RU2349007C1

RU2349007C1 - Double-range antenna system with electronic control by beam

Info

Publication number: RU2349007C1
Application number: RU2007120919/09A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Белый (RU); Юрий Иванович Белый; Анатолий Исакович Синани (RU); Анатолий Исакович Синани; Николай Николаевич Баринов (RU); Николай Николаевич Баринов; Георгий Феодосьевич Мосейчук (RU); Георгий Феодосьевич Мосейчук; Олег Станиславович Алексеев (RU); Олег Станиславович Алексеев; Андрей Евгеньевич Блохин (RU); Андрей Евгеньевич Блохин; Владимир Александрович Митин (RU); Владимир Александрович Митин; Александр Васильевич Воронежцев (RU); Александр Васильевич Воронежцев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения им. В.В. Тихомирова"
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2009-03-10
Also published as: RU2007120919A

Abstract

FIELD: physics, communication.

SUBSTANCE: invention concerns the radar-tracking technics and communication equipment and can be used in radar stations for determination of target coordinates and its monopulsing direction finding on the basis of two-dimensional electronic scanning. The antenna system contains the phased antenna array (PAA) of a high-frequency range, which waveguiding radiators are united in the continuous rulers and form the regular periodic structure, and PAA of the low-frequency range which dipole radiators are located between strips of PAA of a high-frequency range, shaping rows, and radiators of both PAA form the uniform aperture of double-range antenna system with electronic control using a beam. For achievement of technical effect of PAA of a high-frequency range, it is executed with the main electrical distributor proportioning microwave energy on quadrants of the aperture, and with 2N - the sublattices making quadrants of the aperture, where N - natural number. Each of sublattices consists from double-row waveguiding electrical distributors with erected on them M ferrite phase shifters with guidance circuit changers, where M - number of exits of everyone double-row waveguiding electrical distributor, proportioning VHF-energy on waveguiding radiators. Radiators of PAA of a high-frequency range are united in K general radiation panels, where K - an integer, and each of K-panels is joined with not less than four sublattices.

EFFECT: decrease in level of lateral lobes and decrease prevention in an amplification constant of PAA of the VHF-range at scanning in separate angular zones at maintenance of close to limiting performances of PAA of LF-range.

3 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокационной технике и средствам связи и может быть использовано в радиолокационных станциях для определения координат цели и ее моноимпульсной пеленгации на базе двумерного электронного сканирования.The invention relates to radar technology and communications and can be used in radar stations to determine the coordinates of the target and its single-pulse direction finding based on two-dimensional electronic scanning.

Известна «Двухдиапазонная фазированная антенная система с электронным управлением» [RU 2273926 С1 опубл. 2006.04.10.], содержащая фазированную антенную решетку (ФАР) высокочастотного диапазона, линейные волноводные излучатели которой образуют регулярную периодическую структуру, и ФАР низкочастотного диапазона, линейные волноводные излучатели которой образуют регулярную периодическую структуру. Линейные волноводные излучатели высокочастотного и низкочастотного диапазонов образуют единую апертуру антенной системы. Центры излучения обеих ФАР совпадают. Линейные волноводные излучатели низкочастотного диапазона расположены между двумя лиейными волноводными излучателями высокочастотного диапазона, соединены между собой общими широкими сторонами волноводов и образуют секции, которые соединены между собой короткозамкнутыми волноводами, глубиной L₂, одновременно кратной нечетному числу четвертей длин волн высокочастотного и низкочастотного диапазонов. Линейные волноводные излучатели высокочастотного диапазона расположены с шагом L, равным 0,9-0,95 длины волны высокочастотного диапазона. Волноводные излучатели низкочастотного диапазона расположены с шагом L₁, равным 1,8-1,9 длины волны высокочастотного диапазона. Кроме того, отношение частот высокочастотного и низкочастотного диапазонов равно 3,6-4,0.The well-known "Dual-band phased antenna system with electronic control" [RU 2273926 C1 publ. 2006.04.10.], Which contains a phased antenna array (PAR) of the high-frequency range, the linear waveguide emitters of which form a regular periodic structure, and a low-frequency phased array, the linear waveguide emitters of which form a regular periodic structure. The linear waveguide emitters of the high-frequency and low-frequency ranges form a single aperture of the antenna system. The emission centers of both PARs coincide. Linear low-frequency waveguide emitters are located between two high-frequency linear waveguide emitters, are interconnected by common wide sides of the waveguides and form sections that are interconnected by short-circuited waveguides, depth L ₂ , which is simultaneously multiple to an odd number of quarters of the wavelengths of the high-frequency and low-frequency ranges. High-frequency linear waveguide emitters are arranged with a step L equal to 0.9-0.95 of the high-frequency range wavelength. The waveguide emitters of the low frequency range are located with a step L ₁ equal to 1.8-1.9 wavelengths of the high frequency range. In addition, the ratio of the frequencies of the high-frequency and low-frequency ranges is 3.6-4.0.

Наиболее близким по технической сущности является «Двухдиапазонная антенная система с электронным управлением лучом» [RU 2177662 С1], включающая фазированную антенную решетку (ФАР) высокочастотного диапазона, волноводные излучатели которой образуют регулярную периодическую структуру, и ФАР низкочастотного диапазона, излучатели которой образуют регулярную периодическую структуру, причем излучатели обеих ФАР образуют единую апертуру антенной системы, центры излучения обеих ФАР совпадают между собой или сдвинуты на величину периода расположения излучателей высокочастотной ФАР, излучатели высокочастотной ФАР объединены в непрерывные линейки, а излучатели низкочастотной ФАР расположены между линейками высокочастотной ФАР, образуя ряды. Величины периодов расположения излучателей низкочастотного ФАР в ряду выполняют точно в соответствии с требуемым для заданного сектора сканирования значением, а между рядами дискретно, с шагом, кратным значению периода расположения линеек излучателей высокочастотной ФАР. Излучатели низкочастотного диапазона могут быть расположены не на всей апертуре, образуя двух- и трехрядную структуру, либо занимают всю апертуру, а излучатели высокочастотного диапазона - только центральную часть апертуры, либо могут быть смещены на случайную величину, либо могут быть выполнены в виде укороченных Н-вибраторов с активным плечом длиной L₁ и пассивным плечом L₂, установленных на стойках, выполненных на отрезках коаксиальной линии длиной с симметрирующими щелями длиной h.The closest in technical essence is the "Dual-band antenna system with electronic beam control" [RU 2177662 C1], which includes a phased array (high-frequency array), waveguide emitters which form a regular periodic structure, and low-frequency arrays, emitters which form a regular periodic structure moreover, the emitters of both headlamps form a single aperture of the antenna system, the emission centers of both headlamps coincide or are shifted by the value of the period dix emitters high PAR PAR RF emitters combined in a continuous line, and the low-frequency emitters are arranged between the rulers PAR PAR high forming rows. The values of the periods of arrangement of the emitters of the low-frequency headlamp in a row are performed exactly in accordance with the value required for a given scanning sector, and between the rows discretely, in increments of a multiple of the period of the arrangement of the lines of emitters of a high-frequency headlamp. The low-frequency emitters may not be located on the entire aperture, forming a two- and three-row structure, or occupy the entire aperture, and the high-frequency emitters - only the central part of the aperture, or can be shifted by a random amount, or can be made in the form of shortened Н- vibrators with an active arm of length L ₁ and a passive arm of L ₂ mounted on racks made on segments of a coaxial line with a length with symmetrical slits of length h.

Недостатком известных технических решений является повышенный уровень бокового излучения ФАР высокочастотного диапазона, связанный с тем, что при объединении волноводных излучателей в одно- или двухрядные линейки (это является наиболее простым и удобным вариантом как с точки зрения собираемости апертуры ФАР высокочастотного диапазона, так и с точки зрения размещения вибраторов ФАР низкочастотного диапазона) возникает нарушение периодичности структуры расположения излучателей, нарушение плоскостности апертуры и образование переизлучающих щелей вдоль линий соприкосновения линеек излучателей, причем все эти факторы возрастания УБЛ не могут быть скомпенсированы на этапе настройки ДД АС с ЭУЛ. Кроме того, наличие переизлучающих щелей в некоторых случаях может приводить к снижению КУ ФАР высокочастотного диапазона при сканировании в определенных угловых зонах.A disadvantage of the known technical solutions is the increased level of lateral radiation of the high-frequency range HEADLIGHTS, due to the fact that when combining waveguide emitters into single or double-row arrays (this is the simplest and most convenient option both from the point of view of collectibility of the high-frequency range aperture aperture, and from the point of view of the placement of low-frequency phased array vibrators) there is a violation of the periodicity of the emitter arrangement structure, aperture flatness violation and the uchayuschih slots along the contact line of radiators lines, all these factors increase UBL can not be compensated at the stage of setting DD speaker with EUL. In addition, the presence of re-emitting slots in some cases can lead to a decrease in the high-frequency KU PHAR when scanning in certain angular zones.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается как в снижении уровня боковых лепестков ФАР высокочастотного диапазона, так и недопущении дополнительного снижения коэффициента усиления ФАР высокочастотного диапазона при сканировании в отдельных угловых зонах при сохранении близких к предельным характеристик ФАР низкочастотного диапазона.The technical result of the proposed technical solution consists both in lowering the level of the side lobes of the high-frequency range HEADLIGHTS and preventing an additional decrease in the high-frequency range HEADLIGHT gain when scanning in separate corner zones while maintaining low-frequency range close to the limiting characteristics.

Указанный результат достигается тем, что двухдиапазонная антенная система с электронным управлением лучом включает фазированную антенную решетку (ФАР) высокочастотного диапазона, волноводные излучатели которой объединены в непрерывные линейки и образуют регулярную периодическую структуру, и фазированную антенную решетку (ФАР) низкочастотного диапазона, вибраторные излучатели которой расположены между линейками ФАР высокочастотного диапазона, формируя ряды. Излучатели обеих ФАР образуют единую апертуру двухдиапазонной антенной системы. Новым в предлагаемой двухдиапазонной антенной системе с электронным управлением лучом является то, что ФАР высокочастотного диапазона выполнена с главным распределителем, распределяющим СВЧ-энергию по квадрантам апертуры, и с 2N - подрешетками, составляющими квадранты апертуры, где N - натуральное число. Каждая из подрешеток состоит из двухрядных волноводных распределителей с установленными на них М ферритовыми фазовращателями с коммутаторами управления, где М - число выходов каждого двухрядного волноводного распределителя, распределяющих СВЧ-энергию по волноводным излучателям. Излучатели ФАР высокочастотного диапазона объединены в К общих панелей излучения, где К - целое число, а каждая из К панелей соединена с не менее чем четырьмя подрешетками.This result is achieved by the fact that the dual-band antenna system with electronic beam control includes a phased array (PAR) of the high frequency range, the waveguide emitters of which are combined in continuous lines and form a regular periodic structure, and a phased array of antennas (PAR) of the low frequency range, the vibrator emitters of which are located between the high-frequency range PHAR lines, forming rows. The emitters of both headlamps form a single aperture of a dual-band antenna system. New in the proposed dual-band antenna system with electronic beam control is that the high-frequency headlamp is made with a main distributor that distributes microwave energy among the aperture quadrants, and with 2N sublattices making up the aperture quadrants, where N is a natural number. Each of the sublattices consists of double-row waveguide distributors with M ferrite phase shifters mounted on them with control switches, where M is the number of outputs of each double-row waveguide distributor that distributes microwave energy to waveguide emitters. High-frequency radiation emitters are combined into K common radiation panels, where K is an integer, and each of the K panels is connected to at least four sublattices.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые позволяют успешно реализовать технический результат.Comparison of the proposed solution with known technical solutions shows that it has a new set of essential features that can successfully implement the technical result.

На фиг.1 изображена излучающая панель двухдиапазонной антенной системы с электронным управлением лучом.Figure 1 shows the emitting panel of a dual-band antenna system with electronic beam control.

На фиг.2 - пример конструктивного построения двухдиапазонной антенной системы с электронным управлением лучом.Figure 2 is an example of the structural construction of a dual-band antenna system with electronic beam control.

На фиг.3 изображена двухдиапазонная антенная система с электронным управлением лучом, апертура которой состоит из четырех панелей излучения.Figure 3 shows a dual-band antenna system with electronic beam control, the aperture of which consists of four radiation panels.

Двухдиапазонная антенная система с электронным управлением лучом состоит из волноводных излучателей ФАР высокочастотного диапазона 1, вибраторных излучателей ФАР низкочастотного диапазона 2, главного распределителя 3, 2N- подрешеток, каждая из которых состоит из двухрядных волноводных распределителей 4, М ферритовых фазовращателей 5, коммутаторов управления 6. М ферритовых фазовращателей 5 соединены с волноводными излучателями 1. ФАР высокочастотного диапазона 1 и ФАР низкочастотного диапазона 2 в единой апертуре объединены в К общих панелей излучения 7, где К - целое число начиная с 1, причем а каждая из К панелей соединена с не менее чем четырьмя подрешетками. A dual-band antenna system with electronic beam control consists of waveguide emitters of the high-frequency range PAR 1, vibrator emitters of the low-frequency range 2, the main distributor 3, 2N sublattices, each of which consists of double-row waveguide distributors 4, M ferrite phase shifters 5, control switches 6. M ferrite phase shifters 5 are connected to waveguide emitters 1. High-frequency range 1 and low-frequency range 2 in a single aperture are combined in a common panel radiation, 7, where K is an integer starting from 1, and each of the K panels is connected to at least four sublattices.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Волноводные излучатели ФАР высокочастотного диапазона 1 и вибраторные излучатели ФАР низкочастотного диапазона 2 и возбуждаются, и формируют соответствующие диаграммы направленности. При этом СВЧ-энергия высокочастотного диапазона подается на излучатели 1 через соответствующие подрешетки. В отличие от прототипа, в котором центры излучателей ФАР высокочастотного диапазона могут быть смещены относительно расчетных положений как в плоскости апертуры, так и ортогональной ей (вследствие чего в ДН появляются паразитные боковые лепестки, в которые уходит часть излучаемой СВЧ-энергии), а также между линейками излучателей образуются переизлучающие щели (вследствие чего теряется еще часть излучаемой СВЧ-энергии), в предлагаемом устройстве эти потери СВЧ-энергии отсутствуют, поэтому реализуется диаграмма направленности с низкими боковыми лепестками.The waveguide radiators of the HEADLIGHTS of the high-frequency range 1 and the vibrator emitters of the HEADLIGHTS of the low-frequency range 2 are excited and form the corresponding radiation patterns. When this microwave energy of the high frequency range is supplied to the emitters 1 through the corresponding sublattices. In contrast to the prototype, in which the centers of the high-frequency range HEADS emitters can be shifted relative to the calculated positions both in the plane of the aperture and orthogonal to it (as a result of which parasitic side lobes appear in the beam, into which part of the emitted microwave energy goes), and also between emitter gaps are formed by the lines of emitters (as a result of which another part of the emitted microwave energy is lost), in the proposed device, these microwave losses are absent, therefore, a radiation pattern with low side lobes.

Объединение в единой апертуре ФАР высокочастотного диапазона и ФАР низкочастотного диапазона в К общих панелей излучения, где К - целое число, позволяет осуществить минимизацию бокового излучения ФАР высокочастотного диапазона.The combination in a single aperture of the high-frequency range PAR and the low-frequency range in K common radiation panels, where K is an integer, allows to minimize the side radiation of the high-frequency range PAR.

Улучшаются эксплуатационные характеристики, обусловленные повышением механической прочности, а также достигается снижение трудоемкости и стоимости антенной системы.Improved performance due to increased mechanical strength, and also achieved a reduction in the complexity and cost of the antenna system.

Claims

A dual-band antenna system with electronic beam control, including a high-frequency phased array (PAR), the waveguide emitters of which are combined into continuous arrays and form a regular periodic structure, and a low-frequency phased array (PAR) of which the vibrator emitters are located between the high-frequency phased array arrays forming rows, and the emitters of both headlights form a single aperture of a dual-band antenna system with electronic control m beam, characterized in that the high-frequency headlamp is made with a main distributor distributing microwave energy among the aperture quadrants, and with 2N sublattices making up the aperture quadrants, where N is a natural number, each of which consists of double-row waveguide distributors with them M ferrite phase shifters with control switches, where M is the number of outputs of each two-row waveguide distributor that distributes microwave energy to the waveguide emitters, and the HEADLIGHTS emitters otnogo range merged into common radiation panels K, where K - is an integer, and K of each panel is connected to at least four sublattices.