МНОГОЛУЧЕВАЯ ПРИЕМНАЯ АНТЕННА
MULTI-BEAM RECEIVING ANTENNA

Изобретение относится к комбинированным конструкциям СВЧ-антенн, конкретно к многолучевым приемным антеннам с использованием квазиоптических линз и активных антенных элементов.
Известны многолучевые приемные антенны (P.Simon, "Analysis and synthesis of Rotman lenses." 22nd AIAA International Communication Satellite Systems Conference (ICSSC). 9-12 May 2004, Monterey, California, USA; US 6982676, МПК: H01Q 19/06, 2004), основанные на использовании квазиоптических линз и активных антенных элементов.
Наиболее близкой из известных по назначению и технической сущности к заявляемому техническому решению является многолучевая приемная антенна (US 6982676, МПК: H01Q 19/06, 2004), содержащая последовательно соединенные активную линейную антенную решетку и квазиоптическую линзу, снабженную приемными и передающими СВЧ-волноводами.
При этом квазиоптическая линза выполнены в виде плоско-выпуклой линзы Ротмана, приемные СВЧ-волноводы квазиоптической линзы, соединяющие ее входы с активными элементами линейной антенной решетки, а также ее передающие СВЧ-волноводы, соединяющие выходы линзы с соответствующими приемными каналами РЛС, выполнены разной длинны и установлены соответственно с противоположных выпуклых сторон и в одной плоскости с линзой.
Недостатком известной многолучевой приемной антенны РЛС является недостаточная разрешающая способность воздушных объектов по угловым координатам, связанная с малой крутизной центральной части каждого углового лепестка диаграммы направленности многолучевой антенны.
В основу настоящего изобретения поставлена задача повышения угловой разрешающей способности многолучевой антенны для повышения точности измерения угловых координат воздушных объектов.
Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной технической задачи, является синфазно-противофазная обработка сигналов.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что многолучевая приемная антенна, содержащая последовательно соединенные активную линейную антенную решетку и квазиоптическую линзу, снабженную приемными и передающими СВЧ-волноводами, согласно изобретению она дополнительно содержит формирователь многолепестковой суммарно-разностной приемной диаграммы, содержащий блок синфазно-противофазных мостов, соединенных по синфазным и противофазным входам с соответствующими выходами смежных пар передающих СВЧ-волноводов, входы которых равномерно распределены на выходной выпуклой поверхности квазиоптической линзы, причем приемные и передающие СВЧ-волноводы квазиоптической линзы выполнены равной длины соответственно для соединения с активными элементами линейной антенной решетки и с синфазно-противофазными мостами формирователя суммарно-разностных приемных диаграмм антенны.
При этом каждый синфазно-противофазный мост выполнен в виде двойного волноводного Т-моста, на волноводных выхода которого установлены коаксиально-волноводные переходы, а полость моста заполнена фторопластом, квазиоптическая линза выполнена в виде линзы Климова, линзы Ротмана, линзы Люнеберга, линзы Руза или линзы Гента, а СВЧ-волноводы квазиоптической линзы - в виде коаксиальных и/или СВЧ-линий полоскового типа.
Введение в антенну формирователя многолепестковой суммарно-разностной приемной диаграммы направленности, установленного на выходе квазиоптической линзы и содержащего блок синфазно-противофазных мостов, соединенных по синфазным и противофазным входам с соответствующими выходами смежных пар передающих СВЧ-волноводов, входы которых равномерно распределены на выходной выпуклой поверхности квазиоптической линзы, позволяет совместить суммарную и разностную диаграмму направленности соседних угловых лепестков в общем угловом направлении, увеличить суммарную мощность сигнала в синфазном канале приема и одновременно увеличить крутизну дискриминационной характеристики в противофазном канале приема, обеспечивающих повышение угловой разрешающей способности приемной антенны и, как следствие, резкое повышение точности измерения угловых координат воздушных объектов. Выполнение приемных и передающих СВЧ-волноводов квазиоптической линзы равной длины соответственно для соединения с активными элементами линейной антенной решетки и с синфазно-противофазными мостами формирователя суммарно-разностных приемных диаграмм антенны позволяет уменьшить фазовые рассогласования, связанные с задержкой сигналов в СВЧ-волноводах и, тем самым, дополнительно повысить точность измерения угловых координат воздушных объектов.
На фиг.1 представлена функциональная схема многолучевой приемной антенны РЛС, на фиг.2 - конструкция квазиоптической линзы Климова, на фиг.3 конструкция синфазно-противофазного моста, на фиг.4 - синфазно-противофазная диаграмма направленности многолучевой приемной антенны.
1
1
1
1
1
1
Многолучевая приемная антенна (фиг.1) содержит последовательно соединенные активную линейную антенную решетку 1, квазиоптическую линзу 2 и формирователь 3 многолепестковой суммарно-разностной приемной диаграммы направленности. Активная линейная антенная решетка 1 содержит СВЧ-приемники 1.1…1.N с управляемыми фазовращателями. Выходы приемников 1.1…1.N соединены приемными СВЧ-волноводами 4 с СВЧ-входами квазиоптической линзы 2. СВЧ-волноводы 4 выполнены в виде коаксиальных и/или СВЧ-линий полоскового типа равной длинны. Квазиоптическая линза является диаграммообразующей системой оптического типа. Она выполнена в виде линзы Люнеберга, линзы Гента, линзы Руза, линзы Климова или линзы Ротмана (Proposed by W.Rotman in IEEE Trans, Antennas Propagat, Vol. AP-11, No. 6, Nov. 1963, pp. 623-632; Modified by R.C.Hansen in IEEE Trans, Antennas Propagat., Vol. 39, No. 4, Apr. 1991, pp. 464-472). Преимуществом линзы Климова (фиг.2) перед другими квазиоптическими линзами 2 является простота изготовления. Она содержит металлический корпус 5 с выфрезированной полостью 6 для установки усеченной с боковых сторон эллипсоидальной фторопластовой пластины 7, а также содержит металлическую крышку 8 с приемными (входными) 9.1..9.N и передающими (выходными) зондами 10.1…10.N, где N<<N. Зонды 9.1..9.N и 10.1…10N равномерно распределены на входной и выходной выпуклой поверхности квазиоптической линзы, выполнены сборно-разборными коаксиального типа, а их центральные электроды заглублены вертикально во фторопластовую пластину 7 соответственно вблизи передней и задней границы усеченного эллипса пластины 7. Крутизна передней и задней границы усеченного эллипса пластины 7 выбрана из условия фокусировки электромагнитных волн зондов 9.2..9.(N-1) между соседними парами зондов 10.2…10.(N-1) со смежных угловых направлений. Для устранения краевых эффектов крайние зонды 9.1, 10.1, N, N подключены к согласованным нагрузкам 11, а боковые торцы фторопластовой пластины 7 покрыты пленочным поглотителем 12 электромагнитных волн. Выходные зонды 10.2…10.(N-1) попарно соединены коаксиальными кабелями 13 равной длины с синфазными 14 и противофазными 15 входами соответствующих синфазно-противофазных мостов 16 формирователя 3 многолепестковой суммарно-разностной приемной диаграммы направленности. При этом каждый синфазно-противофазный мост 16 (фиг.3) выполнен в виде двойного волноводного Т-моста, на суммарном 17 и разностном 18 волноводных выходах которого установлены коаксиально-волноводные переходы, аналогичные по конструкции зондам 9, 10 линзы 7, а полость моста заполнена фторопластом.
1
1
1
2
+
1
2
-
1
2
ист
+
-
Многолучевая приемная антенна работает следующим образом. Энергия с фронтом 19 волны, приходящая от источника СВЧ-излучения с углового направления [3, принимается приемными элементами 1.1..1.N антенны 1 и передается по кабелям 4 равной длины на приемные зонды 9.1..9.N квазиоптической линзы 2. Линза 2 фокусирует принятую энергию СВЧ-излучения во фторопластовой пластине 7 в области расположения двух соседних зондов из группы 10.1..10N, соответствующих угловому направлению β. Принятое соответствующими соседними зондами из группы 10.1…10N СВЧ-излучение U и U по кабелям 13 равной длины передается соответственно на входы 14 и 15 моста 16 формирователя 3 суммарно-разностных диаграмм направленности (фиг.4) на источник излучения, находящийся на угловом направлении β. При этом с выхода 17 моста 16 снимается суммарный сигнал U=U+U, а с выхода 18 этого моста - разностный сигнал U=U-U. При этом точному угловому положению β соответствует центр суммарной диаграммы 20 и наибольшая крутизна дискриминационной характеристики разностной диаграммы 21 направленности. Численные значения суммарно-разностных сигналов U и U далее используются в цифровой следящей системе и измерителе координат для точного определения местоположения источника радиоизлучения.
Изобретение разработано на уровне физической и цифровой модели. Результаты моделирования показали, что точность пеленгации (измерения угловых координат) источников излучений с помощью предлагаемой антенны увеличилась не менее чем на порядок.