RU168461U1 - Корабельная приемо-передающая антенная система с управляемой диаграммой направленности - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике. Система содержит высокочастотный генератор, соединенный с усилителем мощности фидерной линией, выполненной в виде коаксиальной кабельной линии. При этом дополнительно введены согласующее устройство приемо-передающей антенной системы, N широкополосных усилителей, опорный генератор, N фазовых детекторов, N фазовращателей, сумматор на N входов, приемное устройство, расположенные внутри корпуса корабля; N плоских модулей, расположенные на плоской поверхности корпуса корабля. Причем выход высокочастотного генератора соединен фидерной линией через усилитель мощности с входом согласующего устройства приемо-передающей антенной системы; N выходов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы фидерными линиями одинаковой длины соединены с входами каждого из N плоских модулей, начиная с 11 по 1N. Каждый из N выходов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы имеет два выхода «а» и «б», выход «а» согласующего устройства приемо-передающей антенной системы соединен с первым входом каждого из N плоских модулей, начиная с 11 по 1N, а выход «б» согласующего устройства приемо-передающей антенной системы соединен со вторым входом каждого из N плоских модулей, начиная с 11 по 1N. Выход плоского модуля, в каждом начиная с 11 по 1N, соединен с входом собственным для каждого плоского модуля широкополосным усилителем с первого по N-ый, выход каждого из N широкополосных усилителей с первого по N-ый параллельно соединен со вторым входом фазового детектора с первого по N-ый и со вторым входом каждого фазовращателя с первого по N-ый. Первый вход каждого из N фазовых детекторов с первого по N соединен параллельно с

Description

Полезная модель относится к элементу радиосвязи - антенной технике и может быть использована для создания управляемой диаграммы направленности для фазированных антенных решеток (ФАР) коротковолнового (КВ) и ультракоротковолнового (УКВ) диапазонов в условиях ограниченной поверхности их размещения на плоских поверхностях надводных кораблей невидимых радиолокационными станциями, а также с целью улучшения электромагнитной обстановки (ЭМО) работы радиоэлектронных средств (РЭС) на кораблях.

Известно, что несимметричный вибратор (или штырь) широко используется исходя из его высоких массогабаритных характеристик и направленных свойств. Штырь занимает малую площадь при размещении, поэтому повсеместно используется на судах и кораблях, причем на борту кораблей в значительным количестве (несколько десятков). Однако создание надводных кораблей невидимых радиолокационными станциями изменило построение верхнепалубных устройств. Верхнепалубные устройства ограждены плоскостью, поглощающей радиоволны. Возникли проблемы размещения антенных устройств. Данной проблеме посвящена разработка.

На фиг. 1 представлен классический несимметричный вибратор или штырь, который имеет излучающую часть - 1, в виде проводящего прямолинейного проводника, и заземлитель - 2, при этом выход генератора ЭДС(~U_А) - 3 подключен одной клеммой к излучающей части 1, а другой клеммой - к заземлителю 2.

На фиг. 1 приведена физическая модель несимметричного вибратора, расположенного вдоль оси X. При этом

длина вибратора с диаметром сечения

. Длина вибратора играет важную роль в излучающих качествах штыря. Резонансная частота

или частота настройки

антенны связана с резонансной длиной волны λ₀ и длиной вибратора следующими соотношениями:

;

, где С - скорость света (3⋅10⁸, м/с). Режим работы с параметрами

;

называется режимом собственной длины волны. Коэффициент перекрытия для штыря равен 1,2. Поэтому антенна несимметричный вибратор работает в узкой полосе частот.

Например, штырь с заданной длиной для работы в режиме собственной длины или в диапазоне близкому к данному режиму при длине:

метра - настраивается на частоты от 17 до 24 МГц;

метров - настраивается на частоты от 13 до 17 МГц;

метров - настраивается на частоты от 9 до 12 МГц;

метров - настраивается на частоты от 7,5 до 10 МГц;

метров - настраивается на частоты от 5 до 8 МГц.

Таким образом, для работы в КВ диапазоне (от 3 до 30 МГц) необходимо иметь не менее 7 штыревых антенн, которые обозначаются: так 4 метровый как Ш4 (штырь четырехметровый); 5 метровый - Ш5; 7 метровый - Ш7; 8 метровый - Ш8; 10 метровый - Ш10.

Однако, такое количество штыревых антенн использовать не целесообразно, поэтому создают сложные конструкции штырей с целью расширения рабочего диапазона их использования.

На фиг. 2 приведены типовые варианты совершенствования конструкции антенн для расширения диапазонных свойств антенны. Системы связи, работающие в коротковолновом диапазоне радиочастотного спектра, повсеместно используют вертикальные несимметричные вибраторы практически одинаковой конструкции. Их различие состоит только в том, что используют различное количество включенных сосредоточенно индуктивностей 4 (L_К), а также емкостных штырей на конце антенны 5.

Вариант фиг. 2(а) представляет конструкцию штыря, работающего в узкой полосе частот и содержит излучающую часть 1 и заземлитель 2, к клеммам «а» и «б» антенны подключен генератор ~U_A - 3. Для судов разработана такая антенна:

- судовая передающая антенна штырь типа АС-8С, имеющая различные варианты исполнения в зависимости от их размещения и представленные в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 271-272, - Л.: изд. «Судостроение», 1990;

- судовая передающая антенна под названием «Антенна - мачта» представляет собой изолированную от палубы мачту (как правило, с верхним питанием при заземленной мачте) высотой 25 метров в качестве излучателя - 1 и палуба судна - заземлитель - 2. Рабочий диапазон антенны от 1,5 МГц до 4,5 МГц. Антенна относится к аналогу «Антенна-мачта», патент №191651, СССР, МКИ H04d. «Антенна-мачта», патент №816355, СССР, МКИ H01Q 1/34. Недостатком антенны является: очень малый коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот и большие массогабаритные характеристики.

Вариант фиг. 2(б) представляет собой несимметричный вибратор с включенными в разрыв провода комплексными сопротивлениями Ζ=(R+jωL_К). Длина антенны

метров, комплексное сопротивление включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 4 до 25 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Широкополосная передающая антенна - 11» - ШПА - 11 с RL-включением (представлена в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 139-141, - Л.: изд. «Судостроение», 1990). Недостатком антенны является: неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массогабаритные характеристики.

Вариант фиг. 2(в) представляет собой несимметричный вибратор подобный варианту фиг. 2(б), но отличающийся тем, что имеется емкостная нагрузка 5 на конце антенны. Емкостная нагрузка компенсирует в верхней части диапазона индуктивное сопротивление антенны, чем расширяет диапазонные свойства антенны в сравнении с вариантом фиг. 2(б). Таким образом, антенна работает в диапазоне от 4 до 30 МГц. Недостатком антенны является: неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массогабаритные характеристики.

Вариант фиг. 2(г) представляет собой несимметричный вибратор подобный варианту фиг. 2(б), но отличается тем, что сделана попытка удлинить антенну включением третьей индуктивности. Удлинение позволяет использовать частоты от 3 до 25 МГц. Однако дополнительная реактивность снижает величину тока и понижает эффективность антенны. Более трех совместно используемых индуктивностей в антеннах не используют. Недостатком антенны является: повышенное сопротивление антенны, неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массо-габаритные характеристики.

Вариант фиг. 2(д) представляет собой несимметричный вибратор включенными в разрыв провода комплексными сопротивлениями Ζ=(R+jωL_К). Длина антенны

метров, комплексное сопротивление включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 5 до 30 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Импедансная многовибраторная передающая антенна - 11-2» - ШПА-11-2 с RL-включением и четырех вибраторов (патент СССР №285837 МКИ H01q 9/18). Для устранения неравномерности частотной характеристики входного сопротивления установлены дополнительно четыре штыря 5, которые обеспечивают выравнивание ее частотной характеристики в рабочем диапазоне частот от 5 до 30 МГц. Описание представлено в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 142-150, - Л.: изд. «Судостроение», 1990. Общим параметром перечисленных антенн является коэффициент бегущей волны, который находится в пределах от 0,3 до 0,4.

Корабельная передающая антенная система, патент №156521 по заявке №2014154421 от 30.12.2014 г. (H01Q 9/04), содержащая высокочастотный генератор, соединенный через усилитель мощности коаксиальной кабельной линией с согласующим устройством на N выходов, каждый выход которого соединен одинаковой длины коаксиальной кабельной линией с N входами антенных модулей.

В качестве прототипа использована «Корабельная передающая антенная система», патент №156521 по заявке №2014154421 от 30.12.2014 г. (H01Q 9/04).

Однако прототип имеет следующие недостатки:

- расположенные вдоль борта корабля (судна) антенные модули имеют суммарную направленность излучения в виде диаграммы направленности ортогональной практически прямолинейной антенной решетки, в которой обеспечивается синфазное питание всей системы излучателей;

- при маневре корабля канал связи может быть нарушен, учитывая, что чем больше излучателей в системе длиной L необходимой для достижения заданной суммарной мощности за счет сложения мощности в пространстве за пределами корабля диаграмма направленности будет иметь узкий лепесток, действительно ширина диаграммы направленности определится: 2θ_0,5=0,888⋅(λ/L), где L - длина антенной системы.

Целью разработки полезной модели является создание управляемой диаграммы направленности фазированных антенных решеток в условиях их работы как корабельной передающей антенной системы на плоской поверхности надводных кораблей с радио поглотителями, обеспечивающими невидимость корабля для радиолокации, уменьшение мощности передающей антенны исключающей влияние излучения системы на ЭМО корабля, в которой работает множество РЭС за счет снижения взаимного сопротивления между разрабатываемой антенной системой, представляющей собой ФАР с излучающими элементами в виде частотно независимых укороченных несимметричных вибраторов, и остальными приемными антеннами корабля. Важным при этом становится вопрос о радиопрозрачности антенных модулей размещенных на плоской поверхности надводных кораблей с радиопоглотителями, обеспечивающими невидимость корабля для радиолокации.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введены: антенная система, состоящая из N прозрачных для радиолокации плоских модулей, содержащих приемные и передающие проволочные антенны, согласующего устройства приемо-передающей антенной системы на N-каналов, обеспечивающего управление излучением и приемной системой для контроля частоты приема для управления излучением.

Следует отметить, что вопросы разработки малогабаритных антенных устройств остаются актуальными всех диапазонов радиочастот, так как эффективность излучения любой антенны во многом зависит от соотношения между физическими размерами антенны и длиной волны. Например, наиболее оптимальный размер несимметричного вибратора равен четверти длины волны. Это наименьший размер, при котором возможен резонанс антенны, как колебательного контура, что дает чисто активное входное сопротивление и облегчает согласование антенны с фидером. При уменьшении физических размеров вибратора возрастает емкостная реактивная составляющая входного сопротивления антенны, что не позволяет эффективно передавать энергию из фидера в антенну. Другими словами, уменьшение физических размеров снижает емкость антенны, что ведет к увеличению ее добротности, а, следовательно, и ухудшению диапазонных свойств.

Так как активная часть сопротивления связана с сопротивлением излучения, то она также будет иметь небольшие значения. Например, при подаче 1В напряжения на антенну излученная мощность будет составлять тысячные-десятые доли милливатта. Однако, используя ФАР, можно получить необходимые параметры излучения, учитывая, что за счет сложения мощности в пространстве от N плоских излучателей мощность излучения значительно увеличивается. В тоже время плоский модуль должен содержать как приемную, так и передающую антенны, причем антенны должны состоять из тонких проволок цилиндрической формы на поверхности поглотителя электромагнитных волн, чтобы исключить отражение радиолокационных импульсов от антенны. Построение ФАР с синфазными излучателями обеспечивается применением фидерных линий, одинаковой длины. А для управления диаграммой направленности передающей ФАР, должна быть создана система управления. В данной разработке использована система контроля углов приема и передача данных на систему излучателей.

На фиг. 3 представлена корабельная приемо-передающая антенная система с управляемой диаграммой направленности, содержащая высокочастотный генератор - 3, усилитель мощности - 6, согласующее устройство приемопередающей антенной системы - 7, фидерные линии - 8, N широкополосных усилителей - 9₁, 9₂, …, 9_N-1, 9_N, опорный генератор - 10, N фазовых детекторов - 11₁, 11₂, …, 11_N-1, 11_N, N фазовращателей - 12₁, 12₂, …, 12_N-1, 12_N, сумматор на N входов 13, приемное устройство - 14, расположенные внутри корпуса корабля 2; N плоских модулей - 1₁, 1₂, 1₃, 1₄, …, 1_N-1, 1_N, расположенные на плоской поверхности корпуса корабля - 2; при этом выход высокочастотного генератора 3 соединен фидерной линией 8 через усилитель мощности 6 с входом согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7; N выходов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 фидерными линиями 8 одинаковой длины соединены с входами каждого из N плоских модулей, начиная с 1₁ по 1_N, кабели 8 соединены через отверстия в металлической поверхности корабля 2, причем каждый из N выходов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 имеет два выхода «а» и «б», выход «а» согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 соединен с первым входом каждого из N плоских модулей, начиная с 1₁ по 1_N, а выход «б» согласующего устройства приемопередающей антенной системы 7 соединен со вторым входом каждого из N плоских модулей, начиная с 1₁ по 1_N; выход плоского модуля, в каждом начиная с 1₁ по1_N, соединен с входом собственного для каждого плоского модуля широкополосным усилителем с первого 9₁ по N-ый 9_N, выход каждого из N широкополосных усилителей с первого 9₁ по N-ый 9_N параллельно соединен со вторым входом фазового детектора с первого 11₁ по N-ый 11_N и со вторым входом каждого фазовращателя с первого 12₁ по N-ый 12_N; первый вход каждого из N фазовых детекторов с первого 11₁ по 11_N соединен параллельно с выходом опорного генератора 10; выход каждого из N фазовых детекторов с первого 11₁ по 11_N соединен параллельно с N входами «в» для N каналов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 и первыми входами фазовращателей с первого 12₁ по N-ый 12_N; выходы N фазовращателей 12_N соединены с N входами сумматора 13, выход сумматора 13 соединен с входом приемного устройства 14.

На фиг. 4 представлено согласующее устройство приемо-передающей антенной системы 7, содержащее согласующий трансформатор Тр. 1 с одной первичной обмоткой - I, и N - вторичных обмоток II с первой 1 по N, разделенных на две секции, каждая вторичная обмотка образует собственный канал соединенный к двум выходам согласующего устройства 7 - «а» и «б» и один ко входу - «в» в виде фидерных линий 8, N фазовращателей с первого 12_СУ1 по N-ый 12_CУN в каждой вторичной обмотке трансформатора Тр. 1, при этом первый вход согласующего устройства корабельной приемопередающей антенной системы 7 с помощью фидерной линии 8, центральной ее жилой, соединен с клеммой «г» первичной обмотки трансформатора Тр. 1, а экранная оболочка первой входной фидерной линии 8 заземлена на корпус согласующего устройства корабельной приемо-передающей антенной системы 7, клемма «д» первичной обмотки трансформатора Тр. 1 заземлена; клемма «е» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр. 1 соединена с собственным выходом «а» согласующего устройства 7, начиная с первого 1 по N выходы, центральной жилой фидерной линии 8, а клемма «ж» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр. 1 соединена с выходом «б» согласующего устройства 7, начиная с первого 1 по N, центральной жилой фидерной линии 8; клемма «з» в каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр. 1 заземлена через собственный фазовращатель с первого 12_СУ1 по N-ый 12_СУN; центральная жила фидерной линии 8 через вход «в» соединена с входом фазовращателя с первого 12_CУ1 по N-ый 12_СУN в каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр. 1, экранные оболочки фидерных линий 8 заземлены на корпус корабля 2.

На фиг. 5 представлено сечение одного из N приемо-передающего антенного плоского модуля - 1_N, где 2 - поверхность корпуса корабля, 8 - фидерные линии, 15 - проволочный излучатель плоского модуля 1_N, 16 - нагрузочное сопротивление, 17 - плоский металлический экран для проволочного излучателя 15 плоского модуля 1_N, 18 - проволочная приемная антенна плоского модуля 1_N, 19 - нагрузочное сопротивление приемной антенны 18, 20 - плоский металлический экран для проволочной приемной антенны 18 плоского модуля 1_N; область «Б» - изолятор только над каждым из элементов проволочных приемной антенны и излучателя плоского модуля 1_N, в области «А» размещен поглотитель электромагнитного поля, расположенный за и между проволочными элементами 15 и 18 плоского модуля 1_N, который применен на кораблях для создания их невидимости радиолокационными станциями; I_ИЗЛ - суммарный ток проволочного излучателя плоского модуля 1_N, I_ЭКР - ток плоского экрана, при этом первый вход плоского модуля 1_N через фидерную линию 8 центральной жилой соединен клеммой «и» с проволочным излучателем 15 плоского модуля 1_N, экранная оболочка этой фидерной линии 8 по первому входу соединена через клемму «к» с корпусом корабля 2; второй вход 2 плоского модуля 1_N, через фидерную линию 8 центральной жилой соединен клеммой «л» с плоским металлическим экраном 17 плоского модуля 1_N, экранная оболочка этой фидерной линии 8 по второму входу соединена через клемму «к» с корпусом корабля 2; клеммой «м» плоский металлический экран 17 плоского модуля 1_N соединен через нагрузочное сопротивление 16, через клемму «к» с корпусом корабля 2; клеммой «н» проволочный излучатель плоского модуля 1_N соединен через нагрузочное сопротивление 16, через клемму «к» с корпусом корабля 2; выход плоского модуля 1_N соединен фидерной линией 8, ее центральной жилой, с клеммой «о» проволочной приемной антенной плоского модуля 1_N, а клеммой «п» проволочная приемная антенна плоского модуля 1_N через нагрузочное сопротивление 19 через клемму «к» заземлена на корпус корабля 2, экранная оболочка фидерной линии 8 выхода плоского модуля 1_N заземлена на корпус корабля 2; плоский металлический экраны 20 для проволочной приемной антенны 18 плоского модуля 1_N находится на изоляции и расположен между проволочной приемной антенной 18 и корпусом корабля 2.

На фиг. 6 представлены проволочная приемная антенна и проволочный излучатель плоского модуля 1_N одного из N, где 15 - проволочный излучатель, 18 - проволочная приемная антенна,

- длина проволочного излучателя 15,

- ширина проволочного излучателя 15, проволочный излучатель 15 выполнен в виде сетки из N вертикальных проводников соединенных в верхней и нижней частях излучателя,

- длина проволочной приемной антенны 18,

- ширина проволочной приемной антенны 18, проволочная приемная антенна выполнена в виде сетки из N вертикальных проводников соединенных в верхней и нижней частях излучателя, «а» - сечение проводника каждого из N вертикальных проводников излучателя и приемной антенны, ΔΙ - значение тока в каждом из N вертикальных проводников проволочного излучателя, область «А» заполнена между проводниками и за проводниками поглотителем электромагнитного поля как для проволочной приемной антенны 18, так и проволочного излучателя 15; используемый поглотитель, применяемый на кораблях для создания их невидимости радиолокационными станциями, при этом каждый проводник приемной антенны и излучателя в системе покрывается радиопрозрачным изолятором - область «Б».

Принцип работы устройства.

Настроенный на заданную частоту

высокочастотный генератор 3 (фиг. 3) возбуждает усилитель мощности 6 на рабочей частоте

. Усилитель 6 усиливает колебания до заданной выходной мощности. Эта мощность поступает на вход согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7. Согласующее устройство приемо-передающей антенной системы 7 обеспечивает передачу по N своим выходам равную мощность, уменьшая общую мощность усилителя мощности на N плоских модулей. Обеспечивается достижение одинаковой мощности на каждом выходе согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 за счет установленного равного отношения (К) числа витков в каждой вторичной обмотки (n_ВТ) к виткам первичной обмотки (n_ПР), другими словами постоянства отношения для всех N выходов - К=(n_ВТ)/(n_ПР). Каждый из N выходов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 подключен к собственному плоскому модулю 1_N с помощью двух фидерных линии 8. Высокочастотный генератор 3, усилитель мощности 6 и согласующее устройство приемо-передающей антенной системы 7, N усилителей 9_N, опорный генератор 10, N фазовых детекторов 11_N, N фазовращателей 12_N, сумматор 13 и приемное устройство 14 располагаются внутри корпуса корабля в целях обеспечения высокой степени живучести устройств, поэтому для подключения плоских модулей 1_N в корпусе корабля создают отверстия для прохождения питающих фидерных линий 8. На выходе согласующего устройства приемопередающей антенной системы 7 фидерные линии 8 находятся под низким уровнем напряжения, учитывая, что входное сопротивление плоского модуля не превышает 10 Ом. N фидерных линий 8 соединены с входом каждого из N плоских модулей 1_N, таким образом, обеспечивая электрической энергией каждый плоский модуль 1_N частотой

. (фиг. 3). Таким образом, сложение мощности в пространстве от N плоских модулей создаст необходимый уровень излучения, причем во всем диапазоне частот.

Принцип формирования фазированной антенной решетки (ФАР) из плоских модулей 1_N (одного из N модулей - 1₁, 1₂, 1₃, 1₄, …, 1_N-1) на металлической поверхности корпуса корабля 2 показан на фиг. 3. Плоский модуль 1_N находится под напряжением, поэтому он изолирован от металлической поверхности корпуса 2. Размещение модулей произвольное, в удобных для подвижного объекта местах. Количество плоских антенных модулей 1_N определено необходимой мощностью излучения, полученного на основе сложения мощности в пространстве за пределами палубы корабля, где расположены РЭС. Для обеспечения фазирования мощности модулей 1_N используется ФАР, причем фазирование осуществляется установлением одинаковой длины для питания плоских модулей в случае излучения нормального для диаграммы направленности к линии размещения излучателей. Для отклонения, или сканирования, диаграммы направленности излучателей плоских модулей относительно нормали к линии их размещения предлагается использовать совмещенные в каждом плоском модуле 1_N приемную антенну. Данная приемная антенна плоского модуля 1_N осуществляет прием сигналов береговой радиостанции, которая размещается вблизи берегового приемного центра осуществляющего прием сигналов надводного корабля или поля излучения излучателями плоского модуля 1_N. Таким образом, пеленг на приемный береговой центр и передающий береговой центр были бы одинаковыми для ФАР образованный приемными антеннами и излучателями плоских модулей. Это значит, углы приема ФАР, образованные приемными антеннами плоских модулей 1_N и углы излучения ФАР, образованные излучателями плоских модулей 1_N должны быть одинаковыми. В принципе надводный корабль или морское судно привязаны к порту приписки и потому каналы связи образуются из портов приписки.

Для управления диаграммой направленности приемной антенной используются самофокусирующие принципы, построенные на основе сравнения фазы принимаемых сигналов с фазой опорного генератора. В приемной антенной решетке перед суммированием сигналов, поступающих от приемных антенн плоских модулей, 1_N фаза принимаемых сигналов сравнивается фазой опорного генератора 10. А через сравнение принятых сигналов с фазой опорного генератора складывают их в сумматоре в фазе. Реализация в предложенном устройстве достигается использованием самофокусирующейся приемной антенной системы совмещенной с излучателем в каждом плоском модуле 1_N на основе получения фазовых углов в приемных элементах для управления излучением. Таким образом, корабельная приемо-передающая антенная система позволяет осуществлять радиоприем с определением фазовых углов от расположенных совместно приемных антенн путем сравнения с фазой опорного генератора 10. Полученные разности углов прихода волны на приемные антенны передаются в фазовые углы тока излучателей на передающую часть плоских модулей 1₁.

Передача фазовых углов из приемной части на излучатели или управление излучением осуществляется следующим образом. Приемная антенна, например, первого плоского модуля 1₁ (фиг. 3) принимает сигналы передающего берегового центра. Принятый уровень сигнала с выхода первого плоского модуля 1₁ поступает через усилитель 9₁ параллельно в приемный канал на второй вход фазовращателя 12₁ и на второй вход фазового детектора 11₁. На первый вход этого фазового детектора 11₁ поступает сигнал опорного генератора 10. Частота

опорного генератора 10 совпадает с частотой

принимаемого сигнала, но частоты не совпадают по фазе. Полученная разность фаз на выходе фазового детектора 11₁ поступает через «в» вход первого канала управления согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7. Вход «в» первого канала управления согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 (фиг. 4) соединен с входом фазовращателя 12_СУ1. Таким образом, для токов возбуждаемых в первой вторичной обмотки 1 трансформатора Тр. 1 создается заданный фазовый угол токам протекаемым по двум секциям первой вторичной обмотки трансформатора Тр. 1. Первая секция образована между заземленной клеммой «з» через фазовращатель 12_СУ1 и клеммой «е», причем возбуждаемая ЭДС в этой секции через клемму «е» поступает на выход «а» согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 и далее на первый вход первого плоского модуля 1₁. Вторая секция первой вторичной обмотки 1 трансформатора Тр. 1 образована между заземленной клеммой «з» через фазовращатель 12_СУ1 и клеммой «ж», причем возбуждаемая ЭДС в этой секции через клемму «ж» поступает на выход «б» согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 и далее на второй вход первого плоского модуля 1₁. Следовательно, фазовращатель 12_СУ1 (фиг. 4) оказывает влияние на фазу тока поступающего через выходы «а» и «б» согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 на первый и второй входы первого плоского модуля 1_1.

Одновременно, как показано выше, выход усилителя 9₁ параллельно соединен со вторым входом фазовращателя 12₁ канала радиоприема (фиг. 3), а первый вход этого фазовращателя 12₁ соединен с выходом фазового детектора 11₁, выход фазовращателя 12₁ соединен через первый вход сумматора 13 с входом приемного устройства 14. Приемное устройство 14 фиксирует частоты приема с целью сравнения с частотой передачи. Это необходимо для фазирования диаграммы направленности передающей ФАР. Если длинны волн приемной и передающей ФАР будут отличаться более чем на десять процентов, то значения фазовых углов установленных для токов излучателей ФАР передающей не обеспечит равенства диаграммы направленности приема приемной ФАР и ФАР образованной N излучателями плоских модулей 1_N.

Первый вход плоского модуля любого из 1_N соединен фидерной линией 8, ее центральной жилой, к клемме «и» проволочного излучателя 15, клемма «н» которого через нагрузочное сопротивление 16 заземлена на корпус корабля 2 через клемму «к». Таким образом, возбуждаемые токи первой секции вторичной обмотки трансформатора Тр. 1 фазированные фазовращателем 12_СУ1 протекают по проволочному излучателю 15 в виде тока излучения I_ИЗЛ.

Второй вход плоского модуля любого из 1_N соединен фидерной линией 8, ее центральной жилой, к клемме «л» плоского экрана 17, клемма «м» которого через нагрузочное сопротивление 16 заземлена на корпус корабля 2 через клемму «к». Таким образом, возбуждаемые токи во второй секции вторичной обмотки трансформатора Тр. 1 фазированные фазовращателем 12_СУ1 протекают по плоскому экрану 17 в виде тока экрана I_ЭКР, причем оказываются противофазными току излучения I_ИЗЛ. Этот ток экрана I_ЭКР наводит ЭДС в излучателе 15 в фазе току излучателя I_ИЗЛ, чем снижает экранирующее действие корпуса корабля 2 на излучатель 15.

Каждый из N выходов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 образован двумя выходами: выходом «а» и выходом «б». Таким образом, два выхода для каждого из N выходов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы 7 фидерными линиями 8 одинаковой длины соединены с первым и вторым входами для каждого из N плоских модулей, начиная с 1₁ по 1_N, при этом кабели 8 соединены через отверстия в металлической поверхности корабля 2. А через входы «в» поступает управляющее напряжение на фазовращатели с первого 12_СУ1 по N-ый 12_СУN для формирования фазы тока в секциях вторичных обмоток трансформатора Тр. 1 для каждого из N плоских модулей, начиная с 1₁ по 1_N.

Таким образом, согласующее устройство приемо-передающей антенной системы 7 через вторичные обмотки, имеющие заземленную точку «з» через фазовращатель 12_СУN в каждой из N вторичной обмотке трансформатора Тр. 1 питают противоположными токами: излучатель 15 - током I_ИЗЛ и экран 17 - током I_ЭКР. Причем ток I_ЭКР. плоского экрана 17 экранирует и исключает потери тока излучателя 15 из-за близости металлической поверхности корабля 2 к излучателю. Учитывая, что количество витков во вторичных обмотках трансформатора Тр. 1 согласующего устройства 7 между клеммами «е» и «з» и клеммами «ж» и «з» различно, то на выход «а» подается значительно большая мощность, чем по выходу «б», причем ток I_ИЗЛ противоположен по фазе с током I_ЭКР. Протекаемый ток I_ЭКР в экране 17 наводит ЭДС в излучателе 15 таким образом, увеличивая мощность в излучателе 15. В тоже время, наведенная ЭДС током I_ИЗЛ излучателя в экране оказывается в фазе с током I_ЭКР, чем увеличивается экранирующее действие экрана 17 от влияния близкорасположенной металлической поверхности борта корабля 2. Действительно, если убрать металлическую поверхность экрана 17, то из-за очень малого расстояния, не более 2 сантиметров, от металлической поверхности расположения излучателя 15 вся его энергия будет поглощаться поверхностью борта 2.

Чтобы металлическая поверхность экрана 17 не отражала импульса радиолокации, данная поверхность покрыта радиопоглотителем А, в которой размещены тонкие проводники, образующие излучатель 15.

Проволочный излучатель 15 (фиг. 6) плоского модуля 1_N, где

- длина излучателя 15,

- ширина излучателя 15, выполненного в виде сетки из N вертикальных проводников соединенных в верхней и нижней частях излучателя 15, «а» - сечение проводника каждого из N вертикальных проводников излучателя 15. В каждом вертикальном проводнике протекает ток ΔΙ, причем суммарное значение тока во всех проводниках излучателя 15 равно току излучателя, т.е. I_ИЗЛ=∑ΔΙ. Область «А», или область между проводниками излучателя заполнена поглотителем электромагнитного поля, применяемый на кораблях для создания их невидимости радиолокационными станциями. В тоже время сам излучающий проводник в излучателе 15 имеет необходимые изолирующие свойства (область Б), учитывая присутствие обслуживающего персонала и возможное покрытие водой при волнении моря. Количество проводников в излучателе 15 или ширина излучателя

, их длина

устанавливаются в процессе проектирования (расчеты показывают, что размеры приемлемые и достаточные для плоского излучателя будут 50 см на 50 см). В качестве нагрузочного сопротивления 16 для излучателя 15 используется проволочная цилиндрическая спираль, помещенная в среду с параметрами μ=10, ε=10. Что позволяет обеспечить протекание тока генератора равного для частотного спектра передачи. А в качестве нагрузочного сопротивления 16 для экрана 17 используется также проволочная цилиндрическая спираль, помещенная в среду с параметрами μ=10, ε=10, также позволяющая обеспечить протекание тока генератора равного независимо от его рабочей частоты.

Проволочная приемная антенна 18 (фиг. 6) плоского модуля 1_Ν, где

- длина проволочной приемной антенны 18,

- ширина проволочной приемной антенны 18, которая выполнена в виде сетки из N вертикальных проводников соединенных в верхней и нижней частях приемной антенны 18, «а» - сечение проводника каждого из N вертикальных проводников. В каждом вертикальном проводнике протекает наведенный ток ΔΙ. Область «А», или область между проводниками заполнена поглотителем электромагнитного поля, применяемый на кораблях для создания их невидимости радиолокационными станциями. В тоже время сам проводник в приемной антенне 18 имеет необходимые изолирующие свойства (область Б), учитывая присутствие обслуживающего персонала и возможное покрытие водой при волнении моря. Количество проводников или ширина

, их длина

устанавливаются в процессе проектирования (расчеты показывают, что размеры приемлемые и достаточные для плоского излучателя будут 50 см на 50 см). В качестве нагрузочного сопротивления 19 используется проволочная цилиндрическая спираль, помещенная в среду с параметрами μ=10, ε=10. Что позволяет обеспечить равное входное сопротивление приемной антенны 18 для всего частотного спектра приема.

Известно большое количество конструкций фазовращателей, однако наиболее применимым в заявляемом устройстве является микрополосковый ферритовый фазовращатель, вносящий наименьшее ослабление и обладающий малыми размерами и массой, например по патенту №132918 по заявке №2013123209 от 21.05.2013 г. (Н01Р 1/185).

Совокупность существенных признаков заявляемого устройства обеспечит достижение поставленной цели. Авторам неизвестны технические решения из области радиосвязи, антенной техники, содержащие признаки, эквивалентные отличительным признакам заявляемого устройства. Авторам неизвестны технические решения из других областей техники, обладающие свойствами заявляемого технического решения. Таким образом, заявляемое техническое решение, по мнению автора, обладает критерием существенных признаков.

Claims (4)

1. Корабельная приемо-передающая антенная система с управляемой диаграммой направленности, содержащая высокочастотный генератор, соединенный с усилителем мощности фидерной линией, выполненной в виде коаксиальной кабельной линии, отличающаяся тем, что дополнительно введены согласующее устройство приемо-передающей антенной системы, N широкополосных усилителей, опорный генератор, N фазовых детекторов, N фазовращателей, сумматор на N входов, приемное устройство, расположенные внутри корпуса корабля; N плоских модулей, расположенные на плоской поверхности корпуса корабля; при этом выход высокочастотного генератора соединен фидерной линией через усилитель мощности с входом согласующего устройства приемо-передающей антенной системы; N выходов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы фидерными линиями одинаковой длины соединены с входами каждого из N плоских модулей, начиная с 1₁ по 1_N, причем фидерные линии проходят через отверстия в металлической поверхности корабля; каждый из N выходов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы имеет два выхода «а» и «б», выход «а» согласующего устройства приемо-передающей антенной системы соединен с первым входом каждого из N плоских модулей, начиная с 1₁ по 1_N, а выход «б» согласующего устройства приемо-передающей антенной системы соединен со вторым входом каждого из N плоских модулей, начиная с 1₁ по 1_N; выход плоского модуля, в каждом начиная с 1₁ по 1_N, соединен с входом собственным для каждого плоского модуля широкополосным усилителем с первого по N-ый, выход каждого из N широкополосных усилителей с первого по N-ый параллельно соединен со вторым входом фазового детектора с первого по N-ый и со вторым входом каждого фазовращателя с первого по N-ый; первый вход каждого из N фазовых детекторов с первого по N соединен параллельно с выходом опорного генератора; выход каждого из N фазовых детекторов с первого по N соединен параллельно с N входами «в» для N каналов согласующего устройства приемо-передающей антенной системы и первыми входами фазовращателей с первого по N-ый; выходы N фазовращателей с первого по N соединены с N входами сумматора, выход сумматора соединен с входом приемного устройства.

2. Корабельная приемо-передающая антенная система с управляемой диаграммой направленности по п. 1, отличающаяся тем, что согласующее устройство приемо-передающей антенной системы содержит согласующий трансформатор Тр 1 с одной первичной обмоткой - I, и N - вторичных обмоток II с первой 1 по N, разделенных на две секции, каждая вторичная обмотка образует собственный канал, соединенный к двум выходам согласующего устройства - «а» и «б» и один ко входу - «в» в виде фидерных линий, N фазовращателей с первого по N в каждой вторичной обмотке трансформатора Тр.1, при этом первый вход согласующего устройства приемо-передающей антенной системы с помощью фидерной линией, центральной ее жилой, соединен с клеммой «г» первичной обмотки трансформатора Тр.1, а экранная оболочка входной фидерной линии заземлена на корпус согласующего устройства корабельной приемо-передающей антенной системы, клемма «д» первичной обмотки трансформатора Тр.1 заземлена; клемма «е» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр.1 соединена с собственным выходом «а» согласующего устройства приемо-передающей антенной системы, начиная с первого по N выходы, центральной жилой фидерной линии, а клемма «ж» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр.1 соединена с выходом «б» согласующего устройства приемо-передающей антенной системы, начиная с первого по N, центральной жилой фидерной линии; клемма «з» в каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр.1 заземлена через собственный фазовращатель с первого по N-ый; центральная жила фидерной линии через вход «в» соединена с входом фазовращателя с первого по N-ый в каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр.1, экранные оболочки фидерных линий заземлены на корпус корабля.

3. Корабельная приемо-передающая антенная система с управляемой диаграммой направленности по п. 2, отличающаяся тем, что каждый N приемо-передающих плоских модулей, с первого по N, содержит проволочный излучатель плоского модуля 1_N, два нагрузочных сопротивления, плоский металлический экран для проволочного излучателя плоского модуля 1_N, проволочную приемную антенну плоского модуля 1_N, нагрузочное сопротивление приемной антенны, плоский металлический экраны для проволочной приемной антенны плоского модуля 1_N; область «Б» - изолятор только над каждым из элементов проволочных приемной антенны и излучателя плоского модуля 1_N; область «А» - поглотитель электромагнитного поля, расположенный за и между проволочными элементами приемной антенны и излучателя плоского модуля 1_N, который применен на кораблях для создания их невидимости радиолокационными станциями; I_ИЗЛ - суммарный ток проволочного излучателя плоского модуля 1_N, I_ЭКР - ток плоского экрана, при этом первый вход плоского модуля 1_N через фидерную линию центральной жилой соединен клеммой «и» с проволочным излучателем плоского модуля 1_N, экранная оболочка этой фидерной линии по первому входу соединена через клемму «к» с корпусом корабля; второй вход плоского модуля 1_N через фидерную линию центральной жилой соединен клеммой «л» с плоским металлическим экраном плоского модуля 1_N, экранная оболочка этой фидерной линии по второму входу соединена через клемму «к» с корпусом корабля; клеммой «м» плоский металлический экран излучателя плоского модуля 1_N соединен через нагрузочное сопротивление через клемму «к» с корпусом корабля; клеммой «н» проволочный излучатель плоского модуля 1_N соединен через нагрузочное сопротивление через клемму «к» с корпусом корабля; выход плоского модуля 1_N соединен фидерной линией, ее центральной жилой, с клеммой «о» проволочной приемной антенной плоского модуля 1_N, а клеммой «п» проволочная приемная антенна плоского модуля 1_N через нагрузочное сопротивление через клемму «к» заземлена на корпус корабля, экранная оболочка фидерной линии выхода плоского модуля 1_N заземлена на корпус корабля; плоский металлический экраны для проволочной приемной антенны плоского модуля 1_N находится на изоляции и расположен между проволочной приемной антенной и корпусом корабля.

4. Корабельная приемо-передающая антенная система с управляемой диаграммой направленности по п. 3, отличающаяся тем, что проволочная приемная антенна и проволочный излучатель плоского модуля 1_N одного из N содержит проволочный излучатель, проволочную приемную антенну,

- длина проволочного излучателя,

- ширина проволочного излучателя, проволочный излучатель выполнен в виде сетки из N вертикальных проводников, соединенных в верхней и нижней частях излучателя,

- длина проволочной приемной антенны,

- ширина проволочной приемной антенны, проволочная приемная антенна выполнена в виде сетки из N вертикальных проводников, соединенных в верхней и нижней частях излучателя, «а» - сечение проводника каждого из N вертикальных проводников излучателя и приемной антенны, ΔI - значение тока в каждом из N вертикальных проводников проволочного излучателя, область «А» заполнена между проводниками и за проводниками поглотителем электромагнитного поля как для проволочной приемной антенны, так и проволочного излучателя; используемый поглотитель, применяемый на кораблях для создания их невидимости радиолокационными станциями, при этом каждый проводник приемной антенны и излучателя в системе покрывается радиопрозрачным изолятором.

Images