ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

Фазированная антенная решётка
Полезная модель относится к области антенной техники и может быть использована в остросканирующих антеннах наземной и бортовой аппаратуры, а также в навигационных, связных антеннах и антеннах доплеровских станций.
Известна конструкция антенной решётки, содержащая излучатель, управляемые фазовращатели и систему распределения мощности в виде нескольких независимых трактов. Каждый излучатель выполнен в виде модуля, причем одноименные входы для всех модулей соединены с соответствующими трактами посредством управляемых фазовращателей (см. а.с. СССР № 316358, МКИ Н 01 Q 21/00).
Недостатком данной конструкции является наличие многочисленных усилителей и коммутаторов, увеличивающих массогабаритные размеры антенной решётки.
Известна конструкция распределителя мощности облучающей решетки гибридной зеркальной антенны, содержащая многоканальные делители мощности, расположенные по М строкам и N столбцам, распределительный блок, состоящий из многоканального переключателя и распределительный многополюсник (см. а.с. СССР № 1234899 МКИ Н 01 Q 3/00).
Однако известное решение имеет сложную констрзосцию, а наличие многочисленных элементов, волноводных трактов, делителей, направленных ответвителей, переключателей увеличивает массогабаршные параметры устройства.
Известна конструкция антенной системы, излучатели которой размещены на части сферы и подключены к коммутатору фидера равной длины (см. патент РФ № 2030822 по кл. МПК Н 01 Q 21/00).
МКИ Н 01 Q 3/00
Недостатком данной конструкции является наличие многочисленных фидеров, соединяющих выходы коммутатора и излучателей, увеличивающих массогабаритные размеры устройства.
Наиболее близкой к предлагаемому решению является конструкция кольцевой фазированной решётки, содержащая N излучателей, подключённых к блоку управления через аттенюаторы и фазовращатели, многопозиционные коммутаторы, делители мощности и коммутирующие диоды (см. а.с. СССР № 1464225 Н 01 Q 3/26).
Недостатком данной конструкции является наличие сложных систем распределения мощности и управления диаграммой направленности, при этом сканирование луча осуществляепгся лищь в одной плоскости.
Задачей настоящей полезной модели является упрощение конструкции при расширении диапазона сканирования луча.
Поставленная задача решается тем, что фазированная антенная решетка, содержащая N излучателей, подключенных к блоку управления через фазовращатели и аттенюаторы дополнительно содержит электрически управ.ляемые выключатели, слабонаправленную приемно-передающую антенну, блок управления выполнен в виде блока сканирования диаграммы направленности и содержит коммутатор с N выходами управления и блок формирования диаграммы направленности, имеющий N входов управления и состоящий из N расположенных в гексагональном порядке взаимосвязанных идентичных схем резисторов, соединенных звездой, излучатели, фазовращатели, атгенюаторы и электрически управляемые выключатели скомпонованы в приемно-передающие модули, в состав каждого из которых входит последовательно соединенные первый излучатель, электрически управляещНг выключатель, фазовращатель, аттенюатор, имоощие общий вход управления ц второй излучатель, слабонаправленная приемно-п едающая антенна помещена в Ийюу-г
порядке пpиeмнo-пq)eдaющиx модулей, первые и вторые излучатели которых сос5тавляют соответственио внутреннюю и внешнюю сферические поверхности, при этом N выходов управления блока сканирования диаграммы направленности соединены с соответствующими входами управления приемно-передающих модулей и соответствующими узлами схем резисторов соединенных звездой блока формирования диаграммы направленности.
Кроме того она может дополнительно содержать согласующее устфойство, подключенное ко входу слабонаправленной антенны.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена структурная схема фазированной антенной решётки (ФАР), на фиг 2 - плоская проекция ФАР и структурная схема приёмно-передающего модуля (ППМ), на фиг. 3 - распределение ППМ при формировании многолучевой диаграммы направленности. ФАР содержит N (1 ...N) ППМ, равномерно и радиально расположенных в гексагональном порядке на сферической поверхности 8, в центре сферической поверхности расположена слабонаправленная антенна 9, соединённая последовательно с согласующим устройством 10. Если отражённые волны от выключенных ГШМ эквивалентны на входе слабонаправленной антенны режиму холостого хода, то присутствие согласующего устройства необязательно. Блок управления 11 состоит из блока сканирования диаграммы направленности (ДН) 13 с N выходами управления и блока формирования ДН 12, имеющего N входов управления и состоящего из N расположенных в гексагональном порядке взаимосвязанных схем соединённых звездой р исторов 14. Свободные, не присоединенные резисторы Кг отдельных схем 14, соответствующим ППМ, располагающимся на краях ФАР закорачиваются эквивалентными резисторами. N выходов блока сканирования 13 соединены с соответствующими входами управлениями ППМ и соответствующими входами блока формирования ДН 12 ППМ состоит из последовательно соединенных пе
излучателя 15, электрически управляемых выключателя 16, фазовращателя 17, аттенюатора 18,имеющих общий вход управления 19, второго излучателя 20. Выключатель 16 обеспечивает минимальные потери ППМ и минимальный коэффициент отражения от излучателей 15, 20 при включенном режиме ППМ и максимальный коэффициент отражения от излучателей 15, 20 при выключенном режиме ППМ. Взаимное расположение соединенных между собой схем 14 и величина эквивалентных резисторов блока 13 обеспечивают на входах управления ППМ, расположенных на одинаковом расстоянии до любого ППМ в ФАР, на вход управления которого подано с блока сканирования 13 управляющее напряжение Uo, одинаковое значение напряжения, величина которого зависит от резисторов RI, Ri и уменьшается с увеличением этого расстояния. Если на ППМ 1 подать напряжение управления Uo с блока сканирования 13, то на входах управления остальных ППМ напряжение будет уменьшаться в зависимости от расстояния до ППМ 1. При этом на входах управления ППМ, расположенных на одинаковом расстоянии от ППМ 1, будет одинаковое напряжение. Пусть на входах управления ППМ, находящихся на расстоянии г от 1111М1 будет напряжение Ur. При условии, что все приемнопередающие модули, на входах управления которых напряжение больше или равно Ur будут включены, а все ППМ на входах управления которых напряжение меньше U, будут выключены, в направлении М, определяемом положением ППМ 1 в Ф.АР будет распространяться электромагнитная волна от слабонаправленной антенны 9, которая будет приниматься и излучаться в пространство п ППМ, находящимся на сферической поверхности Sr, ограниченной величиной радиуса г. При этом можно задать такую необходимую зависимость фазы и амплитуды коэффициента передачи фазовращателя 17 и аттенюатора 18 от величины напряжения на входах управления ППМ, при которой в направлении М, определяемом положением ППМ 1 в ФАР, будет распространяться волна с узкой диаграммой направленности. При отсутствии
управления фазой и амплитудой коэффициента передачи ППМ в направлении М в пространство вне сферы будет изучаться волна, диаграмма направленности которой определяется углом ф и диаграммой направленности отдельных ППМ. В силу идентичности Ш1М в любом направлении, определяемым положением ППМ в ФАР, к которому приложено управляющее напряжение Uo, включается одинаковое количество ППМ и формируется волна с идентичными параметрами. Подавая управляющее напряжение Uo с блока сканирования 13 на другие ППМ (2...N) можн изменять направление ДН. Антенна 9 размещена в центре сферической поверхности, поэтому отраженные волны внутри сферы от выключенных ППМ фокусируется на входе слабонаправленной антенны. Если отраженные волны от N-n выключенных ППМ на определенных частотах рабочего диапазона ФАР эквивалентны на входе (выходе) антенны 9 режиму холостого хода, то вся мощность, излучаемая слабонаправленной антенной, принимается и излучается в пространство вне сферы п приемнопередающими модулями. Наличие согласующего устройства 10 позволяет расщирить частотный диапазон ФАР. Дискрет перестройки направления излучения ФАР определяется угловым размером между двумя соседними ППМ и зависит от количества ППМ в ФАР. Дискрет можно уменьщить, если подавать напряжение управления Uo на два или несколько соседних ППМ. Возможен вариант блока формирования ДН 12, в котором в качестве резисторов R2 будет служить пленочный резистор с равномерно нанесенными на его поверхность в гексагональном порядке контакгными площадками, количество которых соответствует количеству ППМ в ФАР. Сферическая поверхность 8 может иметь любые угловые размеры, поэтому угол сканирования ФАР может быть любым от О до 360. Если на одной и той же сферической поверхностц расположены несколько групп ППМ, причем каждая из групп имеет свою схему управления и в каждой группе ППМ размещены ргжномерно между собой и ППМ из других групп, то возможен мйоголучевой режим ФАР. На
фиг.З показан вариант расположения трех групп ППМ 21,22,23, при котором возможен трехлучевой режим работы ФАР. Принцип работы ФАР на прием аналогичен; электромагнитная волна в свободном пространстве попадает на включенные ППМ и далее принимается антенной 9. В связи с тем, что расстояние от антенны 9 до ППМ в ФАР составляет от нескольких единиц до десятков длин волн, частотный диапазон ФАР, по основному пункту формулы ограничен частотами, на которых на входе антенна 9, отраженные волны от выключенных ППМ эквивалентны режиму короткого замыкания. Если ввести дополнительное управление фазой коэффициента отражения выключателя 16 и парамепфами согласующего устройства 10, то можно осуществить максимальную передачу мощности, излучаемой антенной 9 на включенные ППМ ФАР в щироком диапазоне частот, а введение дополнительного управления фазовращателем 17 и аттенюатором 18 позволяет осуществлять корректировку зависимости фазы и амплитуды коэффициента передачи ППМ от расстояния до ППМ, к которому приложено управляющее напряжение Uo и, тем самым, создавать оптимальные условия для формирования ДН для различных частот диапазона ФАР. Все дополнительные управления не зависят от местоположения illlM в ФАР и являются функциями частоты рабочего диапазона ФАР. Если фаза коэффициента отражения ППМ в зависимости от сигнала управления изменяется плавно или дискрет ее перестройки незначителен, то режим холостого хода на входе (выходе) антенны А можно обеспечить на любой частоте рабочего диапазона, при этом наличие согласующего устройства 10 не обязательно. Присутствие дополнительных управлений фазой коэффициента отражения, параметрами согласующего устройства, фазой и амплитудой коэффициента передачи фазовращателя и аттенюатора зависит от заданных параметров ФАР: диапазона 1асгот, количества ППМ, параметров ДН, и др. Поэтому для конкретной ФАР возможно одно или несколько дополнительных управлений.