БИПЛОСКОСТНАЯ АНТЕННА "КВАЗИФАР"

Полезная модель относится к антеннам, конкретно к биплоскостным антеннам для беспилотных летательных аппаратов,
Известна биплоскостная антенна (Справочник по системотехнике, под ред. Р.Макола. М:, «Советское радио», 1970. С.219-243), содержащая две ортогонально установленные линейные антенны с независимым линейным сканированием. При этом каждая антенна установлена на отдельном жестком основании с независимой подвеской и выполнена в виде зеркальной антенны с профилем отражателя в форме параболического цилиндра и возможностью сканирования веерными лучами соответственно в азимутальной и угломестной плоскостях в сантиметровом диапазоне электромагнитных волн.
Недостатком известной биплоскостной антенны является относительно высокие массогабаритные характеристики (вес десятки - сотни кг, раскрыв апертуры от единиц до десятков м), обусловленные наличием раздельных подвесок и собственным весом антенн. Следствием этих недостатков является невозможность применения последней нa борту беспилотного летательного аппарата, как правило, обладающего недостаточной грузоподъемностью (Эволюция антенных систем для бортовых РЛК //Радиотехника, 2005, №2, с.40-45).
В основу настоящей полезной модели поставлена задача создания биплоскостной антенны, пригодной для использования ее на борту беспилотного летательного аппарата.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение массогабаритных параметров антенны.
Решение поставленной задачи и получение желаемого технического результата достигается тем, что биплоскостная антенна, содержащая две ортогонально установленные линейные антенны с независимым линейным сканированием, согласно полезной модели линейные антенны выполнены в виде линейных фазированных антенных решеток и установлены на общем жестком основании, причем каждая линейная фазированная решетка, содержит параллельно установленные однорядную плату щелевых вибраторов, однорядную плату фазовращателей, полосковую СВЧ - линию и плату управления с выводами управления фазой, при этом фазовращатели однорядной платы установлены в один ряд и выполнены виде пьезокерамических пластин, две противоположные стороны которых снабжены металлизированными покрытиями, соединенными с управляющими выводами платы управления.
При этом платы и полосковая СВЧ - линия выполнены печатными с послойным напылением полупроводниковых, резистивных и диэлектрических материалов. Каждая пьезокерамическая пластина выполнена из титаната бария или цирконата-титаната свинца. Плата управления содержит последовательно соединенные дешифратор и блок преобразователей «цифра - аналог», выполненные методом печатного монтажа.
Выполнение каждой линейной антенны в виде линейной фазированной решетки, установленной на общем с другой ортогональной антенной жестком основании и электронное управление веерными лучами взамен механического управления позволяют исключить необходимость использования относительно тяжелых раздельных подвесок и соответствующих электромеханических средств управления лучами известной биплоскостной антенны (механического качания рефлектора или контррефлектора) и получить требуемый технический результат, заключающийся в снижении массогабаритных характеристик антенны. То есть технический результат достигается сокращением одной независимой подвески биплоскостной антенны путем установки антенн не на
раздельных, а на общем основании, а также замены электромеханических средств сканирования лучом более легкими электронными средствами сканирования. Дополнительное снижение массогабаритных характеристик предложенной биплоскостной антенны обеспечивается за счет использования для управления лучом в линейной фазированной антенной решетке пьезокерамических фазовращателей, обладающих малыми массогабаритными характеристиками по сравнению с известными ферритовыми фазовращателями, используемыми в настоящее время в фазированных антенных системах. В свою очередь исключение ферритовых фазовращателей и далее позволяет уменьшить массогабаритные характеристики предложенной биплоскостной антенны за счет возможности перехода из дециметрового - сантиметрового диапазона волн в миллиметровый ÷ субмилиметровый диапазоны волн, в которых массогабаритные характеристики антенн, уменьшаются пропорционально уменьшению длины волны (см. К.Ротхаммель. Антенны. М:, «Энергия», 1969, с.245). Такая возможность появилась за счет того, что, в отличие от ферритовых фазовращателей (см. Билык Е.Г. Полосковые линии и устройства сверхвысоких частот. Харьков, ХВАТУ, 1974, с.7-14), пьезокерамические фазовращатели в полезной модели не закрывают выход электромагнитных волн через плату щелевых вибраторов. Это в спою очередь позволяет уменьшить на несколько порядков затухание электромагнитных волн в антенне, что и позволяет использовать ее в миллиметровом - субмиллиметровом диапазонах электромагнитных волн.
На фиг.1 представлен рисунок, поясняющий конструкцию биплоскостной антенны; на фиг.2 - разрез линейной фазированной решетки по А-А; на фиг 3 - рисунок, поясняющий принцип работы пьезокерамического фазовращателя биплоскостной антенны; на фиг.4 - функциональная схема обработки сигналов биплоскостной антенны.
Биплоскостная антенна содержит две линейные фазированные антенные
решетки (ФАР) 1 и 2, ортогонально установленные на общем жестком основании 3. Каждая линейная ФАР 1 и ФАР 2 содержит параллельно установленные однорядную плату 4 щелевых вибраторов, однорядную плату 5 фазовращателей 6, полосковую СВЧ - линию 7 и плату 8 управления с выводами 9 управления фазой, при этом фазовращатели 6 однорядной платы 4 установлены в один ряд и выполнены виде пьезокерамических пластин 10, две противоположные стороны снабжены металлизированными покрытиями 11 и 12, соединенными с управляющими выводами 9 платы 8. Платы 4, 5, 8 и полосковая СВЧ- линия 7 выполнены печатными с послойным напылением полупроводниковых, резистивных и диэлектрических материалов. Каждая пьезокерамическая пластина 10 выполнена из титаната бария (ТБ-1) или цирконата-титаната свинца (PZT-5H). Плата 8 управления с входной клеммой 13 выполнена методом печатного монтажа и может содержать последовательно соединенные дешифратор и блок преобразователей «цифра - аналог» (см. Авиационная радиолокация. Справочник под ред. П.С.Давыдова. М., «Транспорт», 1984. с.116-123; Справочник по радиоэлектронике. Под общей ред. профессора А.А.Куликовского. М., «Энергия», 1970. Т.3, с.337-340; Справочник. М:, «Радио и связь», 1990. с.422-431 и Советская военная энциклопедия. М., Военное издательство МО СССР, 1979. Т.7, с.6).
Работа полезной модели рассмотрена на примере (фиг.4) ее использования в бортовом радиолокаторе (БРЛК) летательного аппарата.
1
2
Биплоскостная антенна работает следующим образом. На клемник 13 (фиг.2) линейных ФАР 1 и 2 биплоскостной антенны БРЛК с ЭВМ 14 БРЛК (фиг.4) подаются импульсно кодовые сигналы сканирования веерными лучами 15 и 16 по азимуту и углу места с частотами f и f соответственно. В плате 8 биплоскостной антенны сигналы сканирования дешифрируются, преобразуются в аналоговые сигналы и передаются через соответствующие выводы 9 на обкладки 11 и 12 фазовращателей 6 платы 5 биплоскостной антенны. Под
1
2
ε
β
воздействием аналоговых сигналов за счет электрострикционного эффекта изменяется толщина пьезокерамических пластин 10 фазовращателей 6. При этом изменяется проходное отверстие d радиоволновода между внутренней поверхностью платы 4 щелевых вибраторов 6 и металлизированным покрытием 11 соответствующих фазовращателей 6 биплоскостной антенны. Одновременно СВЧ - генератор 17 БРЛК генерирует зондирующие СВЧ - сигналы, которые через антенные переключатели 18 и 19 поступают на высокочастотные входы линейных ФАР 1 и 2. При прохождении высокочастотного излучения СВЧ -генератора 17 вдоль полосковой СВЧ - линии 7 его фаза φ является функцией f волнового сопротивления ρ последней φ=f(ρ), зависящего от геометрических размеров проходного сечения d радиоволновода, образованного нижней поверхностью платы 4 и верхней поверхностью фазовращателей 6. Это приводит к соответствующему изменению фазового распределения СВЧ - энергии на выходе линейных апертур ФАР 1 и ФАР 2 биплоскостной антенны. При этом происходит сканирование пространства веерными лучами 15 и 16 с частотой ΔF=f-f и обеспечивается диагональное растровое сканирование пространства диаграммой направленности 20 «иглообразного» вида θ(ε,β)=(θΛθ), образуемого пересечением плоскостей диаграмм 15 и 16. Отраженные от воздушных объектов эхосигналы принимаются ФАР 1 и 2 биплоскостной антенны, проходят соответствующие антенные переключатели 18, 19 БРЛК, усилители 21, 22 и через коррелятор 23 и аналого-цифровой преобразователь 24 выдаются на ЭВМ 14 для обработки сигнальной информации.
Полезная модель разработана на уровне экспериментального образца биплоскостной антенны миллиметрового диапазона общим весом 90 грамм при размерах зон обзора пространства по ε и β не менее 8° в каждой плоскости. При этом по сравнению с прототипом вес предложенной биплоскостной антенны уменьшен не менее чем на 2 порядка (100 раз).