Моноимпульсная двухмерная фазированная антенная решетка с электронным управлением лучом

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ	(19) RU (11) 157 349  (13) U1
	(51) МПК H01Q 21/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ

Статус: Пошлина:

действует (последнее изменение статуса: 19.06.2017) учтена за 3 год с 29.07.2017 по 28.07.2018

(21)(22) Заявка: 2015131426/28, 28.07.2015 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 28.07.2015 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 28.07.2015 (45) Опубликовано: 27.11.2015 Бюл. № 33 Адрес для переписки: 140180, Московская обл., г. Жуковский, Гагарина, 3, Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова"

(72) Автор(ы): Митин Владимир Александрович (RU), Ястребов Борис Петрович (RU), Винярская Наталья Александровна (RU), Кудрявцева Любовь Николаевна (RU), Надеждина Татьяна Владимировна (RU) (73) Патентообладатель(и): Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" (RU)

(54) МОНОИМПУЛЬСНАЯ ДВУХМЕРНАЯ ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЛУЧОМ

(57) Реферат:

Предлагаемая полезная модель относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в СВЧ антенной технике в качестве фазированных антенных решеток, использующих моноимпульсный метод пеленгации. Моноимпульсная двухмерная фазированная антенная решетка с электронным управлением лучом состоит из линеек излучателей, соединенных с линейками фазовращателей, волноводного распределителя, выполненного из направленных ответвителей и магистральных волноводов, причем волноводный распределитель выполнен из линейных распределителей первого типа, сгруппированных по четвертям и построчно заполняющих весь раскрыв моноимпульсной двухмерной ФАР с электронным управлением лучом, и четырех линейных распределителей второго типа, расположенных ортогонально линейным распределителям первого типа. Для обеспечения работы как всей моноимпульсной двухмерной фазированной антенной решетки с электронным управлением лучом в целом, так и независимой работы отдельных подрешеток-строк ее раскрыва в нее введены Н-мосты по числу пар распределителей первого типа и два балансных Т-моста, при этом выходы каждого из Н-мостов присоединены к входам двух магистральных волноводов линейных распределителей первого типа, составляющих одну полную подрешетку-строку, а выходы двух балансных Т-мостов присоединены к входам магистральных волноводов линейных распределителей второго типа, объединяя их в плоскости распределителей второго типа, при этом входы балансных Т-мостов образуют входы ФАР - Σ, Аз, Ум, ΔΔ, причем ответвленные каналы двух распределителей второго типа, относящиеся к одной половине раскрыва, присоединены к первым входам соответствующих Н-мостов, а ответвленные каналы двух других распределителей второго типа, относящиеся к другой половине раскрыва, присоединены ко вторым входам соответствующих Н-мостов при этом, выходы каждого из Н-мостов соединены с входами распределителей первого типа, входящих в одну подрешетку-строку, но относящихся к разным половинам раскрыва, причем к первым входам Н-моста ответвленные каналы распределителей второго типа из одной половины раскрыва присоединены непосредственно, а ко вторым, из другой половины раскрыва, присоединены через коммутаторы, свободные входы которых являются независимыми входами подрешеток.Вторые входы Н-мостов непосредственно являются независимыми входами подрешеток-строк ФАР, каждая из которых состоит из двух линейных распределителей первого типа.

Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в СВЧ антенной технике в качестве фазированных антенных решеток, использующих моноимпульсный метод пеленгации.

Известна фазированная антенная решетка (ФАР) с центральным возбуждением, содержащая линейные излучатели, соединенные с управляемыми фазовращателями, СВЧ-сумматор и волноводный распределитель, выполненный из направленных ответвителей и магистральных волноводов. [«Фазированная антенная решетка с центральным возбуждением», авт. Белошапкин Е.П., Кожухов Ю.А. и др., пат. RU 2070759 C1].

Известна антенная система, описанная в статье «Волноводная распределительная система бортовой антенны с электронным управлением лучом», авт. Синани А.И., Позднякова Р.Д., Митин В.А., «Антенны», вып. 6(61), 2002 г.

В этой бортовой антенне используется волноводная распределительная система (ВРС) строчно-столбцового типа, в которой имеется четыре строчно-столбцовых делителя, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, и СВЧ-сумматор, запитывающий четыре упомянутые делителя с требуемыми для формирования суммарно-разностных диаграмм направленности фазовыми соотношениями.

Недостатком этих технических решений является невозможность независимой работы отдельных фрагментов апертуры.

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому техническому решению является «Антенная система» (RU №2300833 С1, МПК H01Q 21/29 (2006/01), авт. Митин В.А., Винярская Н.А. и др.), Она содержит моноимпульсную фазированную антенную решетку с электронным управлением лучом, установленную на поворотном устройстве, состоящую из линеек излучателей, соединенных с линейками фазовращателей, волноводного распределителя, выполненного из направленных ответвителей и магистральных волноводов, а также СВЧ-сумматора. Волноводный распределитель состоит из М линейных распределителей первого типа, сгруппированных по четвертям и построчно заполняющих весь раскрыв двухмерной моноимпульсной фазированной антенной решетки, и четырех линейных распределителей второго типа, расположенных ортогонально М линейным распределителям первого типа, при этом входы распределителей второго типа соединены с соответствующими выходами СВЧ-сумматора, а каждый из волноводных выходов направленных ответвителей этих распределителей соединен с соответствующим магистральным волноводом линейных распределителей первого типа. Каждый из четырех линейных распределителей второго типа выполнен из двух делителей - основного и дополнительного, при этом основные делители линейного распределителя второго типа и все линейные распределители первого типа выполнены на основе направленных ответвителей с пересекающимися под углом 65-80° каналами таким образом, что волноводные выходы направленных ответвителей основных делителей линейных распределителей второго типа и линейных распределителей первого типа из разных половин раскрыва, соответственно, левой и правой, верхней и нижней, образуют эквидистантную структуру в обеих плоскостях с периодом d_H≤0,63^λ, в плоскости линейного распределителя первого типа и периодом d_E≤0,49^λ в плоскости линейного распределителя второго типа. В плечах волноводных выходов основных делителей линейных распределителей второго типа, в которые направленно ответвляется СВЧ энергия, установлены волноводные уголки, обеспечивающие повороты в Н и Е плоскостях и трансформацию сечений волновода, а к каждому из плеч основных делителей линейных распределителей второго типа, в которые не ответвляется СВЧ энергия, присоединены через волноводные фазосдвигающие секции волноводные выходы направленных ответвителей дополнительных делителей линейных распределителей второго типа, каждый из которых представляет собой ряд направленных ответвителей, объединенных магистральным волноводом, вход которого соединен с соответствующим выходом дополнительного СВЧ-сумматора, в свою очередь, вход этого сумматора, как и вход основного сумматора, на которых формируются разностные характеристики в плоскости расположения распределителя второго типа, соединены через фазосдвигающие секции с выходами волноводного направленного ответвителя, на входе которого формируются разностные характеристики, соответствующие диаграмме направленности с пониженным уровнем боковых лепестков.

В режиме передачи СВЧ сигнал подается в моноимпульсную ФАР через СВЧ-сумматор и строчно-столбцовую систему, состоящую из ортогонально расположенных линейных распределителей первого и второго типов, сгруппированных по четвертям и построчно заполняющих раскрыв двухмерной моноимпульсной ФАР, а в режиме приема - суммировании парциальных сигналов от раскрыва в линейных распределителях первого и второго типов, а затем в СВЧ-сумматоре.

Недостатоком приводимого технического решения является реализация режимов работы ФАР, использующих только полный раскрыв ФАР.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что моноимпульсная двухмерная фазированная антенная решетка (ФАР) с электронным управлением лучом, состоит из линеек излучателей, соединенных с линейками фазовращателей, волноводного распределителя, выполненного из направленных ответвителей и магистральных волноводов, причем волноводный распределитель выполнен из линейных распределителей первого типа, сгруппированных по четвертям и построчно заполняющих весь раскрыв двухмерной ФАР, и линейных распределителей второго типа, расположенных ортогонально линейным распределителям первого типа.

Новым в предлагаемой антенной системе является то, что в моноимпульсную двухмерную фазированную антенную решетку с электронным управлением лучом введены Н-мосты по числу пар распределителей первого типа и два балансных Т-моста. При этом выходы каждого из Н-мостов присоединены к входам двух магистральных волноводов линейных распределителей первого типа, составляющих одну полную подрешетку-строку, а выходы двух балансных Т-мостов, присоединены к входам магистральных волноводов линейных распределителей второго типа, объединяя их в плоскости распределителей второго типа. Входы двух балансных Т-мостов образуют входы ФАР суммарный (Σ), разностный азимутальный (Аз), разностный угломестный (Ум), разность разностный (ΔΔ). Ответвленные каналы двух распределителей второго типа, относящиеся к одной половине раскрыва, присоединены к первым входам соответствующих Н-мостов, а ответвленные каналы двух других распределителей второго типа, относящиеся к другой половине раскрыва, присоединены ко вторым входам соответствующих Н-мостов, при этом выходы каждого из Н-мостов соединены с входами распределителей первого типа, входящих в одну подрешетку-строку, но относящихся к разным половинам раскрыва. Причем к первым входам Н-мостов ответвленные каналы соответствующего распределителя второго типа присоединены непосредственно, а ко вторым из другой половины раскрыва присоединены через коммутаторы, свободные входы которых являются независимыми входами подрешеток-строк ФАР.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей моноимпульсной двухмерной фазированной антенной решетки с электронным управлением лучом.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечения работы как всей моноимпульсной двухмерной фазированной антенной решетки с электронным управлением лучом в целом, так и независимой работы отдельных подрешеток-строк ее раскрыва.

На фиг. 1 показана функциональная схема моноимпульсной двухмерной фазированной антенной решетки с электронным управлением лучом.

Она состоит из двух балансных Т-мостов 1, распределителей второго типа 2, распределителей первого типа 3, линеек фазовращателей 4, линеек излучателей 5, Н-мостов 6, коммутаторов 7. Свободный вход каждого коммутатора является независимым входом подрешетки-строки ФАР, состоящей из двух распределителей первого типа 3.

Волноводный распределитель выполнен из линейных распределителей первого типа 3, сгруппированных по четвертям и построчно заполняющих весь раскрыв моноимпульсной двухмерной фазированной антенной решетки с электронным управлением лучом, и четырех линейных распределителей второго типа 2, расположенных ортогонально линейным распределителям первого типа 3. Причем количество введенных Н-мостов 6 равно числу пар распределителей первого типа 3, при этом выходы каждого из Н-мостов 6 присоединены к входам двух магистральных волноводов линейных распределителей первого типа 3, составляющих одну полную подрешетку-строку, а выходы двух балансных Т-мостов 1 присоединены к входам магистральных волноводов линейных распределителей второго типа 2, объединяя их в плоскости распределителей второго типа 2, при этом входы балансных Т-мостов 1 образуют входы моноимпульсной двухмерной фазированной антенной решетки с электронным управлением лучом - X, Аз, Ум, ΔΔ. Ответвленные каналы двух распределителей второго типа 2, относящиеся к одной половине раскрыва, присоединены к первым входам соответствующих Н-мостов 6, а ответвленные каналы двух других распределителей второго типа 2, относящиеся к другой половине раскрыва, присоединены ко вторым входам соответствующих Н-мостов 6 при этом, выходы каждого из Н-мостов 6 соединены с входами распределителей первого типа 3, входящих в одну подрешетку-строку, но относящихся к разным половинам раскрыва, причем к первым входам Н-мостов ответвленные каналы распределителей второго типа 2 из одной половины раскрыва присоединены непосредственно, а ко вторым, из другой половины раскрыва, присоединены через коммутаторы 7, свободные входы которых являются независимыми входами подрешеток-строк.

Работает ФАР следующим образом:

- в режиме «на передачу» сигнал от передатчика через элементы волноводного тракта и балансные мосты 1 поступает на входы распределителей второго типа 2 и, распространяясь вдоль них, ответвляется в ответвленные каналы направленных ответвителей, входящих в распределители второго типа 2, соединенные с первым входом Н-мостов 6. Поступая на первый вход каждого из Н-мостов 6, сигнал делится пополам и питает оба распределителя первого типа 3 каждой строки, принадлежащие, разным половинам раскрыва антенны, а также линейку фазовращателей 4 и линейку излучателей 5. Таким образом, «на передачу» работает весь раскрыв антенны.

Для независимой работы «на передачу» какой-либо из подрешеток-строк антенны, состоящей из двух распределителей первого типа, сигнал от передатчика поступает через коммутатор 7, установленный в свободном положении, на второй вход соответствующего Н-моста 6, делится пополам, питая обе линейки-«строки» распределителя первого типа 3,принадлежащие разным половинам раскрыва, а также соответствующую линейку фазовращателей 4 и линейку излучателей 1. Противофазность, возникающая на выходах Н-моста 6, устраняется в соответствующих линейках фазовращателей 4 подрешеток ФАР.

- в режиме «на прием» сигнал от раскрыва антенны через линейки излучателей 5, линейки фазовращателей 4 и распределители первого типа 3 поступает на выходы всех Н-мостов 6. Эти сигналы суммируются в Н-мостах и поступают на первый и второй входы Н-моста в пропорции зависящей от отличия направлений излучаемого и принимаемого сигналов в плоскости распределителей первого типа. Затем, в случае работы «на прием» всей антенны, сигналы от первых и вторых входов Н-мостов поступают на выходы распределителей второго типа, суммируются в них и приходят на выходы балансных Т-мостов, суммируются в них и далее поступают на входы Σ, УМ, АЗ, ΔΔ.

В случае работы «на прием» одной подрешетки ФАР сигнал приходит на вход II Н-моста, связанный с соответствующим приемником через коммутатор 7, устанавливаемый в соответствующее положение. При этом в линейке фазовращателей 4, связанной с одним из распределителей первого типа 3, входящих в эту подрешетку-строку, необходимо изменение значений фазы на 180°.

Технико-экономические преимущества предложенного технического решения по сравнению с прототипом заключаются в возможности независимой работы отдельных подрешеток распределителей первого типа, принадлежащих одной строке моноимпульсной двухмерной фазированной антенной решетки с электронным управлением лучом, на прием и передачу. Следует отметить, что независимая работа подрешетки предполагает также возможность излучения и приема СВЧ-сигнала отдельными подрешетками-строками на различных частотах.

Результаты практической реализации предложенного конструктивно-технического решения не вызывают сомнений. Проведено математическое моделирование, подтверждающие возможность реализации независимой работы подрешеток антенны, состоящих из двух распределителей первого типа - строк. Изготовлен макетный образец антенны, измеренные характеристики которого подтвердили заявленные преимущества.

Формула полезной модели

Моноимпульсная двухмерная фазированная антенная решетка с электронным управлением лучом, состоящая из линеек излучателей, соединенных с линейками фазовращателей, волноводного распределителя, выполненного из направленных ответвителей и магистральных волноводов, причем волноводный распределитель выполнен из линейных распределителей первого типа, сгруппированных по четвертям и построчно заполняющих весь раскрыв моноимпульсной двухмерной фазированной антенной решетки с электронным управлением лучом, и четырех линейных распределителей второго типа, расположенных ортогонально линейным распределителям первого типа, отличающаяся тем, что в нее введены Н-мосты по числу пар распределителей первого типа и два балансных Т-моста, при этом выходы каждого из Н-мостов присоединены к входам двух магистральных волноводов линейных распределителей первого типа, составляющих одну полную подрешетку-строку, а выходы двух балансных Т-мостов присоединены к входам магистральных волноводов линейных распределителей второго типа, объединяя их в плоскости распределителей второго типа, при этом входы балансных Т-мостов образуют входы фазированной антенной решетки - суммарный, разностный азимутальный, разностный угломестный, разность разностный, причем ответвленные каналы двух распределителей второго типа, относящиеся к одной половине раскрыва, присоединены к первым входам соответствующих Н-мостов, а ответвленные каналы двух других распределителей второго типа, относящиеся к другой половине раскрыва, присоединены ко вторым входам соответствующих Н-мостов, при этом выходы каждого из Н-мостов соединены с входами распределителей первого типа, входящих в одну подрешетку-строку, но относящихся к разным половинам раскрыва, причем к первым входам Н-моста ответвленные каналы распределителей второго типа из одной половины раскрыва присоединены непосредственно, а ко вторым, из другой половины раскрыва, присоединены через коммутаторы, свободные входы которых являются независимыми входами подрешеток.