МОНОИМПУЛЬСНАЯ АНТЕННА С ЧАСТОТНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ
FREQUENCY SCANNING MONOPULSE ANTENNA

Изобретение относится к радиолокационным системам (РЛС) сопровождения с повышенной точностью определения угловых координат.
Известна моноимпульсная антенна, которая является близким аналогом (прототипом) заявляемого устройства (см. Справочник по радиолокации, под редакцией Мерила И. Сколника, перевод с английского К.Н. Трофимова, Том 2, Радиолокационные антенные устройства, Москва, «Советское радио», 1977 г., стр.287, рис.16 «а» [1]). Особенность данной моноимпульсной антенны в том, что для суммарноразностного диаграммообразования с частотным сканированием в схеме с бегущей волной использованы две линии задержки в виде делителей мощности на волноводной змейке - короткой и длинной. Эти два делителя мощности формируют через ответвители общее для всей антенны в плоскости сканирования желаемое амплитудное распределение (равномерное или спадающее к краям). Так как последний ответвитель в короткой змейке находится в середине всей антенны, следовательно, он должен ответвлять наибольшую мощность. Основным недостатком данного технического решения, является то, что ответвитель не может ответвлять больше половины подошедшей к нему мощности. В связи с этим вынужденно закладывается при расчете в нагрузку в короткой змейке до 25% от общей мощности. Следовательно, возникают большие потери мощности, и как следствие этому - низкий коэффициент полезного действия (КПД).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности определения угловой координаты в плоскости сканирования, повышение КПД посредством исключения траты подводимой СВЧ мощности в антеннах бегущей волны в поглощающих нагрузках.
Техническим результатом является повышение КПД антенны, надежности, повышение точности определения угловой координаты в плоскости сканирования.
Для достижения указанных технических результатов в моноимпульсной антенне с частотным сканированием, состоящей из двух делителей мощности бегущей волны в виде волноводных змеек - короткой и длинной, запитанных от делителя на два - двойного Т-моста, окон связей и из волноводно-щелевого полотна с переменно-наклонными щелями на узких стенках линеек (см. [1] стр.286, рис.15), увеличивается каждое окно связи на короткой змейке в размере последовательно с первого нижнего окна связи до последнего на 1-2%, а на длинной змейке все окна связи остаются одинаковые и равны размеру окна связи, расположенного в середине короткой змейки, а также увеличиваются углы наклона щелей от начала до середины линейки от 1° до 20°, а от середины до конца линейки углы наклона щелей остаются одинаковыми, без оконечных нагрузок в змейках и линейках полотна с закоротками на концах линеек, находящихся на четвертьволновом расстоянии от последних щелей, выполненных в виде металлических пластин, что обеспечивает необходимое амплитудное распределение. Благодаря увеличению размеров окон связи и наклона щелей на линейках, а также устранению нагрузок повышен КПД антенны до 25%. Все расчеты выполнены по программе HFSS Ansoft.
То есть, наличие соединительных отрезков волноводов позволяет направить в очередную линейку мощность, уходящую ранее в нагрузку змеек [1], исключив при этом из состава антенны эти нагрузки на змейках. Для упрощения конструкции при вновь выполненном расчете наклона щелей в линейках закладывается в нагрузку мощность, равная 0,1% (30 дБ), а вместо нагрузки устанавливается закоротка на четвертьволновом расстоянии от последних щелей в линейках. При этом практически нет ущерба антенне, т.к. зеркальный луч (лепесток) величиной 30 дБ мал - соизмерим с дифракционными лепестками от желаемого амплитудного распределения. Благодаря этому есть выигрыш по КПД, трудоемкости и стоимости, а также по увеличению надежности антенны.
Отличительным признаком от прототипа является то, что в моноимпульсной антенне с частотным сканированием увеличивается каждое окно связи на короткой змейке в размере последовательно с первого нижнего окна связи до последнего на 1-2%, а на длинной змейке все окна связи остаются одинаковые и равны размеру окна связи, расположенного в середине короткой змейки, а также увеличиваются углы наклона щелей от начала до середины линейки от 1° до 20°, а от середины до конца линейки углы наклона щелей остаются одинаковыми, без оконечных нагрузок в змейках и линейках полотна с закоротками на концах линеек, находящихся на четвертьволновом расстоянии от последних щелей в линейках, выполненных в виде металлических пластин.
Предлагаемая моноимпульсная антенна с частотным сканированием подробно иллюстрируется графическими материалами на фиг.1-3.
На фиг.1 схематично представлена моноимпульсная антенна с частотным сканированием, вид спереди.
На фиг.2 представлено схематическое изображение с заявленными техническими решениями, которые повышают параметры моноимпульсной антенны с частотным сканированием, вид спереди.
На фиг.3 представлена конструкция антенны, вид сверху.
Моноимпульсная антенна с частотным сканированием включает в себя длинную змейку 1, короткую змейку 2, двойной Т-мост 3, формирующий суммарную и разностную диаграммы направленности (Σ и Δ), соединительные отрезки волноводов 4 одинакового размера для змеек 1 и 2, окна связи (ответвители) 5, закоротки 6, волноводно-щелевые линейки 7, образующие решетку-полотно, щели 8.
Волноводно-щелевые линейки 7, образующие решетку-полотно имеют на концах закоротки 6. Каждая закоротка 6 представляет собой металлическую пластину, закрывающую волновод. Закоротки 6 размещены на четвертьволновом расстоянии от последних щелей 8 в линейках, что обеспечивает повышение КПД.
Углы наклона щелей 8 в горизонтальной плоскости в каждой линейке 7 полотна увеличиваются от начала до середины линейки от 1° до 20°, а от середины до конца линейки углы наклона щелей 8 остаются одинаковыми (см. фиг.2), что обеспечивает антенне необходимое амплитудное распределение, низкий уровень лепестков и необходимую ширину луча на заданном размере.
Каждое окно связи 5 на короткой змейке 2 увеличивается в размере последовательно с первого нижнего окна связи 5 до последнего на 1-2%, а на длинной змейке 1 все окна связи 5 остаются одинаковые и равны размеру окна связи, расположенного в середине короткой змейки 2.
Сущность работы данного изобретения заключается в том, что запитка антенны идет от двойного Т-моста 3 снизу, окна связи (ответвители) 5 запитывают нижние линейки 7 полотна от короткой змейки 2 до середины. В нижней части длинной змейки 1 окон связей нет, следовательно, окна связи 5 и соединительные отрезки волноводов 4 начинаются с середины длинной змейки 1, запитывая верхнюю часть полотна. В отличие от прототипа [1], уходящая ранее в нагрузку мощность распределяется по всем ответвителям с наибольшей интенсивностью (посредством изменения размеров окон связи и наклона щелей на линейках, а все поглощающие нагрузки исключаются из антенны).
Таким образом, благодаря новым техническим решениям моноимпульсная антенна с частотным сканированием обеспечивает высокую точность определения угловой координаты в плоскости сканирования с повышенным КПД. А также снижается трудоемкость, стоимость и повышается надежность антенны.