Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при разработке бортовой радиолокационной станции обзора воздушного, наземного и надводного пространства.The invention relates to the field of radar and can be used in the development of on-board radar station for the review of air, ground and surface space.
Известна коротковолновая модульная буксируемая нежесткая активная фазированная антенная решетка, предназначенная для обнаружения объектов в коротковолновом диапазоне. Приемопередающие модули (ППМ) такой антенны расположены на специальном тросу, один конец которого закреплен на летательном аппарате (ЛА), а на другом конце расположен управляемый объект, создающий относительную стабилизацию троса в пространстве и требуемый его прогиб в вертикальной плоскости. Фазирование ППМ осуществляется сигналом возбуждения, формирующимся первичным облучателем, расположенным на другом ЛА. Сигнал возбуждения представляет собой сумму двух сферических волн близких по частоте с целью последующего выделения биений в ППМ, которые в режиме передачи используются как сигнал возбуждения, а в режиме приема как гетеродинный сигнал (см., например, патент РФ на изобретение №2134469 H01Q 1/28).Known short-wave modular towed non-rigid active phased array antenna, designed to detect objects in the short-wave range. Transceiver modules (PPM) of such an antenna are located on a special cable, one end of which is mounted on an aircraft (LA), and on the other end there is a controlled object that creates relative stabilization of the cable in space and its required deflection in the vertical plane. PPM phasing is carried out by an excitation signal formed by a primary irradiator located on another aircraft. The excitation signal is the sum of two spherical waves that are close in frequency with the aim of subsequently isolating beats in the MRP, which are used as an excitation signal in transmission mode and as a heterodyne signal in reception mode (see, for example, RF patent for invention No. 2134469 H01Q 1 / 28).
Основным недостатком такого типа антенн является необходимость использования дополнительного ЛА и управляемого стабилизатора троса. Такая антенная система имеет ограничения по углу сканирования (±45°) и ширине диаграммы направленности в плоскости, перпендикулярной самой решетке, поскольку элементарные излучатели и ППМ расположены на одном тросу с одинаковым шагом подобно линейной антенной решетке (см., например, Вендик О.Г., Парнес М.Д. Антенны с электрическим сканированием (Введение в теорию) / Под ред. Л.Д. Бахраха. - М.: САЙНС-ПРЕСС, 2002. - 187 с.).The main disadvantage of this type of antenna is the need to use an additional aircraft and a controlled cable stabilizer. Such an antenna system has limitations on the scanning angle (± 45 °) and the width of the radiation pattern in a plane perpendicular to the array itself, since elementary radiators and MRF are located on the same cable with the same pitch as a linear antenna array (see, for example, Vendik O.G. ., Parnes, M.D. Antennas with Electric Scanning (Introduction to Theory) / Edited by L.D. Bahrakh. - M.: SAYNS-PRESS, 2002. - 187 p.).
Техническим результатом изобретения является расширение углового сектора сканирования антенной решетки и повышение ее разрешающей способности.The technical result of the invention is the expansion of the angular scanning sector of the antenna array and increasing its resolution.
Технический результат достигается тем, что в известной активной фазированной антенной решетке, содержащей элементарные слабонаправленные излучатели, приемопередающие модули и первичный облучатель, элементарные излучатели с приемопередающими модулями расположены на корпусе летательного аппарата в виде конформной решетки, которая объединена с первичным облучателем в единую конструкцию.The technical result is achieved by the fact that in the known active phased antenna array containing elementary weakly directed emitters, transceiver modules and a primary irradiator, elementary radiators with transceiver modules are located on the aircraft body in the form of a conformal array, which is combined with the primary irradiator in a single design.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном устройстве элементарные излучатели и ППМ выполнены в виде конформной антенной решетки, расположенной на корпусе ЛА, достоинством которой является широкоугольное сканирование при неизменных свойствах направленности антенны. Данное преимущество достигается за счет постоянства эквивалентного излучающего раскрыва в процессе сканирования, размер которого определяется выбором геометрической формы поверхности антенного полотна (см., например, Воскресенский Д.И., Пономарев Л.И., Филипов B.C. Выпуклые сканирующие антенны / Д.И. Воскресенский. - М.: Сов. радио, 1978. - 304 с.). Конформное расположение излучателей с ППМ на корпусе ЛА позволило их объединить с первичным облучателем в единую конструкцию, и тем самым избавиться от использования дополнительных объектов управления и ЛА. Технология изготовления конформной антенной решетки, встроенной в обшивку ЛА, позволит существенно уменьшить габариты и массу радиолокационной станции в целом (см., например, Чабанов В.А. Технология разработки конформных антенн // Авиационные системы. Научно-техническая информация. - 2007. - №6. - С.19-24).The essence of the invention lies in the fact that in the known device, the elementary radiators and the PMD are made in the form of a conformal antenna array located on the aircraft body, the advantage of which is wide-angle scanning with the same directivity of the antenna. This advantage is achieved due to the constancy of the equivalent radiating aperture during the scanning process, the size of which is determined by the choice of the geometric shape of the surface of the antenna sheet (see, for example, Voskresensky DI, Ponomarev LI, Filipov BC Convex scanning antennas / DI Voskresensky. - M.: Sov. Radio, 1978.- 304 p.). The conformal arrangement of the emitters with the PMD on the aircraft body allowed them to be combined with the primary irradiator in a single design, and thereby get rid of the use of additional control objects and aircraft. The manufacturing technology of a conformal antenna array integrated into the aircraft skin will significantly reduce the size and weight of the radar as a whole (see, for example, VA Chabanov. Technology for the development of conformal antennas // Aviation systems. Scientific and technical information. - 2007. - No. 6. - S.19-24).
На фигуре представлен вариант исполнения конформной активной фазированной решетки в виде полусферы, где цифрами обозначены: 1 - вспомогательный излучатель сферических волн с частотой ω1; 2 - вспомогательный излучатель сферических волн с частотой ω2; 3 - полусферическая решетка излучателей с радиусом R; 4 - приемопередающий модуль с излучателем.The figure shows an embodiment of a conformal active phased array in the form of a hemisphere, where the numbers denote: 1 - an auxiliary emitter of spherical waves with a frequency of ω 1 ; 2 - auxiliary emitter of spherical waves with a frequency of ω 2 ; 3 - hemispherical array of emitters with radius R; 4 - transceiver module with emitter.
Устройство работает следующим образом: первичный облучатель состоит из двух вспомогательных излучателей сферических волн 1, 2 с близкими по значению частотами излучения ω1 и ω2 соответственно. В качестве вспомогательных излучателей используются полупроводниковые СВЧ-генераторы с открытым концом прямоугольного волновода, достоинством которых является малая масса и габариты. Расстояние между этими излучателями d должно быть на порядок больше излучаемых ими длин волн (исходя из условия меньшего взаимовлияния друг на друга). Сигнал первичного облучателя, представляющий собой сумму двух близких по частоте сферических волн, поступает на вход каждого приемопередающего модуля 4. В ППМ с помощью квадратичного амплитудного детектора выделяются биения, имеющие синусоидальную форму с частотой Ω=ω1-ω2. Выходное напряжение квадратичного детектора используется как сигнал возбуждения в режиме передачи и как гетеродинный сигнал в режиме приема. Описанный метод фазирования получил терминологию «нелинейно-дифракционный способ фазирования» (см., например, Степаненко С.Н. Нелинейная дифракция и нелинейно-дифракционное фазирование крупноапертурных антенных решеток // Антенны. - 2009. - №7. - С.55-58.). Сканирование луча диаграммы направленности (ДН) производится путем электромеханического управления угловым положением первичного облучателя, при этом максимум ДН формируется в направлении оси, проходящей через вспомогательные излучатели, в сторону излучателя с меньшей частотой (ось OZ). Для обеспечения широкоугольного сканирования, как вариант конформного расположения излучателей на корпусе ЛА, выбрана решетка в виде полусферы 3 (см., например, Воскресенский Д.И. и др. Многофункциональные полотна антенных решеток // Антенны. - 2006. - №9. - С.5-23), обеспечивающая угловой сектор сканирования порядка 180 град. в произвольной плоскости. Радиус полусферы R определяется рабочей частотой радиолокационной станции Ω и требуемой мощностью излучения. Решетка такого типа может быть размещена в носовой или хвостовой части ЛА, выполненная в виде микрополосковой антенной решетки, встроенной в обшивку ЛА (см., например, Обуховец В.А., Касьянов А.О. Микрополосковые отражательные антенные решетки. Методы проектирования и численное моделирование / Под ред. В.А. Обуховца. - М.: Радиотехника, 2006. - 240 с.), либо вынесена на поверхность фюзеляжа в виде отдельного обтекателя подобно антеннам самолетов дальнего радиолокационного обнаружения.The device operates as follows: the primary irradiator consists of two auxiliary emitters of spherical waves 1, 2 with similar emission frequencies ω 1 and ω 2, respectively. As auxiliary emitters, semiconductor microwave generators with an open end of a rectangular waveguide are used, the advantage of which is small weight and dimensions. The distance between these emitters d should be an order of magnitude greater than the wavelengths emitted by them (based on the condition of less interference with each other). The signal of the primary irradiator, which is the sum of two spherical waves that are close in frequency, is fed to the input of each transceiver module 4. In the PCM using a quadratic amplitude detector, beats having a sinusoidal shape with a frequency of Ω = ω 1 -ω 2 are extracted. The output voltage of the quadratic detector is used as an excitation signal in transmission mode and as a heterodyne signal in reception mode. The described phasing method received the terminology “non-linear diffraction phasing method” (see, for example, S. Stepanenko. Non-linear diffraction and non-linear diffraction phasing of large-aperture antenna arrays // Antennas. - 2009. - No. 7. - P. 55-58 .). The beam of the radiation pattern (LH) is scanned by electromechanical control of the angular position of the primary irradiator, while the maximum of the LH is formed in the direction of the axis passing through the auxiliary emitters towards the emitter with a lower frequency (OZ axis). To ensure wide-angle scanning, as a variant of the conformal arrangement of emitters on the aircraft’s hull, a hemisphere 3 array has been selected (see, for example, Voskresensky DI et al. Multifunctional antenna arrays // Antennas. - 2006. - No. 9. - S.5-23), providing an angular scanning sector of the order of 180 degrees. in an arbitrary plane. The hemisphere radius R is determined by the operating frequency of the radar station Ω and the required radiation power. This type of array can be placed in the nose or tail of the aircraft, made in the form of a microstrip antenna array integrated into the aircraft skin (see, for example, Obukhovets V.A., Kasyanov A.O. Microstrip reflective antenna arrays. Design methods and numerical modeling / Under the editorship of VA Obukhovets. - M .: Radio engineering, 2006. - 240 p.), or brought to the surface of the fuselage in the form of a separate fairing like the antennas of long-range radar detection aircraft.