ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
На борту атомохода «Сибирь» поднят государственный флаг Российской Федерации

В Мурманске состоялась церемония подъёма государственного флага Российской Федерации на первом серийном универсальном атомном ледоколе проекта 22220 «Сибирь», построенном на Балтийском заводе (входит в состав ОСК). В церемонии приняли участие генеральный директор Балтийского завода Алексей Кадилов, заместитель генерального директора – директор Дирекции Северного морского пути Вячеслав Рук...

Отгрузки российской строительно-дорожной техники в 2021 г. выросли на 29% и достигли рекордных 55 млрд руб.

По данным портала «Росспецмаш-Стат» (объединяет данные компаний, которые выпускают 80% от всего объема производимой в РФ СДТ), российские заводы строительно-дорожного машиностроения выпустили за 12 месяцев 2021 года продукции на общую сумму 56,1 млрд руб., что на 28% больше, чем годом ранее. Отгрузки на внутренний рынок РФ выросли за рассматриваемый период на 29% до 55,3 млрд руб., что стало рекор...

Более 300 компаний стали резидентами Арктической зоны РФ

За год с небольшим количество новых проектов, реализующихся в Арктической зоне Российской Федерации с государственной поддержкой, превысило 300. Инвесторы вкладывают в развитие арктических регионов сотни миллиардов рублей. В логистике, добыче полезных ископаемых, производстве рыбной продукции, сельском хозяйстве и других отраслях появляются новые предприятия и рабочие места для северян. «Режим ...

Таганрогский завод комбайнов получит новую жизнь вместе с компанией Ростсельмаш

Правительство Ростовской области и компания Ростсельмаш договорились о возрождении одной из промышленных площадок Дона – таганрогского завода комбайнов (ТКЗ). Планируется, что предприятие будет возвращено в комплекс аграрного машиностроения региона. Прежде всего, речь идет о кормоуборочном и почвообрабатывающем оборудовании Ростсельмаш, которое сегодня выпускается дивизионом прицепной и н...

Степень готовности ледостойкой платформы «Северный полюс» превысила 90%

«Адмиралтейские верфи» (входят в состав Объединенной судостроительной корпорации) посетил министр природных ресурсов и экологии Александр Козлов. Глава ведомства оценил ход строительства ледостойкой самодвижущейся платформы (ЛСП) «Северный полюс», готовность который превысила 90%. В ходе визита на ЛСП Александр Козлов осмотрел вспомогательное машинное отделение судна, а также помещение централь...

Новогоднее поздравление Дениса Мантурова

Дорогие друзья! 2021-ый подходит к концу, и мы традиционно подводим итоги прошедших месяцев работы, ставим цели и задачи на будущее. Уже второй год наша страна живет в условиях пандемии. Отечественная промышленность и торговый сектор всё это время работают с максимальной отдачей, адаптируясь к меняющимся потребностям рынка, развивая новые форматы и выпуская новую импортозамещающую продукцию...

4 Января 2010

Распределитель для фазированной антенной решетки

Распределитель для фазированной антенной решетки

Автoры: Митин Владимир Алекcандрoвич, Винярcкая Наталья Алекcандрoвна, Рыбин Макcим Сергеевич, Синани Анатoлий Иcакoвич

Изoбретение oтнocитcя к радиoтехничеcкoй прoмышленнocти и мoжет быть иcпoльзoванo в вoлнoвoднoй СВЧ антенной технике в cоcтаве раcпределительных cиcтем для фазированных антенных решеток (ФАР). Техничеcким результатом являетcя как обеcпечение незавиcимого формирования оптимальных амплитудных раcпределений раздельно по суммарному и разностному каналам распределителя для ФАР, так и увеличение коэффициента передачи сигнала в режиме «на передачу» при использовании гибридных устройств для разделения сигналов по суммарному и разностному каналам, а также расширение рабочего диапазона частот, упрощение конструкции, сокращение габаритных размеров и массы. Новым в распределителе для фазированной антенной решетки является выбор величин переходных ослаблений направленных ответвителей дополнительных линеек направленных ответвителей из условия формирования на их выходах амплитудного распределения, соответствующего разностной диаграмме направленности с пониженным уровнем боковых лепестков в плоскости расположения распределителя, а также попарное подключение выходов основных и дополнительных линеек направленных ответвителей, в которые СВЧ-энергия ответвляется, ко входам 4К гибридных устройств. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в волноводной СВЧ антенной технике в составе распределительных систем для фазированных антенных решеток (ФАР).

Известен «Главный распределитель для малоразмерной ФАР с оптимизированными характеристиками излучения», «Антенны», вып. 2(93), 2005 г, авт. Позднякова Р.Д., Ястребов Б.П., Епишкина В.Н. и др., в котором приведено схемное решение по реализации способа одновременного формирования оптимальных амплитудных распределений по суммарному и разностному каналам. Недостатком приведенного технического решения является то, что формирование оптимального амплитудного распределения по разностному каналу является «зависимым» и определяется совокупностью амплитудно-фазовых характеристик двух, встроенных одна в другую, распределительных систем, объединенных элементами связи и требующих взаимной фазировки, что, кроме всего, приводит и к существенным конструктивным усложнениям.

Известна статья «Beamformer Architectures for Active Phased-Array Radar Antennas», IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol.47, 3, March 1999, авт. Ashor K. Agrawal and Eric L. HoIzman, в которой обсуждается ряд вариантов построения диаграммообразующих схем для пассивных и активных ФАР. Основным элементом для устройств распределения и суммирования СВЧ-сигналов выбран гибридный элемент (балансный мост). Применение такого элемента в волноводных вариантах схем, характерных для пассивных ФАР, приводит к существенному усложнению конструкции, увеличению габаритов и массы, что зачастую неприемлемо. Применение микрополосковых вариантов таких схем приводит к увеличению вносимых потерь на 5-6 дБ по сравнению с волноводными.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Фазированная антенная решетка», патент на изобретение 2297699, авт. Синани А.И., Митин В.А., Позднякова Р.Д., Винярская Н.А. и др., в которой применен главный распределитель, состоящий из СВЧ-сумматора, четырех основных линеек направленных ответвителей, суммирующего устройства, четырех дополнительных линеек направленных ответвителей, 4К фазирующих секций, соединяющих между собой основные линейки направленных ответвителей и дополнительные линейки направленных ответвителей, направленного ответвителя с фазирующими секциями, соединяющими сумматор и суммирующее устройство. При этом формируется оптимальное амплитудное распределение как по суммарному, так и по разностному каналам.

Недостатком приводимого технического решения является то, что форма амплитудного распределения для разностного канала определяется совокупностью амплитудно-фазовых характеристик основных и дополнительных линеек направленных ответвителей, а также характеристик направленного ответвителя и фазирующих секций. В результате столь сложное формирование амплитудного распределения приводит к уменьшению рабочего диапазона частот, усложнению конструкции, увеличению габаритов и массы.

Техническая сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что распределитель для фазированной антенной решетки состоит из СВЧ-сумматора, имеющего один суммарный и два разностных входа и четыре выхода, каждый из которых соединен соответственно с входом одной из четырех линеек направленных ответвителей (основных), имеющих по 2К выходов каждая и формирующих оптимальное амплитудное распределение для суммарной диаграммы направленности. При этом в одни 4К выходов всех основных линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия ответвляется, а в другие 4К выходов всех основных линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия не поступает. Кроме того, предлагаемое устройство состоит из суммирующего устройства с одним разностным входом и четырьмя выходами, каждый из которых соединен соответственно со входом одной из четырех дополнительных линеек направленных ответвителей, имеющих 2К выходов каждая. При этом в одни 4К выходов всех дополнительных линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия ответвляется, а в другие 4К выходов всех дополнительных линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия не поступает. В распределитель для фазированной антенной решетки также входят 4К фазирующих секции и 8К согласованных нагрузок.

Новым в предлагаемом распределителе для фазированной антенной решетки является выбор величин переходных ослаблений направленных ответвителей дополнительных линеек направленных ответвителей из условия формирования на их выходах амплитудного распределения, соответствующего разностной диаграмме направленности с пониженным уровнем боковых лепестков в плоскости расположения распределителя, а также попарное подключение выходов основных и дополнительных линеек направленных ответвителей, в которые СВЧ-энергия ответвляется, ко входам 4К гибридных устройств. Причем во все цепи подключения выходов основных линеек к гибридным устройствам включены 4К циркуляторов, а ко всем выходам основных и дополнительных линеек направленных ответвителей, в которые СВЧ-энергия не поступает, присоединены 8К согласованных нагрузок, причем во всех гибридных устройствах к одному из двух выходов присоединены согласованные нагрузки, а к другим присоединены 4К циркуляторов, при этом вход каждого из них является одним из выходов распределителя, а другие входы этих циркуляторов соединены с входами соответствующих циркуляторов, установленных на входе этих же гибридных устройств, таким образом, что сигналы, поступающие от основных линеек направленных ответвителей, полностью передаются в выходные каналы распределителя. Сигналы, поступающие от выходных каналов распределителя, сначала поступают в гибридное устройство, а затем в основные и дополнительные линейки направленных ответвителей, при этом разностная диаграмма направленности в плоскости расположения распределителя с пониженным уровнем боковых лепестков формируется по входу суммирующего устройства, а к входу сумматора, обеспечивавшего формирование разностной диаграммы направленности в плоскости расположения распределителя, присоединена согласованная нагрузка, где К - целое число.

Технический результат предлагаемого решения заключается как в обеспечении независимого формирования оптимальных амплитудных распределений раздельно по суммарному и разностному каналам распределителя для ФАР, в расширении рабочего диапазона частот, упрощении конструкции, сокращении габаритных размеров и массы, так и в увеличении коэффициента передачи сигнала в режиме «на передачу» при использовании гибридных устройств для разделения сигналов по суммарному и разностному каналам. Расширение рабочего диапазона частот получено за счет применения независимого формирования оптимальных амплитудных распределений по суммарному и разностному каналам, обеспеченного введением гибридных устройств, разделяющих распределители по функциональному назначению и, соответственно, уменьшающих их взаимное влияние и связанное с этим искажение амплитудно-фазовых характеристик в диапазоне частот.

На фиг.1 приведена функциональная схема распределителя для фазированной антенной решетки.

На фиг.2 приведены расчетные разностные диаграммы направленности (ДН) в плоскости расположения распределителя для ФАР в сравнении с прототипом в широком диапазоне частот, при этом по оси ординат отложен уровень сигнала по направлениям распространения сигнала, а по оси абсцисс - угловое положение направления распространения сигнала.

Распределитель для ФАР состоит из четырех основных линеек 1 направленных ответвителей (НО) и четырех дополнительных линеек 2 НО, каждая из которых, в свою очередь, состоит из К направленных ответвителей соответственно 5 и 6 и К согласованных нагрузок 9. В распределитель для ФАР также входят 4К гибридных устройств 7, 4К циркуляторов 3 на входе гибридного устройства, 4К циркуляторов 4 на выходе гибридного устройства, 4К фазирующих секций 8, 4К нагрузок гибридных устройств 10, а также СВЧ-сумматор 12 с нагрузкой 11 и суммирующее устройство 13.

Выходы основных линеек 1 НО и дополнительных линеек 2 НО, в которые СВЧ-энергия ответвляется, попарно подключены ко входам гибридных устройств 7, причем во все цепи подключения выходов основных линеек 1 НО к гибридным устройствам 7 включены циркуляторы 3, а ко всем выходам основных линеек 1 НО и дополнительных линеек 2 НО, в которые СВЧ-энергия не поступает, присоединены 8К согласованных нагрузок 9. В каждом гибридном устройстве 7 к одному из двух выходов присоединена согласованная нагрузка 10, а к другому присоединен циркулятор 4, один из входов которого является одним из выходов распределителя для ФАР, а другой вход этого циркулятора соединен с входом циркулятора 3, установленного на входе этого же гибридного устройства. При этом входом, по которому формируется ДН с пониженным уровнем боковых лепестков, становится вход суммирующего устройства 13, а к входу СВЧ-сумматора 12, по которому ранее формировалась разностная ДН в плоскости расположения распределителя, присоединена согласованная нагрузка 11.

Предлагаемый распределитель для ФАР работает следующим образом. При подаче сигнала на Вх. СВЧ-сумматора 12 происходит распределение его по входам основных линеек 1 НО и затем в каждой из этих линеек НО на ее выходах формируется амплитудное распределение оптимальное для суммарной ДН, определяемое выбором величин переходных ослаблений НО 4. Далее сигналы с выходов основных линеек 1 НО поступают на входы циркуляторов 3 и, пройдя через них, передаются непосредственно на входы циркуляторов 4 и, пройдя через них, поступают в выходные каналы распределителя для ФАР.

При работе «на прием» сигналы, пришедшие от раскрыва антенны на выходы распределителя для ФАР, сначала поступают в циркуляторы 4 и, пройдя через них, попадают в гибридные устройства 7, где происходит разделение их на две части. Далее одна часть поступает на выходы основных линеек 1 НО с последующим суммированием их в этих линейках, имеющих амплитудные распределения, оптимальные для формирования суммарной ДН, а другая часть поступает на выходы дополнительных линеек 2 НО с последующим суммированием их в этих линейках, имеющих амплитудные распределения, оптимальные для формирования разностной ДН в плоскости расположения распределителя для ФАР. Далее сигналы от входов основных линеек 1 НО поступают в СВЧ-сумматор 12 и формируют на его входах сигналы, соответствующие суммарной и одной разностной ДН (для плоскости, перпендикулярной плоскости расположения распределителя для ФАР), а сигналы от входов дополнительных линеек 2 НО поступают в суммирующее устройство 13 и формируют на его входе сигнал, соответствующий разностной ДН с пониженным уровнем боковых лепестков в плоскости расположения распределителя для ФАР.

Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого решения, по сравнению с прототипом, заключаются в расширении рабочего диапазона частот в части формирования устойчивой разностной ДН с низким уровнем боковых лепестков в плоскости расположения распределителя для ФАР, упрощении конструкции и уменьшении продольного размера и массы диаграммообразующего устройства.

Результаты практической реализации предложенного технического решения не вызывают сомнения.

В предлагаемом распределителе для ФАР следует ожидать:

1. По данным математического моделирования рабочий диапазон частот, в котором обеспечивается формирование устойчивой разностной ДН с низким уровнем боковых лепестков, расширен на 30÷40%.

2. Продольный габаритный размер диаграммообразующего устройства для ФАР уменьшен на 20%.


Формула изобретения

Распределитель для фазированной антенной решетки, состоящий из СВЧ-сумматора, имеющего один суммарный и два разностных входа и четыре выхода, каждый из которых соединен соответственно с входом одной из четырех линеек направленных ответвителей (основных), имеющих по 2К выходов каждая, и формирующих оптимальное амплитудное распределение для суммарной диаграммы направленности, при этом в одни 4К выходов всех основных линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия ответвляется, а в другие 4К выходов всех основных линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия не поступает, а также суммирующего устройства с одним разностным входом и четырьмя выходами, каждый из которых соединен соответственно со входом одной из четырех дополнительных линеек направленных ответвителей, имеющих 2К выходов каждая, при этом в 4К выходов всех дополнительных линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия ответвляется, а в другие 4К выходов всех дополнительных линеек направленных ответвителей СВЧ-энергия не поступает, а также фазирующих секций и 4К согласованных нагрузок, отличающийся тем, что величины переходных ослаблений направленных ответвителей дополнительных линеек направленных ответвителей выбраны из условия формирования на их выходах амплитудного распределения, соответствующего разностной диаграмме направленности с пониженным уровнем боковых лепестков в плоскости расположения распределителя, а выходы основных и дополнительных линеек направленных ответвителей, в которые СВЧ-энергия ответвляется, попарно подключены ко входам 4К гибридных устройств, причем во все цепи подключения выходов основных линеек к гибридным устройствам включены 4К циркуляторов, а ко всем выходам основных и дополнительных линеек направленных ответвителей, в которые СВЧ-энергия не поступает, присоединены 8К согласованных нагрузок, причем во всех гибридных устройствах к одному из двух выходов присоединены согласованные нагрузки, а к другим присоединены 4К циркуляторов, при этом один вход его является одним из выходов распределителя, а другие входы этих циркуляторов соединены с входами соответствующих циркуляторов, установленных на входе этих же гибридных устройств таким образом, что сигналы, поступающие от основных линеек направленных ответвителей, полностью передаются в выходные каналы распределителя, а сигналы, поступающие от выходных каналов распределителя, сначала поступают в гибридное устройство, а затем в основные и дополнительные линейки направленных ответвителей, при этом разностная диаграмма направленности в плоскости расположения распределителя с пониженным уровнем боковых лепестков формируется по входу суммирующего устройства, а к входу сумматора, обеспечивающему формирование разностной диаграммы направленности в плоскости расположения распределителя, присоединена согласованная нагрузка.

Кол-во просмотров: 9970
На правах рекламы