Фазированная антенная решетка

Фазированная антенная решетка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ, в частности к фазированным антенным решеткам (ФАР).

Известна ФАР [Патент на изобретение РФ №2208274 от 11.12.2001 г.], которая содержит распределительную систему СВЧ-сигнала, систему излучателей, двухмодовые ферритовые фазовращатели, каждый из которых содержит фазосдвигающую секцию, два поглотителя ортогональной поляризации на концах, один поляризатор с постоянными магнитами и один поляризатор с магнитопроводом и обмоткой, блок управления поляризаторами с магнитопроводом и обмоткой. Такая ФАР позволяет уменьшать боковое излучение, однако изменять поляризацию СВЧ-сигнала она не может.

Наиболее близкой по технической сущности является ФАР [Патент на изобретение РФ №2268521 от 26.07.2004 г.], которая содержит систему излучателей, N двухмодовых фазовращателей, каждый из которых содержит поглотитель ортогональной поляризации, поляризатор с постоянными магнитами, фазосдвигающую секцию, поляризатор с магнитопроводом и обмоткой управления, и блок коммутаторов, выходы которого соединены с обмотками управления поляризаторов с магнитопроводом и обмоткой управления. Такая ФАР по соответствующим командам может устанавливать следующие виды поляризации излучаемого СВЧ-сигнала: две ортогональных линейных и одну круговую. Помеха с одной линейной поляризацией будет подавлена в такой ФАР путем переключения ее на излучение СВЧ-сигнала с ортогональной линейной поляризацией. Однако помеху на круговой поляризации, на которой работает также и ФАР, она подавить не сможет. Такую помеху можно подавить только переводом излучения ФАР сигнала с другой круговой поляризацией, что в данной ФАР сделать невозможно.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в возможности переключения ФАР на излучение СВЧ-сигнала с другой круговой поляризацией, что позволяет подавить помеху с круговой поляризацией.

Указанный результат достигается тем, что фазированная антенная решетка (ФАР) содержит систему распределения СВЧ-сигнала, вход которой является первым входом ФАР, систему излучателей и N двухмодовых фазовращателей, где N - целое число. Каждый из N двухмодовых фазовращателей содержит входной поглотитель и фазосдвигающую секцию, соединенную с поляризатором с магнитопроводом и обмоткой управления. N выходов системы распределения СВЧ-сигнала соединены с первыми входами N двухмодовых фазовращателей, выходы которых соединены с соответствующими входами системы излучателей, способных излучать сигналы обеих ортогональных поляризаций. Кроме того, ФАР содержит блок коммутаторов, первый, второй, третий и четвертый входы которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым входами ФАР, причем каждый из N выходов блока коммутаторов соединен со вторым входом каждого N-го двухмодового фазовращателя.

Новым в предлагаемой ФАР является введение блока управления, вход которого является шестым входом фазированной антенной решетки, а N выходов подключены соответственно к третьим входам каждого N двухмодового фазовращателя. В каждый двухмодовый фазовращатель введен второй поляризатор с магнитопроводом и обмоткой управления, первый вход которого соединен с выходом входного поглотителя, а выход соединен со входом фазосдвигающей секции, причем второй вход второго поляризатора с магнитопроводом и обмоткой управления является третьим входом каждого N двухмодового фазовращател.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемой ФАР.

На фиг.2 представлена функциональная схема блока коммутаторов.

На фиг.3 представлена функциональная схема блока управления.

На фиг.4 представлена функциональная схема двухмодового фазовращателя.

На фиг.5 представлен пример выполнения поперечного сечения поляризатора с магнитопроводом и обмоткой управления.

ФАР состоит из системы распределения 1,выполненной, например, в виде волноводных линеек ответвителей, системы излучателей 2, которая может быть выполнена из осесимметричных диэлектрических стержней, блока коммутаторов 3, выполненного, например, по блок-схеме, приведенной на фиг.2, N двухмодовых фазовращателей 4, причем каждый N-й выход системы распределения СВЧ-сигнала 1, вход которой является первым входом ФАР, подключен к первым входам каждого N-го двухмодового фазовращателя 4, ко вторым входам каждого N-го двухмодового фазовращателя 4 подключен каждый N-й выход блока коммутаторов 3, к третьим входам каждого N-го двухмодового фазовращателя 4 подключен каждый N-й выход блока управления 5. Выход каждого N-го двухмодового фазовращателя 4 соединен с каждым N-м входом системы излучателей 2.

Блок коммутаторов 3, выполненный, например, по блок-схеме, приведенной на фиг.2, состоит из N биполярных коммутаторов тока 6, (N+l)-го коммутатора тока 7 и (N+2)-го коммутатора тока 8. Коммутаторы тока 6 представляют собой двухканальные электронные переключатели и могут быть выполнены на микросхеме ADG419 фирмы Analog Device (см. каталог Analog Device luc. 1994 г., раздел 7, стр.44). (N+l)-й и (N+2)-й коммутаторы тока 7 и 8 представляют собой аналоговые ключи с электронным управлением и могут быть выполнены на микросхеме К590 КН9 (см. Справочник разработчика и конструктора РЭА, элементная база, М., 1993 г., часть 1, стр.107). Блок управления 5, выполненный, например, по схеме, приведенной на фиг.3, состоит из N инверторов 9. Инверторы 9 выполнены, например, на основе аналоговых ключей типа К590 КН4 или К590 КН7 (см. каталог Analog Device luc. 1994 г., раздел 7, стр.106).

Фазовращатель 4, выполненный по блок-схеме, приведенной на фиг.4, состоит из входного поглотителя ортогональной поляризации 10, второго поляризатора с магнитопроводом и обмоткой управления 11, фазосдвигающей секции 12, поляризатора с магнитопроводом и обмоткой управления 13. Второй поляризатор с магнитопроводом и обмоткой управления 11, поперечное сечение которого приведено на фиг.5, состоит, например, из вкладыша из СВЧ-феррита 14, волновода 15, магнитопровода 16, обмотки управления 17.

ФАР работает следующим образом. СВЧ-сигнал с линейной поляризацией поступает на первый вход ФАР и через систему распределения СВЧ-сигнала 1 подается на первые входы N фазовращателей 4. Если со входа блока управления 5 на входы N инверторов 9 подается сигнал, открывающий плечи, которые пропускают положительное напряжение на входы 3 N фазовращателей 4, то в обмотках управления 17 вторых поляризаторов с магнитопроводом и обмотками управления 11 появятся положительные токи. Во вкладышах из СВЧ-феррита 14 этих поляризаторов образуются управляющие квадрупольные поля, которые создают в каждом поляризаторе с магнитопроводом и обмотками 11 управления 90° дифференциальный фазовый сдвиг между ортогональными СВЧ-сигналами. После этого на выходах поляризаторов с магнитопроводом и обмотками управления 11 N фазовращателей 4 образуются сигналы с круговой поляризацией правого вращения, которые, проходя фазосдвигающую секцию 12, получают сдвиг фазы, необходимый для создания требуемого фазового фронта на раскрыве ФАР.

Далее сигнал с круговой поляризацией правого вращения и приобретенной фазой поступает на первый вход поляризатора с магнитопроводом и обмотками управления 13. Со входа I блока коммутаторов 3 на входы 1 (N+l)-го и (N+2)-го коммутаторов 7 и 8 подается сигнал, который открывает их, после чего со входа II блока коммутаторов 3 через (N+l)-й коммутатор 7 на входы 3 N коммутаторов 6 поступает положительное напряжение, а со входа III блока коммутаторов 3 через (N+2)-й коммутатор 8 на входы 2 N коммутаторов 6 поступает отрицательное напряжение.

Если со входа IV блока коммутаторов 3 на входы 1 N коммутаторов 6 подается сигнал, открывающий плечи, которые пропускают положительное напряжение на входы 2 N фазовращателей 4, то в обмотках управления 17 поляризаторов с магнитопроводом и обмотками управления 13 появятся положительные токи. Во вкладышах из СВЧ-феррита 14 этих поляризаторов образуются управляющие квадрупольные поля, которые создают в каждом поляризаторе с магнитопроводом и обмотками 13 управления 90° дифференциальный фазовый сдвиг между ортогональными СВЧ-сигналами. После этого на выходах N фазовращателей образуются линейно-поляризованные сигналы с приобретенной фазой, которые поступают в систему излучателей 2 и далее излучаются в пространство. Поляризация излученных сигналов будет совпадать с поляризацией сигналов, поступивших на входы 1 N фазовращателей 4, в том случае, если управляющие квадрупольные магнитные поля в поляризаторах с магнитопроводом и обмоткой 11 имеют направление, противоположное направлению управляющих квадрупольных магнитных полей в поляризаторах с магнитопроводом и обмоткой 13.

Если со входа IV блока коммутаторов 3 на входы 1 N коммутаторов 6 подается сигнал, открывающий плечи этих коммутаторов, которые пропускают отрицательное напряжение на входы 2 N фазовращателей 4, то в обмотках управления 17 поляризаторов с магнитопроводом и обмоткой управления 13 появятся отрицательные токи. В СВЧ-ферритах этих поляризаторов 14 управляющие магнитные поля изменят направление на обратное, которое будет совпадать с направлением управляющих квадрупольных магнитных полей в поляризаторах с магнитопроводом и обмоткой 11. После этого поляризация излучаемых сигналов изменится на 90°.

Если со входа I блока коммутаторов 3 на входы 1 (N+l)-го и (N+2)-го коммутаторов 7 и 8 подается сигнал, запирающий (N+l)-й и (N+2)-й коммутаторы 7 и 8, то с выходов этих коммутаторов на входы 2 и 3 N коммутаторов 6 напряжения не поступают и в результате независимо от того, какой сигнал поступает на входы 1 N коммутаторов 6, напряжения на их выходах и соответственно токи в обмотках управления 17 поляризаторов с магнитопроводом и обмоткой управления 13 и управляющие квадрупольные магнитные поля во вкладышах из СВЧ-феррита 14 будут отсутствовать. Эти вкладыши 14 становятся обычными диэлектриками, и поэтому излучаемый сигнал будет иметь круговую поляризацию правого вращения.

Если теперь со входа блока управления 5 на входы N инверторов 9 подается сигнал, открывающий плечи, которые пропускают отрицательное напряжение на входы 3 N фазовращателей 4, то в обмотках управления 17 вторых поляризаторов с магнитопроводом и обмотками управления 11 появятся отрицательные токи. Управляющие квадрупольные поля во вкладышах из СВЧ-феррита 14 этих поляризаторов изменят направление на обратное, после чего на выходах N фазовращателей 4 образуются сигналы с круговой поляризацией левого вращения, которые, проходя фазосдвигающую секцию 12, получают сдвиг фазы, необходимый для создания требуемого фазового фронта на раскрыве ФАР. Излучаемый сигнал будет также иметь круговую поляризацию левого вращения.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить излучение СВЧ-сигнала с четырьмя различными поляризациями: с двумя ортогональными линейными и двумя круговыми правого и левого вращения. При появлении помехи на линейной поляризации в предлагаемой ФАР можно переключиться на излучение сигнала на ортогональной линейной поляризации; при появлении помехи на круговой поляризации какого-либо вращения можно переключиться на излучение сигнала на круговой поляризации обратного вращения. В обоих случаях помехи будут рассеиваться в поглотителях 10 фазовращателей 4; на практике на входе I распределительной системы СВЧ-сигнала 1 подавление помехи будет достигать 18…20 дБ, что обеспечит нормальную работу РЛС в условиях действия помех.

Фазированная антенная решетка (ФАР), содержащая систему распределения СВЧ сигнала, вход которой является первым входом ФАР, систему излучателей и N двухмодовых фазовращателей, где N - целое число, каждый из которых содержит входной поглотитель и фазосдвигающую секцию, соединенную с поляризатором с магнитопроводом и обмоткой управления, причем N выходов системы распределения СВЧ сигнала соединены с первыми входами N двухмодовых фазовращателей, выходы которых соединены с соответствующими входами системы излучателей, способных излучать сигналы обеих ортогональных поляризаций, блок коммутаторов, первый, второй, третий, и четвертый входы которого являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым входами ФАР, причем каждый из N выходов блока коммутаторов соединен со вторым входом каждого N-го двухмодового фазовращателя, отличающаяся тем, что дополнительно введен блок управления, вход которого является шестым входом фазированной антенной решетки, а N выходов подключены соответственно к третьим входам каждого N двухмодового фазовращателя, причем в каждый двухмодовый фазовращатель введен второй поляризатор с магнитопроводом и обмоткой управления, первый вход которого соединен с выходом входного поглотителя, а выход соединен со входом фазосдвигающей секции, причем второй вход второго поляризатора с магнитопроводом и обмоткой управления является третьим входом каждого N двухмодового фазовращателя.