АНТЕННАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности к антенным системам и может быть использована в нелинейных радиолокаторах.
Известна антенная система (см. Антенны эллиптической поляризации. Сб. статей. Под ред. А. И. Шпунтова, М., «Издательство иностранной литературы», 1961, с.188-194), содержащая излучатель, фидер питания и циркулятор для развязки выхода передатчика и входа приемника. С целью расширения полосы рабочих частот излучатель антенной системы выполняется в виде плоской равноугольной спирали, при этом однонаправленность излучения обеспечивается размещением с одной стороны излучателя металлического отражающего экрана. Данная антенная система излучает и принимает сигналы с круговой поляризацией, что не позволяет реализовать поляризационную селекцию обнаруживаемых объектов на фоне мешающих отражений от местных предметов. Развязка выхода передатчика и входа приемника, обеспечиваемая циркулятором, во многих случаях оказывается недостаточной.
Известна антенная система (см. Антенны и устройства СВЧ. Под ред. Д. И. Воскресенского, М., «Радио и связь», 1981, с.194), содержащая четыре излучателя в виде печатных вибраторов треугольной формы и питающую фидерную полосковую линию, причем электрическая длина ветвей линии, питающих каждый вибратор, выполнена одинаковой с целью обеспечения синфазного возбуждения вибраторов на всех рабочих частотах. Данная система также не позволяет осуществлять поляризационную селекцию обнаруживаемых объектов.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является моноимпульсная антенна, приведенная в книге «Антенны (Современное состояние и проблемы)». Под ред. Л.Д.Бахраха и Д.И.Воскресенского. М., «Сов. Радио», 1979, с.111), принятая за прототип.
Антенна-прототип содержит четыре идентичных излучателя, расположенные в узлах плоской прямоугольной координатной сетки с равными расстояниями между узлами таким образом, что первый и третий излучатели образуют первый, а второй и четвертый излучатели второй горизонтальные ряды, первый и второй излучатели образуют первый, а третий и четвертый излучатели второй вертикальные ряды, и четыре идентичных линейных многополюсника, причем электрическая длина линий на рабочей частоте между первым и вторым, вторым и третьим, третьим и четвертым входами многополюсника равна одной четвертой части длины волны, а электрическая длина линии между первым и четвертым входами равна трем четвертым частям длины волны, выход первого излучателя соединен с третьим входом первого многополюсника, выход второго излучателя соединен с первым входом первого многополюсника, выход третьего излучателя соединен со вторым входом второго многополюсника, выход четвертого излучателя соединен с четвертым входом второго многополюсника, второй вход первого и третий вход второго многополюсников соединены с первым и третьим входами третьего многополюсника соответственно, второй вход которого является суммарным, а четвертый - разностным по азимуту выходами мноимпульсной антенны, четвертый вход первого и первый вход второго многополюсников подключены к четвертому и второму входам четвертого многополюсника соответственно, третий вход которого является разностным по углу места выходом моноимпульсной антенны, а первый вход подключен к балластной нагрузке.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Излучатели антенны-прототипа расположены в узлах плоской прямоугольной координатной сетки, расстояние между узлами которой по осям - d, - удовлетворяет условию (см. Антенны и устройства СВЧ. Под ред. Д. И. Воскресенского, М., «Радио и связь», 1981, с.21)
и0,5
где θ - ширина диаграммы одного излучателя по уровню
половинной мощности,
λ - длина волны,
причем первый и третий излучатели образуют первый, а второй и четвертый излучатели - второй горизонтальные ряды. Соответственно, первый и второй излучатели образуют первый, а третий и четвертый излучатели - второй вертикальные ряды. Линейные многополюсники, в качестве которых могут использоваться, например, двойные волноводные тройники или кольцевые волноводные мосты, являются взаимными устройствами, каждый вывод (полюс) которых, в зависимости от направления прохождения сигнала, может быть как входом, так и выходом.
Электрическая длина пути от каждого из четырех излучателей до соответствующих входов многополюсников, к которым подключаются излучатели, одинакова. Также одинаковой является электрическая длина пути между вторым входом первого и первым входом третьего многополюсника, с одной стороны, и третьими входами второго и третьего многополюсников, с другой стороны. Поэтому при подведении сигнала от передатчика ко второму входу третьего многополюсника излучатели возбуждаются синфазно, и антенна излучает в направлении, перпендикулярном плоскости размещения излучателей. В режиме приема принимаемые каждым излучателем сигналы также складываются на втором входе третьего многополюсника синфазно, поэтому он является суммарным выходом антенны. При этом ширина луча определяется общей апертурой четырех излучателей.
На четвертый вход третьего многополюсника сигналы от первого и второго излучателя приходят с одинаковым фазовым сдвигом (относительно фазы принимаемого сигнала), а сигналы от третьего и четвертого излучателей - также синфазно между собой, но с набегом фазы, равным π,
1
2
3
4
i
относительно сигналов первого и второго излучателей. Таким образом, на данном выходе моноимпульсной антенны формируется сигнал, равный разности сигналов от двух вертикальных пар излучателей: (U+U)-(U+U), -где U - сигнал с выхода i-го излучателя. В результате в азимутальной плоскости формируется минимум в направлении на источник сигнала.
1
3
2
4
На третий вход четвертого многополюсника сигналы от первого и третьего излучателя приходят с одинаковым набегом фазы (относительно фазы принимаемого сигнала), а сигналы от второго и четвертого излучателей, синфазные между собой, - с набегом фазы, равным те, относительно сигналов первого и третьего излучателей. Таким образом, на данном выходе моноимпульсной антенны формируется сигнал, равный разности сигналов от двух горизонтальных пар излучателей: (U+U)-(U+U),- в результате чего в угломестной плоскости формируется минимум в направлении на источник сигнала.
Для развязки входа приемника и выхода передатчика необходимо использование циркулятора. Уровень развязки, обеспечиваемый циркулятором, составляет обычно около 20 дБ и в ряде случаев оказывается недостаточным. Например, в нелинейном локаторе уровень полезного сигнала, представляющего собой вторую или третью гармоники сигнала передатчика, образованные при облучении обнаруживаемого нелинейного элемента, может быть на три-четыре порядка меньше собственных второй и третьей гармоник передатчика, проникающих на вход приемника при недостаточной развязке входа приемника и выхода передатчика.
Недостатками устройства-прототипа являются невозможность осуществления поляризационной селекции обнаруживаемых объектов на фоне отражений от местных предметов, а также необходимость использования для развязки входа приемника и выхода передатчика циркулятора.
Целью предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности поляризационной селекции сигналов, принимаемых от
обнаруживаемых объектов, на фоне отражений от местных предметов, а также увеличение степени развязки входа приемника от выхода передатчика.
Для устранения указанных недостатков в антенной системе, содержащей четыре идентичных излучателя, расположенных в узлах плоской прямоугольной координатной сетки с равными расстояниями между узлами таким образом, что первый и третий излучатели образуют первый, а второй и четвертый излучатели второй горизонтальные ряды, первый и второй излучатели образуют первый, а третий и четвертый излучатели второй вертикальные ряды, и три идентичных линейных многополюсника, причем электрическая длина линий на рабочей частоте между первым и вторым, вторым и третьим, третьим и четвертым входами многополюсника равна одной четвертой части длины волны, а электрическая длина линии между первым и четвертым входами равна трем четвертым частям длины волны, выход первого излучателя соединен с третьим входом первого многополюсника, выход второго излучателя соединен с первым входом первого многополюсника, выход третьего излучателя соединен со вторым входом второго многополюсника, выход четвертого излучателя соединен с четвертым входом второго многополюсника, второй вход первого и третий вход второго многополюсников соединены с первым и третьим входами третьего многополюсника соответственно, согласно полезной модели, излучатели выполнены в виде равноугольной двухзаходной спирали, причем направление вращения спиралей первого и второго излучателей одинаково и противоположно направлению вращения спиралей третьего и четвертого излучателей, точки питания спиральных вибраторов каждого излучателя лежат в одной плоскости, а сами излучатели развернуты вокруг собственной оси симметрии таким образом, что линии, проведенные через их точки питания, параллельны, при этом второй вход третьего многополюсника служит для подключения выхода передатчика, а четвертый вход третьего многополюсника - для подключения входа приемника.
Функциональная схема предлагаемой антенной системы приведена на фиг.1, где обозначено:
1-2- первый, второй спиральные излучатели;
3-4 - четвертый и третий спиральные излучатели;
5-7 - первый, второй и третий многополюсники.
Схематическое изображение спиральных излучателей и их взаимного положения в предлагаемой антенной системе приведено на фиг.2.
Предлагаемая антенная система содержит (фиг.1) четыре идентичных спиральных излучателя, первый 5, второй 6 и третий 7 многополюсники, при этом выход первого излучателя 1 соединен с третьим входом первого многополюсника 5, первый вход которого соединен с выходом второго излучателя 2. Выход третьего излучателя 4 подсоединен ко второму входу второго многополюсника 6, четвертый вход которого соединен с выходом четвертого излучателя 3. Кроме того, четвертый вход первого 5 и первый вход второго 6 многополюсников являются входами для подключения балластных резисторов, второй вход первого 5 и третий вход второго 6 многополюсников соединены соответственно с первым и третьим входами третьего многополюсника 7, второй вход которого является входом для подключения выхода передатчика, а четвертый вход - для подключения входа приемника. При этом электрическая длина линий на рабочей частоте между первым и вторым, вторым и третьим, третьим и четвертым входами каждого многополюсника равна одной четвертой части длины волны (), а электрическая длина линии между первым и четвертым входами равна трем четвертым частям длины волны ().
Спиральные излучатели (фиг.2) расположены в узлах плоской прямоугольной координатной сетки с равным расстоянием между узлами, причем первый 1 и третий 4 излучатели образуют первый, а второй 2 и четвертый 3 излучатели второй горизонтальные ряды, первый 1 и второй 2
излучатели образуют первый, а третий 4 и четвертый 3 излучатели второй вертикальные ряды.
Предлагаемая антенная система работает следующим образом. Если сигнал передатчика подается на второй вход третьего многополюсника 7, то излучатели антенной системы возбуждаются синфазно, поскольку электрическая длина пути от данной точки до каждого из них, включая длину пути в многополюсниках 5, 6 и 7, одинакова. В этом случае каждая пара спиральных излучателей с противоположным направлением вращения излучает сигнал с линейной поляризацией (см. Р. Кюн. Микроволновые антенны (Антенны сверхвысоких частот). Ленинград, «Судостроение», 1967, с.463). Такими парами в предлагаемой антенной системе являются первый 1 и третий 4 излучатели с одной стороны, и второй 2 и четвертый 3 излучатели - с другой стороны. Поскольку данные пары излучателей идентичны, направление линейной поляризации излучаемого ими сигнала одинаково, и антенная система излучает линейно поляризованный сигнал. Направление поляризации излучаемого сигнала определяется направлением линий, проходящих через точки питания вибраторов излучателей. Например, у спиральных излучателей, приведенных на фиг.2, линии, проходящие через точки питания вибраторов излучателей, горизонтальны. Поэтому, если их левые по фиг.2 полюсы считать эквивалентными, то, как следует из принципа подобия, каждая горизонтальная пара при синфазном возбуждении будет излучать сигнал с горизонтальной поляризацией. Аналогично можно убедиться, что при противофазном возбуждении этих излучателей указанная пара будет излучать сигнал с вертикальной поляризацией. При подключении источника сигнала к четвертому входу третьего многополюсника 7, третий 4 и четвертый 3 излучатели будут возбуждаться противофазно по отношению к первому 1 и второму 2 излучателям. В соответствии с принципом взаимности из последнего следует, что в режиме приема на четвертом входе третьего многополюсника 7 будет выделяться суммарный сигнал вертикально поляризованного излучения, принимаемого всеми излучателями
предлагаемой антенной системы. Поскольку разность хода сигнала с выхода передатчика (от второго входа третьего многополюсника 7) до четвертого входа третьего многополюсника 7, к которому предлагается подключать вход приемника, по пути 2-3-4 и по пути 2-1-4 составляет половину длины волны (), то сигнал передатчика на входе приемника отсутствует (значительно ослаблен). За счет того, что прием сигнала осуществляется на поляризации, ортогональной поляризации излучаемого сигнала, мешающие сигналы, отраженные от местных предметов и сохраняющие поляризацию зондирующего сигнала, не будут поступать на вход приемника. Обнаруживаться будут только объекты, которые при отражении зондирующего сигнала образуют составляющую с поляризацией, ортогональной поляризации падающего излучения.
Таким образом, предлагаемая антенная система позволяет увеличить развязку между выходом передатчика и входом приемника, а также осуществлять поляризационную селекцию обнаруживаемых объектов.