Цифровая кольцевая антенная решётка

Изобретение относится к антенной технике и, в частности, к конструированию цифровых кольцевых антенных решеток (ЦКАР).

Известна кольцевая фазированная антенная решетка [SU №1531183 A1, H01Q 3/26, опубл. 23.12.1989], содержащая K=n*N излучателей, разнесенных на угол 360°/K, N многопозиционных коммутаторов, n выходов каждого из которых соединены с соответствующими излучателями, разнесенными на угол 360°/n, а первые входы каждого многопозиционного коммутатора через последовательно соединенные аттенюаторы и фазовращатели подключены к N выходам делителя мощности, и блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам многопозиционных коммутаторов, фазовращателей и аттенюаторов, отличающаяся тем, что многонозиционные коммутаторы выполнены с двумя СВЧ-входами, делитель мощности выполнен с 2 N выходами, причем второй вход каждого многопозиционного коммутатора присоединен к соответствующему выходу делителя мощности, причем каждый из N многопозиционных коммутаторов с n выходами содержит два разветвителя на n направлений, одноименные плечи которых соединены в общую точку и в каждом плече на ра сстоянии Д/4 от точек разветвления и общей точки установлены коммутирующие диоды, подключенные к блоку управления, причем волновые сопротивления плеч от точки разветвления до коммутирующих диодов равны W₀ yn-1, где W₀ - волновое сопротивление плеч от коммутирующих диодов до общей точки.

Недостатоком данной кольцевой фазированной антенной решетки являются большие габаритные размеры, масса и связанные с этим большая потребляемая мощность и тепловыделение антенны.

Наиболее близкой к заявляемой является активная фазированная антенная решетка [RU №88214 U1, H01Q 21/00, опубл. 27.10.2009], содержащая печатные антенные излучатели, полосковые и микрополосковые линии передачи, линии питания и управления, причем она выполнена в виде металлического диска круглой формы, на одной стороне которого расположены активные элементы, фазовращатели и аттенюаторы, делители мощности, а на противоположной стороне расположены элементы схемы управления, элементы схемы питания, и по окружности диска установлены печатные антенные излучатели, причем активные элементы и излучатели объединены в группы по окружности, а группы соединены между собой, при этом активные элементы установлены на печатных платах, а элементы схемы управления и элементы схемы питания установлены на многослойных печатных платах, причем каждый антенный излучатель выполнен в виде симметричного печатного вибратора с рефлектором и директором, причем активные элементы выполнены в виде приемных малошумящих усилителей и/или в виде передающих усилителей мощности.

Недостатком данной кольцевой фазированной антенной решетки является небольшая точность опрделения координат и низкое быстродействие за счет аналоговой обработки и синтеза сигналов.

Техническим результатом является повышение точности определения координат и повышение быстродействия за счет цифровой обработки и синтеза сигналов.

Технический результат достигается тем, что в цифровой кольцевой антенной решетке, содержащей печатные антенные излучатели, полосковые и микрополосковые линии передачи, линии питания и управления, антенна выполнена в виде круглой формы, где установлены печатные антенные излучатели, дополнительно введено основание и выполнено в виде составного металлического многогранника, аппроксимирующего тороид, на лицевой стороне основания расположены печатные антенные излучатели (тип антенны - Вивальди), соединенные высокочастотными разъемами с цифровыми приемопередающими модулями, расположенными на противоположной стороне основания, модули системы питания, модули функционального управления и обработки информации, модуль синтезатора сигналов и разветвителя частоты, которые установлены на составное металлическое основание через теплопроводящую прокладку и прижимаемые резьбовыми фиксаторами, причем приемопередающие и печатные антенные излучатели объединены в группы по шести секторам, а группы соединены между собой высокочастотными кабелями, расположенными на модуле функционального управления и обработки информации, причем электрорадиоизделия и электрорадиоизделия СВЧ установлены на печатных платах СВЧ, а ЭРИ управления и ЭРИ схемы питания установлены на многослойных печатных платах.

Введение указанных дополнительных элементов и последовательности и их соединения обеспечивают повышение точности определения координат и повышение быстродействия за счет цифровой обработки и синтеза сигналов.

На фиг. 1 представлена схема цифровой кольцевой антенной решетки.

На фиг. 2 представлен общий вид цифрового приемопередающего модуля.

Цифровая кольцевая антенная решетка (фиг. 1) содержит цифровые восьмиканальные приемопередающие модули (ЦППМ) 1, электрорадиоизделия (ЭРИ) и ЭРИ СВЧ (не показаны), печатные антенные излучатели 2, модули подсистемы питания 3, модуль функционального управления и обработки информации 4, модуль синтезатора сигналов и разветвителя частоты 5, составное металлическое основание 6, вычислительный блок (не показан), составное композитное радиопрозрачное укрытие (не показано), линии питания и управления (не показаны), полосковые и микрополосковые линии передачи (не показаны).

Цифровая кольцевая антенная решетка (фиг. 1) содержит печатные антенные излучатели 2, полосковые и микрополосковые линии передачи, линии питания и управления, антенна выполнена в виде круглой формы, где установлены печатные антенные излучатели 2, основание 6 выполнено в виде составного металлического многогранника, аппроксимирующего тороид, на лицевой стороне основания расположены печатные антенные излучатели 2 (тип антенны - Вивальди), соединенные высокочастотными разъемами с цифровыми приемопередающими модулями 1, расположенными на противоположной стороне основания, модули системы питания 3, модули 4 функционального управления и обработки информации, модуль 5 синтезатора сигналов и разветвителя частоты, которые установлены на составное металлическое основание через теплопроводящую прокладку и прижимаемые резьбовыми фиксаторами, причем приемопередающие и печатные антенные излучатели объединены в группы по шести секторам, а группы соединены между собой высокочастотными кабелями, расположенными на модуле функционального управления и обработки информации, причем электрорадиоизделия и электрорадиоизделия СВЧ установлены на печатных платах СВЧ, а ЭРИ управления и ЭРИ схемы питания установлены на многослойных печатных платах.

Пример исполнения антенны

Большая часть существующих на сегодняшний день РЛС выполнена с использованием рупорно-щелевых антенн. Как правило, конструктивно РЛС разделяются на два устройства:

- антенна с приемопередатчиком в устройстве сканирования;

- компьютерный индикатор со средством автоматической радиолокационной прокладки и блоком питания.

К недостаткам таких РЛС можно отнести невозможность идентификации целей, ухудшение характеристик в сложных погодных условиях, низкая скорость сканирования окружающей обстановки, необходимость проводить частое техническое обслуживание.

Выполнение цифровой радиолокационной станции и, в частности антенн, в виде набора печатных плат СВЧ и многослойных плат позволяет использовать достижения интегральной технологии при проектировании. Объединение приемопередающих модулей и печатных антенных 2 излучателей в группы на составном металлическом основании 6, а также управление каждым излучателем 2 позволяет обеспечить равномерное распределение как передающей мощности (в режиме передачи), так и принимаемой мощности (в режиме приема) при сканировании по сектору тора. Составное металлическое основание 6 в форме многогранника, аппроксимирующего тор (24 грани), на каждой грани (подрешетки) выполняет функцию экрана теплоотвода и несущей конструкции. ЦКАР является приемопередающей, ее активные элементы СВЧ в составе каждого канала цифрового приемопередающего модуля 1 выполнены в виде монолитных интегральных схем (МИС) малошумящего усилителя (МШУ) и МИС усилителя мощности. Каждый печатный антенный излучатель 2 выполнен в виде печатного вибратора с делителем мощности и системой директоров. Кроме того, данная конструкция позволяет обеспечить большую эффективность ЦКАР за счет более высокой технологичности, более высокой надежности, более низкой себестоимости и за счет снижения массогабаритных характеристик. Кроме того, подобная конструкция ЦКАР обеспечивает более широкие функциональные возможности при проектировании крупногабаритных антенных систем, в которых она может использоваться как элемент системы (например, при проектировании ЦКАР в виде цилиндрической конструкции).

Также преимуществами заявляемой ЦКАР является то, что антенные элементы расположены в форме многогранника, модульность и универсальность конструкции приемопередающего модуля, внутри корпуса расположена не только система питания и управления, но и система обработки сигналов, а также блок сопряжения с индикаторным устройством, диаметр конструкции определяется исходя из требуемой ширины диаграммы направленности, выполнение антенны в виде одного ряда приемопередающих модулей обеспечивает уменьшение габаритных размеров, массы, потребляемой мощности, тепловыделения, улучшает ремонтопригодность, антенные элементы выполнены в виде пассивных печатных антенных излучателей, а алгоритмы обработки информации с учетом выбранной конструкции обеспечивают режим сверхразрешения.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет обеспечить повышение точности определения координат и повышение быстродействия за счет цифровой обработки и синтеза сигналов.