для стартапов
и инвесторов
Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к активным фазированным антенным решеткам (АФАР) Х-диапазона, расположенным в носовой части самолета или вертолета. Изобретение может быть применено при разработке перспективных бортовых (самолетных и вертолетных) РЛС X-диапазона с широкоугольным электрическим сканированием в азимутальной плоскости, а также использовано при разработке АФАР для других РЛС с широкоугольным электрическим сканированием в азимутальной плоскости, работающих в Х-, Ku-, K-, Kа-диапазонах. Техническим результатом является возможность расширения сектора электрического сканирования углов сканирования при уменьшении в два раза числа используемых приемопередающих модулей (ППМ), уменьшении стоимости и массы АФАР. Предлагаемая АФАР состоит из двух АФАР, каждая из которых состоит из излучающего полотна в виде N излучателей, образующих плоский излучающий раскрыв с размером*, иППМ, подсоединенных по схеме каждый ППМ с каждым излучателем и обеспечивающих электрическое сканирование в азимутальной плоскости в секторе углов ±и в угломестной плоскости в секторе углов ±, так что суммарное число излучателей в обеих АФАР равно 2, а число ППМ=. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.
относительно друг друга, так что излучающая поверхность АФАР образует угол
между линией пересечения плоскостей, в которых лежат излучающие полотна, и вертикальной осью, зависящий от значения θ0:
, и блока из N ППМ с двухканальным входом (выходом), расположенных с внутренней стороны излучающих полотен АФАР, при этом каждый ППМ снабжен электрически управляемым переключателем каналов, обеспечивающим синхронное подключение входов (выходов) ППМ с выходом (входом) соответствующего полотна АР.
Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ, в частности к активным фазированным антенным решеткам (АФАР). Известны электрически сканирующие ФАР с прямоугольной апертурой Lx*Ly, состоящие из N=Nx*Ny излучателей [ где λmin - минимальная длина волны рабочего диапазона; ][ - операция взятия целого числа. При подключении к каждому ППМ группы излучателей, общее число излучателей N не меньше, чем число ППМ Nм. Однако такая АФАР [Активные фазированные антенные решетки. Изд. 2-е. / Под ред. При подключении каждого излучателя АФАР к каждому ППМ общее число излучателей N равно общему числу ППМ Nм: При этом сектор сканирования АФАР увеличивается. Известно, что АФАР существенно превосходят ФАР по таким свойствам, как возможность повышения излучаемой мощности, по надежности, по эффективности многоканальной цифровой пространственно-временной обработки сигнала. В то же время АФАР существенно проигрывают ФАР в стоимости и массе из-за высокой стоимости и повышенных массогабаритных характеристик отдельных ППМ. Бортовая АФАР Х-диапазона, устанавливаемая в носовой части летательного аппарата, должна обеспечивать следующие пространственные сектора электрического сканирования лучом по углам Максимальный сектор электрического сканирования в решетках с плоским излучающим раскрывом (плоской апертурой) ограничен из-за известных ограничений на максимальное расстояние между соседними излучателями и конструктивных размеров поперечных сечений ППМ. Так, проведенное моделирование показывает, что для АР с излучателями в виде вертикальных щелей в торцевой стенке закороченного волновода (горизонтальная поляризация антенны) максимальный сектор сканирования в угломестной плоскости (в плоскости, проходящей через продольную ось щели, и перпендикулярную к торцевой стенке волновода) при условии θ0=0 и допустимого падения коэффициента усиления (КУ) антенны на границах сектора сканирования в пределах 4…5 дБ не превышает ±45°, а при сканировании в секторе углов ±60° в азимутальной плоскости (в плоскости, перпендикулярной продольной оси щели) падение КУ на границах сектора сканирования составляет не менее 3 дБ. В качестве излучателей могут использоваться также горизонтальные щели с вертикальной поляризацией, или системы двух ортогональных щелей с круговой поляризацией, а также вибраторные, волноводные, рупорные или иные излучатели. При вертикальной поляризации (горизонтальных щелевых излучателях) максимальный сектор сканирования в азимутальной плоскости при падении КУ антенны на границах сектора сканирования в пределах 4…5 дБ не превышает ±45°, а при сканирования в угломестной плоскости в секторе углов ±60° падение КУ на границах сектора сканирования составляет не менее 3 дБ. Соответственно для круговой поляризации сектора сканирования в обеих плоскостях при падении КУ в пределах 4…5 дБ на краях сектора сканирования приблизительно ограничены значением ±45°. Стремление расширить сектор сканирования сверх ±60° в азимутальной плоскости даже для вертикальных щелевых излучателей приводит к значительному падению КУ на краях сектора сканирования для рассматриваемой выше АР. Поэтому для обеспечения требуемого КУ на краях сектора сканирования обычно стремятся уменьшить размеры отдельного излучателя и расстояние между излучателями, или (если это невозможно) увеличивают число излучателей и число ППМ. Так, для повышения требуемого КУ на 3 дБ число излучателей и модулей в АФАР должно быть увеличено в два раза, соответственно при этом увеличиваются размеры апертуры АФАР, и АФАР по сути превращается в «две исходные АФАР» с размерами апертур Lx*Ly для каждой из АФАР (фиг. 3). При этом существенно возрастает стоимость и масса АФАР. Поэтому непосредственное использование такого приема в бортовых АФАР малоперспективно из-за ограничений по числу модулей АФАР, их стоимости и массы, а также предельных размеров апертуры АФАР. В [Патент РФ 2277739. Активная фазированная антенная решетка с изменяемой конфигурацией. В [Активные фазированные антенные решетки. Изд. 2-е. / Под ред. В [Полезная модель 91228 RU. Активная фазированная антенная решетка. Однако конфигурация предложенных в [Активные фазированные антенные решетки. Изд. 2-е. / Под ред. В [Патент РФ 2429990. Многофункциональная радиолокационная станция высокого разрешения с активной фазированной решеткой для пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов. Обычно АФАР состоят из блока одноканальных ППМ. Так, АФАР [ Для многих целей сектор электрического сканирования в азимутальной плоскости для бортовых ФАР Х-диапазона с горизонтальной поляризацией должен быть расширен до ϕск=±60°…±90° и даже больше, при сохранении сектора сканирования в угломестной плоскости в пределах Для расширения сектора сканирования в азимутальной плоскости до значений Для обеспечения более равномерной зависимости коэффициента усиления АФАР при сканировании в азимутальной плоскости в угловой области вблизи продольной оси 0Z самолета (вертолета) и повышения надежности АФАР величину Для обеспечения требуемого сектора сканирования в угломестной плоскости расстояние между соседними излучателями по оси 0 а в азимутальной плоскости При треугольной (гексагональной) сетке излучателей (фиг. 6) расстояние Однако при ⎜ Для обеспечения горизонтальной поляризации и шага Вариант полотна плоской АФАР с максимально возможными секторами сканирования в азимутальной и угломестной плоскостях представлен на фиг. 8. Для уменьшения числа ППМ в два раза предлагается использовать двухканальный ППМ. Схема такого ППМ и схема АФАР с двухканальными ППМ приведена на фиг. 9, где каждый из двух входов (выходов) активной части модуля через переключатель П подсоединяется поочередно к каждому из двух излучателей Переключатель П может быть электрически управляемым. В этом случае время переключения может быть менее 1 мс. При этом как при подключении излучателей через вход Цель изобретения направлена на существенное (в два раза) уменьшение числа ППМ в АФАР и расширение сектора электрического сканирования в азимутальной плоскости до двух раз от -2 Наиболее близкой к заявляемому является передающая АФАР для РЛС AN/FPS-85 с плоской прямоугольной излучающей апертурой и с электрическим сканированием в азимутальной и угломестной плоскостях [ Сущность изобретения заключается в создании АФАР для бортовых РЛС с широкоугольным электрическим сканированием в азимутальной и угломестной плоскостях при существенном уменьшении числа модулей, стоимости и массы АФАР. Заявленный технический результат достигается за счет того, что известная бортовая активная фазированная антенная решетка Х-диапазона, состоящая из двух активных фазированных антенных решеток (АФАР), каждая из которых состоит из излучающего полотна в виде излучающей поверхности из N щелевых излучателей, расположенных в торцах отрезков прямоугольных волноводов и образующих плоский излучающий раскрыв с размером Lx*Ly, и N приемопередающих модулей (ППМ), подсоединенных к излучателям и обеспечивающих электрическое сканирование в азимутальной плоскости в секторе углов ± В частном случае излучающие полотна АФАР образуют клин или усеченный клин. Также излучающие полотна АФАР могут быть выполнены в форме эллипса с соотношением осей эллипса, равных отношению ширин диаграммы направленности каждой апертуры в угломестной и горизонтальной плоскостях. Излучающие полотна АФАР могут быть образованы излучателями с вертикальной или горизонтальной поляризацией, или излучателями с эллиптической поляризацией с произвольным коэффициентом эллиптичности. Излучающее полотно АФАР выполняется в виде двух прямоугольных АР, каждая с плоской излучающей поверхностью и числом излучателей Каждый из блока модулей ППМ где Аналогичные соотношения имеют место и при оценке массы где Поэтому С целью более удобной компоновки блока ППМ Ширина ДН в азимутальной 2 Соответственно, уровень боковых лепестков равен -13 дБ в обеих плоскостях. Соотношения (9) используются для выбора числа излучателей по оси 0 Для уменьшения уровня боковых лепестков в обеих плоскостях плоский излучающий раскрыв каждой АР выполняется в форме эллипса с соотношением полуосей эллипса Заявляемое изобретение удовлетворяет критерию «существенные отличия», т.к. выполнение АФАР в виде двух АР с плоской апертурой с общим числом излучателей 2 в угломестной плоскости, и -60°≤
- границы сектора сканирования при θ0=0. Обычно для бортовых АФАР
. Кроме того, поляризация антенны должна быть горизонтальной.
.
, где
, предлагается трансформировать полотно АР, изображенной на фиг. 3, в АР, выполненную в виде двух прямоугольных АР, симметрично расположенных относительно продольной оси 0Z (продольной оси самолета (вертолета)) и под углом
относительно друг друга (фиг. 5). При этом излучающие поверхности антенн образуют клин с углом клина
. В частности, при
сектор сканирования в азимутальной плоскости определяется из неравенства -2ϕск≤ϕ≤2ϕск и увеличивается в два раза.
целесообразно выбирать из условия
, где 2
. Поэтому при ⎜
можно уменьшить на величину ⎜
до
для произвольных углов
, выбираемых из условия
.
относительно друг друга, так что излучающая поверхность АФАР образует угол
между линией пересечения плоскостей, в которых лежат излучающие полотна, и вертикальной осью, зависящий от значения
, и блока из
относительно друг друга, апертуры прямоугольных АР наклонены на угол ±
и углом
между ребром клина и вертикальной осью 0
зависит от значения θ0:
Во внутренней области клина располагается блок из N двухканальных ППМ. Каждый двухканальный ППМ имеет два переключаемых независимых входа-выхода с помощью электрически управляемого переключателя, размещаемого внутри двухканального ППМ.
работают N ППМ и правое полотно ФАР с N излучателями, а при сканировании в азимутальном секторе в диапазоне углов от 0 до
работают те же
- стоимость АФАР с
- стоимость АФАР с 2
- масса АФАР с
- масса АФАР с 2
относительно друг друга, плоскости апертур АР наклонены на угол ±
и углом