ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
Власть и бизнес обсудят актуальные вопросы промышленности на XVI Национальном конгрессе «Модернизация промышленности России: приоритеты развития»

5 и 6 октября 2021 года в Центре цифрового лидерства состоится XVI Национальный конгресс «Модернизация промышленности России: приоритеты развития». Национальный конгресс входит в перечень основных мероприятий Года науки и технологий, утвержденных Правительством Российской Федерации. Ключевая тема мероприятия в 2021 году – «Комплексная модернизация отраслей промышленности». В программе Нац...

В Якутске к 2025 году построят Парк будущих поколений стоимостью 1,5 млрд рублей за счет инвестора

В Якутске до 2025 года появится Парк будущих поколений для создания городской экосистемы полезного досуга, творческого, интеллектуального, духовного и физического развития детей и молодежи. Комплекс будет построен на территории 2,4 га. Планируемый объем вложений в проект составит около 1,5 млрд рублей. Соответствующее соглашение подписали инвестиционно-строительная фирма «Дирекция по строительс...

На Байконуре идет активная подготовка нескольких транспортных кораблей

В монтажно-испытательном корпусе площадки № 254 космодрома Байконур начался заключительный этап испытаний транспортного грузового корабля «Прогресс МС-18», который оставался в режиме хранения на техническом комплексе с августа 2020 года. Он стал третьим космическим кораблем разработки и производства Ракетно-космической корпорации «Энергия», проходящим предстартовую подготовку вместе с пилотируемым...

Минвостокразвития, Якутия и Росатом подписали соглашение о безуглеродной атомной генерации

На площадке Восточного экономического форума Министерство по развитию Дальнего Востока и Арктики, Республика Саха (Якутия) и Госкорпорация «Росатом» подписали соглашение о реализации проекта безуглеродной атомной генерации в арктической зоне Республики Саха (Якутия), где будет построена первая наземная атомная станция малой мощности (АСММ). Свои подписи под соглашением поставили Министр по разв...

Опорный банк Ростеха направит 10 млрд. рублей на импортозамещение электронной компонентной базы

Дочерние структуры Ростеха – Новикомбанк и АО "Объединенная приборостроительная корпорация" (управляющая компания холдинга "Росэлектроника") – заключили соглашение об организации финансирования инвестпроектов в рамках программы импортозамещения электронной компонентной базы. На эти цели будет направлено 10 млрд рублей. Документ подписан в ходе Международного военно-технического форума ...

Правительство Российской Федерации запустило механизм господдержки проектов создания частных индустриальных парков и промышленных технопарков

Частные инвесторы смогут компенсировать до 50 процентов затрат на создание индустриального парка или промышленного технопарка. Соответствующее постановление подписано Председателем Правительства Российской Федерации Михаилом Мишустиным. "Создание новых современных производств невозможно без наличия в регионах площадок с подготовленной коммунальной, транспортной и технологической инфраструктурой...

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: 9478
На правах рекламы