Антенна бортового радиолокатора

Антенна бортового радиолокатора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в самолетных радиолокационных станциях, осуществляющих обнаружение, моноимпульсную пеленгацию, сопровождение воздушных целей и картографирование земной поверхности.

Из уровня техники известны в составе бортовых радиолокационных станций в зависимости от выполняемых задач множество типов антенн. Значительную часть из них составляют зеркальные антенны, в том числе двухзеркальные, обладающие целым рядом преимуществ по сравнению, например, с однозеркальными (Жук М.С., Молочков Ю.Б. "Проектирование антенно-фидерных устройств", М., "Энергия", 1966 г., с.599).

Однако все эти антенны реализуют в подавляющем большинстве случаев, какой-либо один режим работы: или работу только по воздушным целям, или работу по картографированию земной поверхности с помощью диаграммы направленности типа cosec²(θ) (Жук М.С., Молочков Ю.Б. "Проектирование антенно-фидерных устройств", М., "Энергия", 1966 г., с.577).

Примером однозеркальной антенны, работающей в обоих режимах, является антенна самолетной станции РПСН-2 "Эмблема". Формирование диаграммы направленности типа cosec (θ) в данной антенне осуществляется параболическим зеркалом с козырьком (Жук М.С., Молочков Ю.Б. "Проектирование антенно-фидерных устройств", М., "Энергия", 1966 г., с.580). Но эта антенна не позволяет осуществлять моноимпульсную пеленгацию и сопровождение целей и обладает весьма посредственными радиотехническими характеристиками - высокий уровень боковых лепестков, малая ширина рабочей полосы частот.

Наиболее близкой по технической сущности является антенна, входящая в состав радиолокационной системы (РФ патент №2194288, МПК G 01 S 13/04, 2002 г.), содержащая неподвижное формирующее зеркало, выполненное в вертикальной плоскости параболическим, а в горизонтальной плоскости - с профилем огибающей системы смещенных парабол, неподвижный облучатель и вращающееся отражающее зеркало, при этом выход датчика угла поворота вращающегося отражающего зеркала соединен со вторым входом процессора данных.

Недостатками известной антенны является то, что она не позволяет осуществлять формирование нескольких типов диаграмм направленности, а вследствие этого не позволяет осуществлять сопровождение обнаруженных целей и одновременный просмотр широкой области воздушного пространства.

Технический результат предлагаемого технического решения направлен на расширение функциональных возможностей антенны.

Технический результат достигается тем, что антенна бортового радиолокатора содержит неподвижное формирующее зеркало, выполненное параболическим, неподвижный моноимпульсный облучатель, вращающее отражающее зеркало, диаграммообразующий волноводный тракт, соединенный с неподвижным облучателем, дополнительный облучатель, соединенный также с диаграммообразующим волноводным трактом, и выполненный в виде решетки излучателей из открытых концов прямоугольных волноводов, имеющих общие узкие стенки и один общий рупор, при этом амплитудно-фазовое распределение в раскрыве рупора дополнительного облучателя выбрано с возможностью формирования фазового распределения кубично квадратурной формы в раскрыве антенны, кроме того, дополнительный облучатель установлен выше фокуса неподвижного зеркала, смещен относительно фокальной плоскости неподвижного зеркала в сторону привалочной плоскости антенны и развернут вниз на угол от 14° до 16° относительно продольной оси антенны.

Отличительными признаками от прототипа является то, что в нее включен дополнительный облучатель, соединенный с диаграммообразующим волноводным трактом, и выполненный в виде решетки излучателей из открытых концов прямоугольных волноводов, имеющих общие узкие стенки и один общий рупор, при этом амплитудно-фазовое распределение в раскрыве рупора дополнительного облучателя выбрано с возможностью формирования фазового распределения кубично квадратурной формы, кроме того, дополнительный облучатель установлен выше фокуса неподвижного зеркала, смещен относительно фокальной плоскости неподвижного зеркала в сторону привалочной плоскости антенны и развернут вниз на угол от 14° до 16° относительно продольной оси антенны.

На фиг.1 изображена структурная схема антенны бортового радиолокатора, на фиг.2 - конструкция дополнительного облучателя.

Антенна бортового радиолокатора содержит.

Неподвижное формирующее зеркало 1, представляющее собой вырезку из тела вращения, образованного вращением полуветви параболы, развернутой к оси вращения на угол, равный 5°, и имеющее в своей конструкции поляризационный фильтр.

Вращающее отражающее зеркало 2 с поворотом плоскости поляризации отраженной волны на 90°, выполненное коническим, представляющее собой вырезку из конуса с углом раскрыва α, равным 87,5°. Вследствие вращения отражающего зеркала 2 осуществляется перемещение диаграмм направленности, сформированных антенной, в пространстве.

Неподвижный облучатель 4, выполненный моноимпульсным рупорным, раскрыв которого расположен в фокусе 3 неподвижного формирующего зеркала 1. Три выхода неподвижного моноимпульсного облучателя 4 (Σ, Δаз, Δум) соединены с диаграммообразующим волноводным трактом 6.

Диаграммообразующий волноводный тракт 6 содержит волноводный коммутатор 7, ферритовый модулятор 8, четырехплечий ферритовый циркуляр 9, согласующую нагрузку 15, коммутатор режимов 10 и согласующие вентили 11 и 12.

Первый вход четырехплечего ферритового циркуляра 9 соединен с передатчиком РЛС, второй его выход - вход, или канал соединен с первым входом волноводного коммутатора 7. Третий выход четырехплечего ферритового циркуляра 9 соединен с первым входом коммутатора режимов 10. Четвертый выход четырехплечего ферритового циркуляра 9 соединен с согласующей нагрузкой 15.

Первый вход ферритового модулятора 8, который одновременно является входом диаграммообразующего волноводного тракта 6, соединен с выходом Δаз неподвижного моноимпульсного облучателя 4, а второй его вход, который также является входом диаграммообразующего волноводного тракта 6, соединен с выходом Δум неподвижного моноимпульсного облучателя 4. Выход ферритового модулятора 8 соединен со вторым входом коммутатора режимов 10.

Первый выход коммутатора режимов 10 через согласующий вентиль 11 соединен с первым каналом приемника РЛС. Второй выход коммутатора режимов 10 через согласующий вентиль 12 соединен со вторым каналом приемника РЛС.

Второй выход волноводного коммутатора 7, который одновременно является входом диаграммообразующего волноводного тракта 6, соединен с суммарным ∑ входом неподвижного моноимпульсного облучателя 4. Третий выход волноводного коммутатора 7, который одновременно является входом диаграммообразующего волноводного тракта 6 соединен с входом дополнительного облучателя 5.

Дополнительный облучатель 5 предназначен для формирования диаграммы направленности типа cosec²(θ).

Дополнительный облучатель 5 установлен выше фокуса 3 неподвижного зеркала 1, смещен относительно фокальной плоскости неподвижного зеркала 1 в сторону привалочной плоскости 13 антенны и развернут вниз на угол 14°-16° относительно продольной оси 14 антенны. Такое расположение дополнительного облучателя 5 позволяет свести к минимуму его влияние на параметры антенны в режимах работы по воздушным целям и обеспечить требуемое амплитудно-фазовое распределение в раскрыве антенны.

Конструктивно дополнительный облучатель 5 представляет собой одномерную симметричную относительно продольной оси антенную решетку из шести открытых концов прямоугольных волноводов 16...21, имеющих общие узкие стенки и один общий пирамидальный рупор 22 (фиг.2). Распределительная система этого излучателя выполнена на трех волноводных Н-тройниках 24, 25 и двух щелевых мостах 23, имеющих переходное ослабление, чтобы в раскрыве облучателя сформировать симметрично спадающее на краях амплитудное распределение. Амплитудное распределение по раскрыву облучателя описывается формулой:

A(n)=k·(-1,15n²+8n-4),

где n - номер волновода облучателя (сверху вниз) от одного до шести.

Работа антенны осуществляется следующим образом.

Излучаемая мощность от передатчика в режиме работы по воздушным целям через четырехплечий ферритовый циркуляр 9 и волноводный коммутатор 7 поступает на неподвижный моноимпульсный облучатель 4. Раскрыв рупора неподвижного моноимпульсного облучателя 4 при этом, в силу симметрии, запитывается синфазно и на выходе оптической системы антенны формируется игольчатый луч.

При приеме энергия, отраженная от цели фокусируется оптической системой зеркал 1 и 2, принимается неподвижным моноимпульсным облучателем 4. На выходах его схемы сравнения, состоящей из свернутых Е- и Н-тройников, выделяется три сигнала, соответствующие трем диаграммам направленности:

суммарная Σ(θ) - образуемая синфазным сложением парциальных диаграмм направленности;

разностная азимутная Δаз(θ) - образуемая противофазным возбуждением правой и левой половин неподвижного моноимпульсного облучателя 4;

разностная угломестная Δум(θ) - образуемая возбуждением волны Н₂₀ в нижней и верхней половинах неподвижного моноимпульсного облучателя 4.

Суммарная диаграмма направленности представляет собой узкую однолепестковую диаграмму. Разностные диаграммы направленности - одна в азимутной, другая - в угломестной плоскостях, представляют собой нечетную функцию от угла прихода сигнала и имеют двухлепестковую форму, симметричную относительно продольной оси 14 антенны и с глубоким провалом в осевом направлении. Суммарный сигнал в режиме обзора (на прием) поступает через волноводный коммутатор 7 через четырехплечий ферритовый циркуляр 9 на первый вход коммутатора режимов 10 и далее с его первого выхода через согласующий вентиль 11 подается на вход первого приемного канала.

В режиме сопровождения цели принимаемые сигналы по разностным каналам с выходов Δаз и Δум неподвижного моноимпульсного облучателя 4 поступают на первый и второй входы ферритового модулятора 8. На выходе ферритового модулятора сигнал азимутальной разностной диаграммы модулируется по закону sin(2 Ωt), а сигнал угломестной разностной диаграммы модулируется по закону cos(2 Ωt), и выделяется сигнал, равный сумме сигналов азимутной и угломестной диаграмм

Δ(θ)=Δаз(θ)·sin(2 Ωt)+Δум(θ)·cos(2 Ωt).

Разностная диаграмма направленности вращается вокруг продольной оси 14 антенны синхронно с вращением магнитного поля в ферритовом модуляторе 8, причем ноль этой диаграммы совпадает с максимумом суммарной диаграммы направленности.

С выхода ферритового модулятора 8 сигнал вращающейся разностной диаграммы направленности поступает на второй вход коммутатора режимов 10, который в режиме сопровождения включен таким образом, что этот сигнал складывается с сигналом суммарной диаграммы направленности Σ(θ), поступающим на первый вход коммутатора режимов 10. В коммутаторе режимов 10 происходит сложение сигналов, поступающих на его входы. На первом выходе коммутатора режимов 10 формируется сигнал, равный сумме сигналов суммарной и вращающейся разностной диаграмм направленности:

На втором выходе коммутатора режимов 10 формируется сигнал, равный разности сигналов суммарной и вращающейся разностной диаграмм направленности:

С выходов коммутатора режимов 10 сигналы через согласующие вентили 11 и 12 поступают на входы первого и второго приемных каналов.

В режиме работы радиолокационной станции по картографированию земной поверхности излучаемая мощность от передатчика через второй выход четырехплечего ферритового циркуляра 9 и через открытый канал I-III волноводного коммутатора 7 поступает на дополнительный облучатель 5.

Для того чтобы сформировать диаграмму направленности, описываемую функцией cosec²(θ), необходимо в раскрыве антенны создать соответствующее амплитудно-фазовое распределение. В данной антенне реализовано амплитудное распределение в раскрыве, апроксимируется формулой:

где k - числовой коэффициент,

х - координата по раскрыву антенны (ноль - в центре раскрыва).

Фазовое распределение описывается формулой:

Предлагаемая конструкция антенны значительно расширяет ее функциональные возможности, а именно позволяет реализовать высокоточную моноимпульсную пеленгацию целей и картографирование земной поверхности с помощью диаграммы направленности типа cosec²(θ) и сохраняет все преимущества бортовых двухзеркальных антенн: низкий уровень бокового излучения и широкую полосу рабочих частот (≈5,5%).

Антенна бортового радиолокатора, содержащая неподвижное формирующее зеркало, выполненное параболическим, неподвижный моноимпульсный облучатель, вращающее отражающее зеркало и диаграммообразующий волноводный тракт, соединенный с неподвижным моноимпульсным облучателем, отличающаяся тем, что в нее включен дополнительный облучатель, соединенный с диаграммообразующим волноводным трактом и выполненный в виде решетки излучателей из открытых концов прямоугольных волноводов, имеющих общие узкие стенки и один общий рупор, при этом амплитудно-фазовое распределение в раскрыве рупора дополнительного облучателя выбрано с возможностью формирования фазового распределения кубично-квадратурной формы, кроме того, дополнительный облучатель установлен выше фокуса неподвижного зеркала, смещен относительно фокальной плоскости неподвижного зеркала в сторону привалочной плоскости антенны и развернут вниз на угол от 14 до 16° относительно продольной оси антенны.