ф.Чаплина, изд. «Советское радио», М., 1971 г.
Существенными недостатками известных антенн является то, что на частоте сигнала, соответствующей формированию диаграммы направленности с максимумом в направлении нормали к продольной оси синусоидальной линии (далее частота нормали), коэффициент стоячей волны по напряжению (далее КСВН) на входе синусоидальной линии делителя мощности резко возрастает в результате синфазного сложения большого количества даже малых по величине отражений от ответвителей - элементов связи делителя мощности с линейными излучателями. Это явление в литературе имеет название «эффект нормали».
В качестве прототипа предполагаемой полезной модели, в части принципа действия, может быть принята антенна частотного сканирования РЛС AN/SPS-48 фирмы ITT Gilfillan, США («Зарубежное военное обозрение», 1980 г., №5; «Aviation Wee, 1984, 121; №24; ТИЭИР, т.73, №2), представляющая собой плоскую решетку из 76 волноводно-щелевых горизонтальных линейных излучателей (линеек), соединенных с вертикальной синусоидальной (серпантинной) линией делителя мощности.
КСВН на входе этой антенны на частоте нормали составляет 3,5, что приводит к ухудшению характеристик антенны и РЛС в целом на этой частоте. Однако эта антенна не может быть принята за прототип предполагаемой полезной модели в части конструкции, так как характерное для нее расположение линейных излучателей и синусоидальной линии делителя мощности в двух взаимноперпендикулярных плоскостях не позволяет реализовать предлагаемую в полезной модели идею.
В качестве прототипа в отношении конструкции данной полезной модели может быть принята антенна частотного сканирования с указанным выше принципом действия, в которой, с целью обеспечения компактности конструкции, синусоидальная линия делителя мощности располагается в плоскости, параллельной плоскости, содержащей линейные излучатели, а связь линейных излучателей с ответвителями делителя мощности осуществляется отрезками линии, перпендикулярными обеим выше названным плоскостям.
Такую конструкцию имеют, в частности, корабельные трехкоординатные радиолокационные станции, разработанные и изготавливаемые ФГУП «ГМЗ «Салют» (п.1 формулы патента на полезную модель РФ №35688). В этих антеннах все ответвители расположены на одной продольной оси делителя мощности, являющейся осью его симметрии, при этом расстояние между всеми соседними ответвителями одинаково, набег фаз на каждый период делителя мощности одинаков; на частоте нормали все линейные излучатели синфазны (при необходимости - с инверсией фазы на них на 180 градусов), но и отражения, приходящие от ответвителей на вход делителя мощности - синфазны (Фиг.1). Это приводит к ухудшению согласования на входе делителя мощности на частоте, соответствующей формированию луча по нормали к этой оси, когда указанные расстояния между ответвителями по линии питания оказываются кратными целому числу полуволн в линии.
Задачей, на решение которой направлена предполагаемая полезная модель, является расширение арсенала технических средств проектирования антенны частотного сканирования с одновременным улучшением его эксплуатационных характеристик. Техническими результатами при реализации полезной модели являются, в частности, обеспечение компактности конструкции, улучшение согласования, то есть уменьшение КСВН на входе антенны на частоте «нормали», улучшение эксплуатационных характеристик антенны и РЛС в целом.
Сущность предполагаемой полезной модели состоит в том, что для улучшения согласования (уменьшения КСВН) на входе антенны частотного сканирования на частоте нормали элементы связи (ответвители) делителя мощности с линейками разделены на две группы таким образом, что продольная ось, содержащая все четные элементы связи, смещена относительно оси, содержащей все нечетные элементы связи, на целое нечетное число четвертей длины волны в синусоидальной линии делителя мощности, а возникающая при этом несогласованность фаз компенсируется соответствующей разницей длин входного участка четных и нечетных линеек.
N
N
На Фиг.2 приведена схема построения антенны частотного сканирования. Благодаря смещению оси, содержащей четные ответвители, относительно оси, содержащей нечетные ответвители, на величину: Δ=(2n+1)Λ/4, где n=0, 1, 2 и так далее, a Λ - длина волны в канале делителя мощности на частоте, соответствующей формированию луча в направлении нормали к продольной оси делителя мощности, - происходит практически полная взаимная компенсация приходящих на вход делителя мощности отражений от четных и нечетных ответвителей. Образующаяся при этом несогласованность фаз четных ответвителей относительно нечетных компенсируется соответствующей разницей длин входного участка четных и нечетных линеек при условии одинаковой конструкции элементов их подключения к ответвителям. В случае отличия фазовой скорости
распространения волны в каналах делителя мощности и линеек компенсация отражений и коррекция фазового распределения достигается за счет соответствующей коррекции величины Δ.
N
Предлагаемая схема построения была проверена экспериментально на антенне, содержащей 68 линейных излучателей. Расстояние между продольными осями делителя мощности, содержащими четные и нечетные ответвители, составляло 5/4 Λ. Синусоидальная линия делителя мощности и линейки имеют сечение волноводного канала 28,5×12,6 мм.
КСВН на входе антенны во всем рабочем диапазоне частот не превысил 1, 8, причем на частоте нормали КСВН равен 1, 3.
N
Кроме этого, экспериментально проверен делитель мощности с таким же сечением канала, предназначенный для питания антенны из 94 линейных излучателей. Разнос осей, содержащих четные и нечетные ответвители, как и в предыдущем случае, составляет 5/4 Λ. При установке на выходы ответвителей делителя мощности согласованных нагрузок КСВН на его входе во всем рабочем диапазоне частот, в том числе на частоте нормали, не превысил 1, 2.