Передающая фазированная антенная решетка

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к антенной технике. В основу полезной модели положена задача создания передающей фазированной антенной решетки, в которой между питающими излучатели сигналами создается постоянный в рабочем диапазоне частот (управляемый) фазовый сдвиг от 0 до 360 град, с точностью 11.25 град, относительно выбранного базовым канала, с включенным минимальным (максимальным) фазовым сдвигом, что обеспечивает возможность обойтись без оперативной автоматической подстройки фазового распределения при изменении рабочей частоты и направления излучения (главного лепестка диаграммы направленности (ДН) решетки). 1 н.п.ф., 2 илл.

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к антенной технике.

Известна фазированная антенная решетка СВЧ-диапазона, содержащая излучающие и приемопередающие элементы, усилители мощности передающего и приемного канала, а также схему управления фазовращателем, в которой антенна выполнена в виде катушки Гельмгольца, состоящей из вакуумной камеры, облучателя, линейного катода и анода, при этом на катушку нанесен слой плазмы, от которой отражается электронный сканирующий луч, причем плазменный слой создается в вакуумной камере при газовом разряде между анодной пластиной и линейным катодом, который представляет собой линейку элементов определенного адреса на двухкоординатной сетке катода (патент РФ на ПМ 97218, H01Q 3/00, опубл. 27.08.2010). Недостатком этого решения является неприменимость его в коротковолновом диапазоне.

Известен приемопередающий элемент, содержащий средства для усиления и выбранного сдвига фазы для получаемой и передаваемой электромагнитной энергии, проходящей через него, средства для направления получаемой и передаваемой электромагнитной энергии в том же самом направлении через упомянутые усилительные и фазовращающие средства, в котором линии задержки образованы проводными линиями (GB 2165397, H01Q 3/36, H01Q 1/18, опубл. 09.04.1985).

Известны устройства формирования фазового распределения с использованием линий задержки на отрезках радиочастотного кабеля или (и) фильтрах с ЛФХ. Их недостатки состоят в следующем:

1. из-за частотной зависимости фазы требуется до 9-10 ячеек в каждом канале для KB диапазона (1,5-30 МГц)

2. паразитные реактивности (индуктивности и емкости) выводов линий задержки и коммутаторов невозможно (затруднительно) компенсировать при изготовлении.

3. АЧХ и ФЧХ ячеек имеет принципиально существенную неравномерность в диапазоне рабочих частот.

Указанные недостатки практически исключают возможность построения устройства формирования фазового распределения с длительностью установки фазы менее десятых долей секунды, так как требуют оперативной (при эксплуатации) автоматической подстройки амплитуды и фазы сигнала.

В основу полезной модели положена задача создания передающей фазированной антенной решетки, в которой между питающими излучатели сигналами создается постоянный в рабочем диапазоне частот (управляемый) фазовый сдвиг от 0 до 360 град, с точностью 11.25 град, относительно выбранного базовым канала, с включенным минимальным (максимальным) фазовым сдвигом, что обеспечивает возможность обойтись без оперативной автоматической подстройки фазового распределения при изменении рабочей частоты и направления излучения (главного лепестка диаграммы направленности (ДН) решетки).

Решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в передающей фазированной антенной решетке, содержащей N излучателей, подключенных к N широкополосным усилителям мощности, устройство формирования фазового распределения (УФФР) с системой управления и возбудитель, устройство формирования фазового распределения выполнено с одним входом, подключенным к возбудителю и N выходами, соединенными со входами усилителей мощности, и содержит N каналов с дискретно управляемыми фазовым характеристиками и единичными амплитудными характеристиками, при этом каждый канал УФФР содержит 5 последовательно включенных ячеек с коммутируемыми фазоразностными цепями на фазовых контурах второго порядка, а разность фаз для 1, 2, 3, 4, 5 ячеек равна 180, 90, 45, 22.5, 11.25 градусов соответственно.

Использование коммутируемых фазоразностных цепей дает возможность автоматически устанавливать относительный сдвиг фаз излучаемых антеннами сигналов без дополнительной (оперативной) подстройки...

Полезная модель поясняется с помощью фиг.1, на котором показана схема передающей антенной решетки и фиг.2 со схемой одного канала УФФР.

Передающая фазированная антенная решетка (фиг.1) содержит N излучателей (антенн) 4.1, 4.2, 4.N, подключенных к N широкополосных усилителей мощности (УМ) 3.1, 3.2, 3.N, устройство формирования фазового распределения 2 (с системой управления) и возбудитель (1).

Устройство формирования фазового распределения имеет один вход, подключенный к возбудителю и N выходов, соединенных со входами УМ, и содержит N каналов (2.1, 2.2, 2.N) с дискретно управляемыми фазовым характеристиками (ФЧХ) и единичными амплитудными характеристиками (АЧХ).

Каждый канал УФФР содержит (фиг.2) 5 каскадно включенных ячеек с коммутируемыми с помощью твердотельных переключателей фазоразностными цепями на фазовых контурах (ФК) второго порядка. Разность фаз () для 1, 2, 3, 4, 5 ячеек равна 180, 90, 45, 22.5, 11.25 градусов соответственно. В ячейке с разностью фаз 180 фазовые контуры можно заменить парой инвертирующий/неинвертирующий каскады с единичным коэффициентом передачи.

Устройство работает следующим образом. В зависимости от заданных рабочей частоты и азимута главного лепестка ДН решетки система управления позволяет в каждой ячейке (независимо от других ячеек) пропускать сигнал либо через ФК (1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2) с большим фазовым сдвигом, либо ФК (1.3, 2.3, 3.3, 4.3, 5.3) с меньшим сдвигом (фиг.2). Комбинируя включением различных ячеек в каждом канале УФФР можно обеспечить в рабочем диапазоне частот постоянный управляемый фазовый сдвиг от 0 до 360 градусов с точностью 11.25 градусов относительно базового канала со всеми включенными ФК с минимальным (максимальным) фазовым сдвигом.

Достоинства предлагаемого решения заключаются в следующем.

1. Равномерность АЧХ каналов УФФР не требует ее коррекции при управлении фазовым сдвигом и смене рабочей частоты.

2. Длительность изменения фазового распределения сигналов на выходе УФФР определяется временем срабатывания коммутаторов фазовых контуров и при использовании быстродействующих электронных ключей не превышает десятых долей микросекунды.

3. Малое время установления фазового распределения возбуждения излучателей при изменении рабочей частоты и направления излучения позволяет реализовать режимы «квазиодновременной» работы ФАР на разных частотах и нескольких направлениях.

Передающая фазированная антенная решетка, содержащая N излучателей, подключенных к N широкополосным усилителям мощности, устройство формирования фазового распределения с системой управления и возбудитель, отличающаяся тем, что устройство формирования фазового распределения выполнено с одним входом, подключенным к возбудителю, и N выходами, соединенными со входами усилителей мощности, и содержит N каналов с дискретно управляемыми фазовыми характеристиками и единичными амплитудными характеристиками, при этом каждый канал устройства формирования фазового распределения содержит 5 последовательно включенных ячеек с коммутируемыми фазоразностными цепями на фазовых контурах второго порядка, а разность фаз для 1, 2, 3, 4, 5 ячеек равна 180, 90, 45, 22,5, 11,25 градусов соответственно.