АНТЕННА С ЧАСТОТНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ БЕЗ ЭФФЕКТА НОРМАЛИ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, а именно к конструкции антенной решетки с частотным сканированием, которая может быть использована в радиолокации, радионавигации и других радиотехнических системах.

Известна линейная антенна с частотным сканированием (Патент РФ №2470419), техническим результатом которой является возможность сканирования антенны через нормаль к антенне при синфазной запитке излучателей, соответственно - устранение эффекта нормали и увеличение рабочего диапазона антенны. Линейная антенна с частотным сканированием включает в себя змейковый прямоугольный волновод, канал которого свернут в Е-плоскости и каждый его виток имеет прямолинейные участки и два 180-градусных изгиба, элементы связи и волноводные излучатели, которые имеют общую узкую стенку с змейковым прямоугольным волноводом, причем длины четных и нечетных витков змейкового прямоугольного волновода кратны половине средней длины волны в волноводе и различаются между собой на нечетное число длин волн в волноводе.

Однако в описанной конструкции возникают нормали, вызванные сложением отраженных волн от изгибов витков различной длины.

При проведении патентных исследований среди известных технических решений заявитель не обнаружил технических решений с признаками, сходными с отличительными признаками заявляемого решения, поэтому совокупность упомянутых существенных признаков позволяет достичь поставленных задач.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение эффекта нормали в антенне с частотным сканированием.

Техническим результатом является отсутствие эффекта нормали в антенне с частотным сканированием, повышение КПД, снижение уровня боковых лепестков за счет сохранения неизменным вида амплитудного распределения в раскрыве антенны и обеспечение требуемых перепадов коэффициентов связи.

Для решения поставленных задач представлено два варианта антенны с частотным сканированием без эффекта нормали.

В первом варианте антенна с частотным сканированием, состоящая из СВЧ тракта распределительной системы мощности, направленных ответвителей, которые последовательно разнесены между собой по СВЧ тракту распределительной системы мощности, линейных антенных решеток, соединенных с направленными ответвителями, фазирующих секций, инверторов фазы элементарного излучателя, элементарных излучателей, направленные ответвители распределительной системы мощности последовательно разнесены между собой по СВЧ тракту на расстояние, электрическая длина которого равна четверти длины волны в тракте СВЧ за вычетом целого числа длин волн, при этом в направленных ответвителях за номерами 4n-3, где n - натуральное число, фаза направленного ответвителя равна 0°, в линейной антенной решетке фаза в фазирующей секции установлена фаза 90°, а на инверторе фазы элементарного излучателя установлена фаза 180°, в направленных ответвителях за номерами 4n-2 фаза направленного ответвителя равна -180°, в линейной антенной решетке фаза в фазирующей секции установлена фаза 0°, а на инверторе фазы элементарного излучателя установлена фаза 0°, в направленных ответвителях за номерами 4n-1 фаза направленного ответвителя равна -180°, в линейной антенной решетке фаза в фазирующей секции установлена фаза 90°, а на инверторе фазы элементарного излучателя установлена фаза 180°, в направленных ответвителях за номерами 4n фаза направленного ответвителя равна 0°, в антенной решетке фаза в фазирующей секции установлена фаза 0°, а на инверторе фазы элементарного излучателя установлена фаза 0°.

Во втором варианте направленные ответвители распределительной системы мощности последовательно разнесены между собой по СВЧ тракту на расстояние, электрическая длина которого равна трем четвертям длины волны в тракте СВЧ за вычетом целого числа длин волн, при этом в направленных ответвителях за номерами 4n-3, где n - натуральное число, фаза направленного ответвителя равна -180°, в линейной антенной решетке фаза в фазирующей секции установлена фаза 90°, а на инверторе фазы элементарного излучателя установлена фаза 180°, в направленных ответвителях за номерами 4n-2 фаза направленного ответвителя равна -180°, в линейной антенной решетке фаза в фазирующей секции установлена фаза 0°, а на инверторе фазы элементарного излучателя установлена фаза 180°, в направленных ответвителях за номерами 4n-1 фаза направленного ответвителя равна 0°, в линейной антенной решетке фаза в фазирующей секции установлена фаза 90°, а на инверторе фазы элементарного излучателя установлена фаза 180°, в направленных ответвителях за номерами 4n фаза направленного ответвителя равна 0°, в антенной решетке фаза в фазирующей секции установлена фаза 0°, а на инверторе фазы элементарного излучателя установлена фаза 0°.

Сущность заявленного технического решения схематично представлена на рис. 1, где 1 - СВЧ тракт распределительной системы мощности, 2 - направленный ответвитель, 3 - фазирующая секция, 4 - элементарный излучатель, 5 - линейная антенная решетка, 6 - инвертор фазы элементарного излучателя 4.

Антенна с частотным сканированием без эффекта нормали при первом и втором вариантах работает следующим образом.

При первом и втором вариантах электрическая длина одного витка СВЧ распределительной системы мощности 1 определяется расстоянием, которое проходит электромагнитная волна в СВЧ тракте от точки «а» до точки «б». В зависимости от длины витка СВЧ тракта распределительной системы мощности 1 между направленными ответвителями 2 фаза проходящей волны может иметь либо 90°, либо 270°. В связи с этим необходимо использовать различную конфигурацию распределительной системы мощности.

Фаза на выходе элементарных излучателей 4 будет вычисляться как (1):

где N - номер выхода;

Ф_отв ^_ фаза направленного ответвителя 2 принимает значение 0° или -180°;

Ф_{ф. секции} - фаза фазирующей секции 3 принимает значение 0° или 90°;

Ф_{инв. ф. эл. изл} - фаза инвертора 6 фазы элементарного излучателя 4 принимает значение 0° или 180°.

В первом варианте между первым и вторым направленными ответвителями 2 фаза проходящей волны изменяется на 90°. Конфигурация системы выглядит следующим образом (2):

где n - натуральное число.

Учитывая, что целое число волн можно отбросить, получим следующие соотношения.

По мере распространения электромагнитной волны к выходу первого элементарного излучателя 4 фазу проходящей волны будут изменять фазирующая секция 3 и инвертор фазы 6 элементарного излучателя 4. Таким образом, на выходе элементарных излучателей 4 линейной антенной решетки 5 фаза будет иметь следующее значение (3):

По мере распространения электромагнитной волны к выходу второго элементарного излучателя 4 фазу проходящей волны будет изменять направленный ответвитель 2. Таким образом, на выходе элементарных излучателей 4 линейной антенной решетки 5 фаза будет иметь следующее значение (4):

По мере распространения электромагнитной волны к выходу третьего элементарного излучателя 4 фазу проходящей волны будут изменять направленный ответвитель 2, фазирующая секция 3 и инвертор фазы 6 элементарного излучателя 4. Таким образом, на выходе элементарных излучателей 4 линейной антенной решетки 5 фаза будет иметь следующее значение (5):

По мере распространения электромагнитной волны к выходу четвертого элементарного излучателя 4 элементы 2, 3, 6 изменений в фазу проходящей волны не вносят. Таким образом, на выходе элементарных излучателей 4 линейной антенной решетки 5 фаза будет иметь следующее значение (6):

В результате мы видим, что все излучатели синфазны.

Во втором варианте между первым и вторым направленными ответвителями 2 фаза проходящей волны изменяется на 270°. Конфигурация системы выглядит следующим образом (7).

где n - натуральное число.

Учитывая, что целое число волн можно отбросить, получим следующие соотношения.

По мере распространения электромагнитной волны к выходу первого элементарного излучателя 4 фазу проходящей волны будут изменять направленный ответвитель 2, фазирующая секция 3 и инвертор фазы 6 элементарного излучателя 4. Таким образом, на выходе элементарных излучателей 4 линейной антенной решетки 5 фаза будет иметь следующее значение (8):

По мере распространения электромагнитной волны к выходу второго элементарного излучателя 4 фазу проходящей волны будут изменять направленный ответвитель 2 и инвертор фазы 6 элементарного излучателя 4. Таким образом, на выходе элементарных излучателей 4 линейной антенной решетки 5 фаза будет иметь следующее значение (9):

По мере распространения электромагнитной волны к выходу третьего элементарного излучателя 4 фазу проходящей волны будут изменять фазирующая секция 3 и инвертор фазы 6 элементарного излучателя 4. Таким образом, на выходе элементарных излучателей 4 линейной антенной решетки 5 фаза будет иметь следующее значение (10):

По мере распространения электромагнитной волны к выходу четвертого элементарного излучателя 4 фазу проходящей волны будет изменять инвертор фазы 6 элементарного излучателя 4. Таким образом, на выходе элементарных излучателей 4 линейной антенной решетки 5 фаза будет иметь следующее значение (11):

В результате все излучатели синфазны.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет избавиться от эффекта нормали в антенне с частотным сканированием, повысить КПД, как следствие, снизить уровень боковых лепестков за счет сохранения неизменным вида амплитудного распределения в раскрыве антенны и обеспечения требуемых перепадов коэффициентов связи.