[1]Изобретение относится к антеннам сверхвысоких частот. Волноводно-щелевые антенные решетки (ВЩАР) широко применяются в радиолокации, радиотехнических системах и системах связи. Такие антенны компактны, имеют хорошие электрические характеристики и устанавливаются как на неподвижных, так и на подвижных объектах.
[2]Один из основных типов ВЩАР - решетки на основе волноводных линеек с наклонными щелями в узкой стенке прямоугольного волновода. Малый поперечный размер излучающей линейки (определяется размером узкой стенки волновода) дает возможность установить шаг между ними равным половине рабочей длинны волны и позволяет создавать двумерные антенные решетки с электронным сканированием в поперечной волноводам плоскости в широком диапазоне углов. А также справедливо отмечается, что кроме того взаимовлияние по внешнему пространству между соседними волноводами в такой двумерной решетке невелико, что исключает эффекты «ослепления» при сканировании (см. Заводов Л.В. «Линейная волноводно-щелевая антенная решетка из перпендикулярных щелей на узкой стенке волновода». Вопросы радиоэлектроники, серия общетехническая (ОТ), выпуск 3, 2009 г., стр. 45. [1]).
[3]Основной недостаток ВЩАР с наклонными щелями на узких стенках волновода состоит в том, что наряду с лучом на основной поляризации формируются «паразитные» кроссполяризационные боковые лепестки, которые приводят к снижению помехозащищенности радиолокационной станции (РЛС). Для исключения этого недостатка многие авторы предлагают перейти к прямым (с нулевым наклоном) щелям на узкой стенке волновода с различными вариантами их возбуждения, такими как применение расположенных рядом со щелью изогнутых штырей (вибраторов), одной или двух резонаторных диафрагм (см. [1], [2] «Антенны сантиметровых волн» перевод под редакцией Фельда Я.Н. 1960 г.).
[4]Однако такие способы не позволяют в полной мере освободиться от кроссполяризационных лучей, при этом значительно усложняют, удорожают конструкцию.
[5]Известен вариант применения прямых поперечных щелей на узких стенках волновода с попеременным зарезом на широкие (патент РФ №2476963). Такое решение позволяет существенно снизить уровень кроссполяризационных лепестков, однако при этом снижается жесткость конструкции, т.к. наибольшая глубина зареза доходит до 0,75 размера широкой стенки волновода.
[6]Несмотря на множество предложений по применению прямых поперечных щелей (с нулевым наклоном) призванных исключить, кроссполяризационное излучение, они так и не нашли широкого распространения. В большинстве ВЩАР различного назначения применяются попеременно наклонные щели на узкой стенке волновода. Для снижения излучения на «паразитной» поляризации в них, как правило, ограничивают углы наклона щелей менее 15°, допуская увеличение мощности уходящей в нагрузку. При этом не достигается существенного уменьшения излучения на «паразитной» поляризации при очевидном снижении коэффициента полезного действия (КПД (КУ)) антенны.
[7]При построении двумерных ВЩАР с использованием попеременно наклонных щелей, для снижения влияния кроссполяризационных лепестков, часто применяется схема построения волноводно-щелевой решетки с противоположными знаками углов наклона щелей для соседних волноводов и, соответственно, с противофазным их возбуждением, для увода лепестков на «паразитной» поляризации из рабочего сектора РЛС [1]. Пример аналогичного построения ВЩАР приведен в Справочнике по радиолокации под редакцией М. Сколника. Москва «Советское Радио» 1977. Том 2, стр. 286. [3]. Такое построение ВЩАР широко распространено в мире, а также описано в [4] - «Радиолокационное вооружение военно-морского флота России. «Научтехлитиздат» 2004 г., стр. 374-376». Приведенные в [3], [4] ВЩАР применяется в РЛС с частотным сканированием луча в вертикальной плоскости.
[8]По совокупности существенных признаков построение ВЩАР приведенное в [3], [4] является прототипом заявленному изобретению.
[9]Проанализировав [3], [4] отметим, что ВЩАР проектируются так, что на основной рабочей горизонтальной поляризации луч формируется один как в фазной, так и в противофазной решетках. При этом на кроссполяризации в фазной решетке формируется по одному лучу слева и справа примерно под углом 45°. Чтобы снизить уровень кроссполяризационных лучей применяют противофазные решетки в вертикальной плоскости и кроссполяризационные лучи делятся на 4 с меньшим уровнем на 3 дБ с отклонением от нормали примерно под углом 45° в обеих плоскостях.
[10]Исходя из вышеописанного предлагается, что если на основной поляризации формируется один луч как в фазной, так и противофазной решетках, а на кроссполяризации в противофазных решетках лучи в вертикальной плоскости размножаются с уменьшением их уровня, то, например, раскладкой линеек, формированием - подбором фазового распределения в вертикальной плоскости по существу снижается (рассеивается) кроссполяризационное излучение до низкого, приемлемого уровня, не вредя диаграммам направленности на основной поляризации.
[11]Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение максимального уровня кроссполяризационных лепестков ВЩАР на основе волноводных линеек с попеременно наклонными щелями в узкой стенке прямоугольного волновода.
[12]Техническим результатом предложения является повышение помехозащищенности РЛС посредством снижения уровня лепестков на кроссполяризации до уровня лепестков на основной поляризации.
[13]Для решения поставленных задач представлено три варианта волноводно-щелевой антенной решетки.
[14]В первом варианте волноводно-щелевой антенной решетки, включающей в себя противофазные волноводные линейки с переменно-наклонными щелями на узкой стенке волновода и соответствующий противофазный делитель мощности, запитывающий их, фазовое распределение вычисляется методом перебора в общей схеме волноводно-щелевой антенной решетки в вертикальной плоскости для кроссполяризационного излучения по критерию минимума максимального уровня кроссполяризационных лепестков, которое осуществляется раскладкой противофазных волноводных линеек.
[15]Во втором варианте волноводно-щелевой антенной решетки, включающей в себя противофазные волноводные линейки с переменно-наклонными щелями на узкой стенке волновода и соответствующий противофазный делитель мощности, запитывающий их, фазовое распределение вычисляется методом перебора в общей схеме волноводно-щелевой антенной решетки в вертикальной плоскости для кроссполяризационного излучения по критерию минимума максимального уровня кроссполяризационных лепестков, которое осуществляется разворотом на 180° волноводно-коаксиальных переходов.
[16]А в третьем варианте волноводно-щелевой антенной решетки, включающей в себя противофазные волноводные линейки с переменно-наклонными щелями на узкой стенке волновода и соответствующий противофазный делитель мощности, запитывающий их, фазовое распределение вычисляется методом перебора в общей схеме волноводно-щелевой антенной решетки в вертикальной плоскости для кроссполяризационного излучения по критерию минимума максимального уровня кроссполяризационных лепестков, которое вводится в фазовое сканирование луча на основной поляризации при наличии фазовращателей в схеме антенны.
[17]Суть предлагаемого решения состоит в том, что волноводно-щелевая решетка с попеременно наклонными щелями на узкой стенке волновода строится по схеме, в которой поле кроссполяризационной составляющей фазируется таким образом, что максимумы излучения на «паразитной» поляризации размываются в плоскости, поперечной волноводным линейкам. В результате излучение всех щелей на основной поляризации происходит синфазно, в то время как фаза излучения на паразитной поляризации меняется от линейки к линейке на 180° в заданном порядке.
[18]Сущность предложения проиллюстрирована рисунками 1 и 2 на примере моделирования антенны из 94 волноводных линеек с наклонными щелями на узкой стенке. Приведенная в примере ВЩАР проектировалась на рабочей горизонтальной поляризации с амплитудным распределением F(x)=1+5cos2πx2
на уровень лепестков -34 дБ.
[19]На рис. 1 изображена упрощенная схема построения варианта волноводно-щелевой антенны со специальным нерегулярным расположением в антенне линеек с противоположными знаками наклона щелей.
[20]На рис. 2 приведено фазовое распределение волноводно-щелевой решетки с этим специальным нерегулярным расположением линеек.
[21]В приведенном примере на рис. 1 и рис. 2 в антенне с 94 линейками уровень кроссполяризационного излучения снижается до -30 дБ.
[22]Таким образом, процесс изобретения выполняется двумя операциями: находится, вычисляется фазовое распределение в вертикальной плоскости для подавления кроссполяризационных лепестков (лучей) до приемлемого уровня (в приведенном примере до -30 дБ). Затем определяются средства для осуществления его: раскладка, разворот на 180° волноводно-коаксиальных переходов (ВКП), введение дополнительного постоянного фазового распределения при наличии фазовращателей в схеме антенны.
