Четырехканальный двухдиапазонный модуль активной фазированной антенной решетки
Полезная модель относится к области радиолокационной техники, в частности к активным фазированным антенным решеткам (АФАР).
Технический результат заявляемой полезной модели направлен на создание четырехканального двухдиапазонного модуля АФАР, позволяющего разместить в своем корпусе СВЧ-узлы двух диапазонов частот с сохранением принципа симметрии приемо-передающих каналов, а также на повышение технологичности сборки и настройки модуля с обеспечением высокого уровня ремонтопригодности.
Достижение технического результата обеспечивается изменением конструкции ближайшего аналога. В отличие от прототипа все приемопередающие каналы имеют двухуровневую компоновку своих СВЧ-узлов. При этом первые уровни каналов содержат СВЧ-узлы первого диапазона частот, размещенные в ячейках, выполненных в корпусе модуля, а вторые уровни каналов содержат СВЧ-узлы второго диапазона частот, размещенные на отдельных для каждого канала пластинах-основаниях, установленных над ячейками. Кроме этого блок питания и управления выполнен одной сборочной единицей и расположен в центральной части модуля.
Полезная модель относится к области радиолокационной техники, в частности к активным фазированным антенным решеткам (АФАР).
Из уровня техники известны приемные, передающие и приемопередающие модули с планарным расположением нескольких идентичных сверхвысокочастотных (СВЧ) каналов в одном корпусе. Как правило, такие конструкции позволяют решать задачи экономии в отношении массогабаритных характеристик модулей и всей системы АФАР в целом. Особенно это актуально по отношению к бортовым системам и системам, требующим использования мощных передающих устройств.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому техническому решению является модуль активной фазированной антенной решетки (Патент РФ 
2380803, МПК H01Q 21/00, опубликован в 2010 г.), включающий четыре независимых приемо-передающих канала и блок управления. Все СВЧ-узлы, а также индивидуальные узлы управления каждого канала образуют конструкцию с зеркальной симметрией относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через продольную ось модуля, при этом общие узлы управления, питания и защиты размещены в средней части модуля и имеют несимметричную конструкцию.
В конструкции данного четырехканального модуля каждый приемопередающий канал состоит из СВЧ-узлов, а также индивидуальных узлов управления, питания и защиты. Все сборочные единицы размещены на двух пластинах-основаниях, при этом передающие каналы попарно размещены на внешних поверхностях пластин-оснований, а приемные каналы попарно расположены на внутренних поверхностях пластин-оснований. Индивидуальные узлы управления, питания и защиты также размещены на внутренних поверхностях пластин-оснований. Общий для модуля блок управления из трех фрагментов (сборочных единиц) включает сборки накопительных конденсаторов, обеспечивающих импульсный режим работы передающих каналов, а также узлы стабилизации напряжения питания, узлы контроля и защиты. Таким образом, общие для всех каналов схемы управления и питания сосредоточены в блоке управления, который полностью занимает среднюю часть модуля.
Существенным недостатком данной конструкции является то, что приемо-передающие каналы размещены на пластинах-основаниях попарно, из-за чего затрудняется индивидуальная настройка каждого канала в отдельности. Кроме этого необходимость демонтажа одного канала всегда влечет демонтаж соседнего канала, что усложняет процесс настройки модуля в целом и не обеспечивает хорошую ремонтопригодность.
Применительно к бортовой аппаратуре необходима высокая плотность компоновки элементов и узлов модуля АФАР в выделенном объеме.
Технический результат заявляемой полезной модели направлен на создание четырехканального двухдиапазонного модуля АФАР, позволяющего разместить в своем корпусе СВЧ-узлы двух диапазонов частот с сохранением принципа симметрии приемо-передающих каналов, а также на повышение технологичности сборки и настройки модуля с обеспечением высокого уровня ремонтопригодности.
Достижение технического результата обеспечивается изменением конструкции ближайшего аналога. В отличие от прототипа все приемопередающие каналы имеют двухуровневую компоновку своих СВЧ-узлов. При этом первые уровни каналов содержат СВЧ-узлы первого диапазона частот, размещенные в ячейках, выполненных в корпусе модуля, а вторые уровни каналов содержат СВЧ-узлы второго диапазона частот, размещенные на отдельных для каждого канала пластинах-основаниях, установленных над ячейками. Кроме этого блок питания и управления выполнен одной сборочной единицей и расположен в центральной части модуля.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется рисунками, на которых представлены:
Фиг. 1 - общий вид четырехканального двухдиапазонного модуля активной фазированной антенной решетки;
Фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
Фиг. 3 - общий вид модуля, поясняющий принцип сборки.
Четырехканальный двухдиапазонный модуль АФАР (Фиг. 1-3) содержит четыре независимых приемо-передающих канала одинаковой структуры, работающих в двух диапазонах частот, и общий для всех каналов блок питания и управления. СВЧ-узлы приемо-передающих каналов образуют конструкцию с зеркальной симметрией относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через продольную ось модуля (Фиг. 2).
Все приемо-передающие каналы модуля имеют двухуровневую компоновку своих СВЧ-узлов. При этом первые уровни каналов содержат СВЧ-узлы первого диапазона частот 1 (Фиг. 2, 3), а вторые уровни каналов содержат СВЧ-узлы второго диапазона частот 2 (Фиг. 1-3). СВЧ-узлы первого диапазона частот 1 размещены в ячейках 3 (Фиг. 2, 3), выполненных в корпусе 4 (Фиг. 1-3), и включают для каждого канала усилители мощности первого диапазона, устройство развязывающее и ограничитель мощности. СВЧ-узлы второго диапазона частот 2 размещены на отдельных для каждого канала пластинах-основаниях 5 (Фиг. 2, 3), установленных над ячейками 3. Каждая из пластин-оснований 5 содержит усилители мощности второго диапазона, устройство развязывающее, устройство распределения и контроля мощности, а также входное и выходное частотно-разделительные устройства. Частотно-разделительные устройства обеспечивают работу усилителей мощности первого и второго диапазонов частот на единую нагрузку, при этом их применение позволило исключить механические СВЧ коммутаторы, имеющие невысокую надежность. Блок питания и управления 6 выполнен одной сборочной единицей (в виде единой платы) и расположен в центральной части модуля между ячейками 3 с СВЧ-узлами первого диапазона частот 1 (Фиг. 2, 3). Блок питания и управления 6 обеспечивает импульсный режим работы передающих каналов и стабилизацию напряжения питания. Выполнение блока питания и управления 6 в виде единой платы, размещенной в центральной части, повышает технологичность сборки модуля в целом. Для герметизации всего объема модуля сверху и снизу установлены крышки 7 (Фиг. 1-3), опаянные по периметру. Пластины-основания 5 расположены над ячейками 3 корпуса 4 с обеспечением расстояния между СВЧ-узлами 1 и 2 первого и второго диапазонов частот, необходимого для корректной работы микрополосковых СВЧ линий, что в свою очередь позволяет значительно снизить разброс электродинамических характеристик приемопередающих каналов. Кроме того, пластины-основания 5 играют роль теплоотводов для СВЧ транзисторов усилителей мощности.
Сборка четырехканального двухдиапазонного модуля АФАР осуществляется следующим образом (Фиг. 3).
В корпус 4 модуля между ячейками 3 устанавливают блок питания и управления 6, после чего симметрично сверху и снизу в ячейки 3 устанавливают СВЧ-узлы первого диапазона частот 1 с образованием первых уровней приемо-передающих каналов. Далее над ячейками 3 в корпус 4 так же симметрично сверху и снизу устанавливают четыре пластины-основания 5 с СВЧ-узлами второго диапазона частот 2 с образованием вторых уровней приемо-передающих каналов. Все сборки с СВЧ-узлами надежно фиксируются в ячейках 3 корпуса 4 и на пластинах-основаниях 5, например, винтами. Пластины-основания 5 и плата блока питания и управления 6 также фиксируются в корпусе 4 винтами. После этого сверху и снизу устанавливаются две крышки 7, которые опаиваются по периметру, обеспечивая герметизацию всего объема модуля.
Таким образом, двухуровневая компоновка СВЧ-узлов позволяет максимально использовать внутренний объем модуля без заметного увеличения его габаритов и существенно повышает технологичность сборки и настройки на разных этапах его изготовления. Размещение СВЧ-узлов первого диапазона частот 1 в ячейках 3 корпуса 4, а СВЧ-узлов второго диапазона частот 2 на отдельных для каждого канала пластинах-основаниях 5, обеспечивает независимый доступ к каналам и позволяет проводить автономную настройку усилителей мощности каждого диапазона, автономную сборку и проверку работоспособности отдельного канала в двух диапазонах частот. Усилители мощности каждого диапазона развязаны по входу и выходу с помощью частотно-разделительных устройств и устройства развязывающего, что повышает стабильность входных и выходных сигналов на рабочих частотах, и в свою очередь позволяет обеспечить высокую повторяемость параметров при настройке и удобство сборки модуля в целом.
В случае необходимости демонтажа приемо-передающего канала соседний канал не затрагивается, что упрощает настройку модуля и проведение операций технического обслуживания. Следовательно, удобство демонтажа приемо-передающих каналов обеспечивает высокий уровень ремонтопригодности модуля. При этом принцип зеркальной симметрии каналов, обеспечивающий однотипность их реализации и настройки, сохраняется.
Сравнивая энергетические и массогабаритные характеристики созданного модуля и прототипа, можно отметить следующее.
Созданный модуль на рабочих частотах имеет выходную импульсную мощность в каждом канале от 500 Вт до 760 Вт при длительности радиоимпульса 0,5 мкс и эквивалентной скважности 178. Коэффициент шума приемных каналов менее 6 дБ, масса модуля 3,0 кг, объем 2,3 л.
Прототип на верхней частоте рабочей полосы частот 1,5 ГГц имеет выходную импульсную мощность каждого канала 250 Вт при длительности радиоимпульса 10 мкс и скважности 80. Коэффициент шума приемных каналов менее 6 дБ, масса модуля 2,8 кг, объем 2,2 л.
Таким образом, удельная суммарная импульсная мощность на единицу объема для прототипа составляет примерно 450 Вт/л., а для созданного модуля примерно 1000 Вт/л. Если провести сравнение для средней выходной мощности, то для прототипа это будет 5,6 Вт/л, а для созданного модуля 6,15 Вт/л. Из этого следует, что по этим параметрам созданный модуль превосходит прототип. Но поскольку радиоимпульсные режимы работы модулей разные, то данные сравнения проведены очень условно.
Четырехканальный двухдиапазонный модуль активной фазированной антенной решетки, включающий четыре независимых приемо-передающих канала и общий для них блок питания и управления, при этом СВЧ-узлы приемо-передающих каналов образуют конструкцию с зеркальной симметрией относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через продольную ось модуля, отличающийся тем, что все приемо-передающие каналы имеют двухуровневую компоновку своих СВЧ-узлов, при этом первые уровни каналов содержат СВЧ-узлы первого диапазона частот, размещенные в ячейках, выполненных в корпусе модуля, а вторые уровни каналов содержат СВЧ-узлы второго диапазона частот, размещенные на отдельных для каждого канала пластинах-основаниях, установленных над ячейками, кроме этого блок питания и управления выполнен одной сборочной единицей и расположен в центральной части модуля.
РИСУНКИ
