Фазированная антенная решетка

Изобретение относится к радиотехнике и может применяться в антенной технике, в частности в конструкции фазированных антенных решеток (ФАР), используемых в радиолокационных станциях с электрическим сканированием.

Известна ФАР, описанная в патенте RU 2622241 H01Q 21/00, содержащая основание и элементы ФАР, соединенные с основанием, которое представляет собой несущую раму с закрепленной на ней крышкой, выполненной в виде совокупности плоских пластин прямоугольного сечения, попарно сопряженных между собой боковыми стенками, оси которых параллельны. На боковых стенках пластин выполнены пазы, перпендикулярные оси пластин, образующие после объединения пластин установочные отверстия, расположение которых соответствует расположению установочных отверстий, выполненных в несущей раме, причем в установочных отверстиях несущей рамы и пластин закреплены элементы ФАР.

Описанная конструкция, обеспечивает точный шаг установки элементов при сборке ФАР ограниченных размеров, а также хорошую конструктивную жесткость полотна ФАР. Наряду с указанными достоинствами описанная ФАР обладает также существенными недостатками:

- размеры ФАР ограничены возможностью обработки габаритных заготовок станком с программным управлением;

- конструкция ФАР не предусматривает наличие согласующих элементов в плоскости раскрыва решетки, позволяющих обеспечить его согласование со свободным пространством и, как следствие, уменьшить потери мощности, обусловленные отражением падающей радиоволны от плоскости раскрыва решетки.

Известна ФАР, описанная в патенте RU 2584404 F41H 11/02, принятая авторами в качестве прототипа к предлагаемому изобретению. ФАР проходного типа содержит элементы ФАР, объединенные в примыкающие друг к другу линейные модули, выполненные в виде металлической ленты с многопроводной печатной платой, проводники которой с одной стороны соединены с контактными площадками плат элементов ФАР, расположенных на их корпусах, а с другой стороны - с системой управления лучом (СУЛ), причем соседние линейные модули объединены стяжками, каждая из которых содержит закрепленные между собой две металлические пластины, фиксирующие элементы ФАР с обеих сторон, причем крайние линейные модули зафиксированы упорами, закрепленными на корпусе антенны.

К достоинствам описанной конструкции, можно отнести возможность масштабирования ФАР в широких пределах.

Недостатками данной конструкции являются:

- снижение мощности, обусловленное ее просачиванием падающей радиоволны в межэлементное пространство решетки и, как следствие, возникновению различных интерференционных эффектов, ввиду наличия двух раскрывов (приемного и апертурного), связанных с возбуждением собственных волн межэлементного пространства решетки;

- конструкция ФАР не предусматривает наличие согласующих элементов в плоскости раскрыва решетки, позволяющих обеспечить его согласование со свободным пространством и, как следствие, уменьшить потери мощности, обусловленные отражением падающей радиоволны от плоскости раскрыва решетки;

- жесткость полотна ФАР, обеспечена только линейными модулями, стянутыми между собой стяжками, распределенными по раскрыву решетки и не связанными между собой.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение являются: увеличение коэффициента усиления антенных решеток, а также повышение конструктивной жесткости полотна ФАР.

Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленных перед авторами задач, является согласование раскрыва решетки со свободным пространством, устранение эффекта просачивания падающей радиоволны в межэлементное пространство решетки, а также обеспечение конструктивной жесткости и стойкости полотна ФАР к ударным и вибрационным воздействиям.

Поставленная задача решается за счет того, что в ФАР, содержащей корпус с закрепленными в нем модулями, объединяющими элементы ФАР, каждый из которых соединен с СУЛ, новым является то, что параллельно плоскости раскрыва ФАР установлен проводящий экран (ПЭ), положение которого выбрано из диапазона (0,2…0,4)⋅λ₀ ниже плоскости раскрыва волноводов элементов ФАР, обеспечивающем минимальное отражение падающей радиоволны от раскрыва ФАР, при этом ПЭ установлен в плоскостях приемных и апертурных излучающих элементов (ПИЭ и АИЭ) и выполнен в виде набора металлических пластин с отверстиями под ПИЭ и АИЭ, установленных с взаимным перекрытием, исключая просачивание падающей радиоволны в межэлементное пространство решетки.

Металлические пластины, образующие ПЭ в плоскости ПИЭ, развернуты относительно пластин, установленных в плоскости АИЭ, стянуты между собой в полотне ФАР специализированным крепежом и имеют электрический контакт с волноводом каждого элемента ФАР, обеспеченный непосредственным контактом или токопроводящим клеем.

Предложенное техническое решение поясняется графическими материалами. На фиг. 1 представлена конструкция проходного модуля ФАР с ПЭ, на фиг. 2 представлена конструкция ПЭ в составе ФАР, где 1 - металлические пластины, 2 - апертурные излучающие элементы (АИЭ), 3 - приемные излучающие элементы (ПИЭ), 4 - волновод, 5 - основание модуля, 6 - стягивающие винты, 7 - токопроводящий клей, 8 - СУЛ.

В плоскости раскрыва ПИЭ и АИЭ ФАР установлены ПЭ, выполненные в виде набора металлических пластин 1 с отверстиями под ПИЭ 2 и АИЭ 3, обеспечивающими точность позиционирования элементов ФАР, установленных с взаимным перекрытием, исключая просачивание падающей радиоволны в межэлементное пространство решетки, и стянутых специализированным крепежом 6, обеспечивая конструктивную жесткость и стойкость полотна ФАР к ударным и вибрационным воздействиям.

ПЭ имеет электрический контакт с волноводом 4 каждого элемента ФАР, который может быть обеспечен непосредственным контактом или токопроводящим клеем 7, что также позволяет снизить эффект просачивания падающей радиоволны в межэлементное пространство решетки и, как следствие, возникновению различных интерференционных эффектов, связанных с возбуждением собственных волн межэлементного пространства.

Положение экрана относительно плоскости раскрыва волноводов (L_опт1 и L_опт2) выбирается исходя из условия минимального отражения падающей радиоволны от плоскости раскрыва ФАР. Оптимальный диапазон установки ПЭ, обеспечивающий достижение максимального КУ ФАР, составляет (0,2…0,4)⋅λ₀ ниже плоскости раскрыва волноводов элементов ФАР.

Предлагаемое техническое решение может быть выполнено на базе прототипа, а также использовано в других антенных решетках проходного и отражательного типа с минимальными конструкторскими дополнениями.

Эффективность предлагаемого технического решения проверена экспериментально в процессе модернизации образцов ФАР на предприятии-заявителе. Разработана конструкторская документация, изготовлен экспериментальный образец, лабораторно-стендовые и натурные испытания которого проведены с положительными результатами, подтверждающими:

- возможность использования предложенного технического решения при разработке ФАР любых типов, размеров и форм;

- простоту изготовления и сборки ФАР;

- обеспечение точного позиционирования излучающих элементов ФАР;

- обеспечение конструктивной жесткости и стойкости полотна ФАР к ударным и вибрационным воздействиям;

- увеличение КУ ФАР, за счет согласования раскрыва решетки со свободным пространством и устранение эффекта просачивания падающей радиоволны в межэлементное пространство ФАР.

Изложенное позволяет сделать вывод о технической реализуемости предложенного решения и может найти промышленное применение, например, при модернизации антенных систем, содержащих проходные или отражательные ФАР, с целью повышения конструктивной жесткости и эффективности использования разрабатываемых ФАР.