RU97218U1

RU97218U1 - PHASED MICROWAVE ANTENNA ARRAY

Info

Publication number: RU97218U1
Application number: RU2010114366/07U
Authority: RU
Inventors: Андрей Андреевич Катанович; Валерий Николаевич Половинкин
Original assignee: ФГУ "24 Центральный научно-исследовательский институт МО РФ"
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2010-08-27

Abstract

Фазированная антенная решетка СВЧ-диапазона, содержащая излучающие и приемопередающие элементы, усилители мощности передающего и приемного канала, а также схему управления фазовращателем, отличающаяся тем, что антенна выполнена в виде катушки Гельмгольца, состоящей из вакуумной камеры, облучателя, линейного катода и анода, при этом на катушку нанесен слой плазмы, от которой отражается электронный сканирующий луч, причем плазменный слой создается в вакуумной камере при газовом разряде между анодной пластиной и линейным катодом, который представляет собой линейку элементов определенного адреса на двухкоординатной сетке катода. A phased microwave array containing transmitting and receiving elements, transmitting and receiving channel power amplifiers, and a phase shifter control circuit, characterized in that the antenna is made in the form of a Helmholtz coil, consisting of a vacuum chamber, an irradiator, a linear cathode and anode, a layer of plasma is deposited on the coil, from which the electron scanning beam is reflected, and the plasma layer is created in a vacuum chamber during a gas discharge between the anode plate and the linear cathode, which represents a line of elements of a certain address on a two-coordinate grid of the cathode.

Description

Полезная модель относится к технике СВЧ-антенн и может быть использована в радиоэлектронных системах в качестве активной фазированной антенной решетки, в частности, в бортовых и корабельных локаторах и системах радиопротиводействия.The utility model relates to the technique of microwave antennas and can be used in electronic systems as an active phased array antenna, in particular, in airborne and ship locators and radio countermeasures systems.

Среди последних разработок в области создания ФАР, ведущихся в странах ЕС, - многофункциональная РЛС с ФАР, предназначенная для установки на корабле. РЛС на передатчике с ЛБВ работает в С-диапазоне волн. Дальность обнаружения целей достигает 180 км. Антенная решетка вращается по азимуту со скорость. 60 об/мин. В угломестной плоскости производится фазовое управление лучом.Among the latest developments in the field of creation of headlamps, conducted in the EU, is a multifunctional radar with headlamps designed for installation on a ship. The radar on the transmitter with TWT operates in the C-wave band. Target detection range reaches 180 km. The antenna array rotates in azimuth with speed. 60 rpm In the elevation plane, phase control of the beam is performed.

Известна пространственная приемопередающая фазированная антенная решетка. Патент №2287876 Россия, МПК H01Q 3/36, 2006 г. Решетка выполнена в виде матрицы и содержит задающий смеситель, на который подаются сигналы задающих частот f и Δf, выходные сигналы служебных частот f₁=Δf и f₂=f-Δf которого через соответствующие фазовращатели подаются соответственно на строки и столбцы матрицы, в точках пересечения строк и столбцов матрицы расположены смесители, выход каждого из которых соединены с соответствующими циркулятором, подключенным через соответствующий приемный усилитель.Known spatial transceiver phased antenna array. Patent No. 2287876 Russia, IPC H01Q 3/36, 2006. The lattice is made in the form of a matrix and contains a master mixer, to which signals of the driving frequencies f and Δf are fed, output signals of the service frequencies f ₁ = Δf and f ₂ = f-Δf of which through the corresponding phase shifters, respectively, are fed to the rows and columns of the matrix, at the intersection points of the rows and columns of the matrix are mixers, the output of each of which is connected to the corresponding circulator connected through the corresponding receiving amplifier.

Известна и пассивно-активная фазированная антенная решетка СВЧ-диапазона. Патент РФ №2299502, 2006 г. (прототип). Решетка состоит из n излучающих элементов, n приемопередающих модулей (ППМ) и распределительной системы, при этом в состав ППМ входят m активных ППМ, каждый из которых содержит усилитель мощности передающего канала, малошумящие усилители приемного канала, фазовращатели и схему управления и контроля, и (n-m) пассивных ППМ, каждый из которых содержит фазовращатель и схему управления фазовращателем.A passive-active phased microwave array is also known. RF patent No. 2299502, 2006 (prototype). The grating consists of n radiating elements, n transceiver modules (PMT) and distribution system, while the PMP includes m active PMTs, each of which contains a power amplifier of the transmitting channel, low-noise amplifiers of the receiving channel, phase shifters and a control and monitoring circuit, and ( nm) passive PMD, each of which contains a phase shifter and a phase shifter control circuit.

Недостатками, как аналога, так и прототипа является низкая надежность системы управления лучом, большие габариты, а также низкая точность и скорость установки луча.The disadvantages of both the analogue and the prototype are the low reliability of the beam control system, large dimensions, as well as low accuracy and speed of installation of the beam.

Целью полезной модели является повышения надежности управления лучом за счет использования плазменного отражателя.The purpose of the utility model is to increase the reliability of beam control through the use of a plasma reflector.

Поставленная цель достигается тем, что фазированная антенная решетка СВЧ-диапазона, содержащая излучающие и приемопередающие элементы, усилители мощности передающего и приемного канала, а также схему управления фазовращателем, выполнена в виде катушки Гельмгольца состоящей из вакуумной камеры, облучателя, линейного катода и анода, при этом на катушку нанесен слой плазмы от которой отражается электронный сканирующий луч, причем плазменный слой создается в вакуумной камере при газовом разряде между анодной пластиной и линейным катодом, который представляет собой линейку элементов определенного адреса на двухкоординатной сетке катода.This goal is achieved in that a phased microwave array containing emitting and transmitting elements, power amplifiers of the transmitting and receiving channels, as well as a phase shifter control circuit, is made in the form of a Helmholtz coil consisting of a vacuum chamber, an irradiator, a linear cathode and an anode, a layer of plasma is deposited on the coil from which the electron scanning beam is reflected, and the plasma layer is created in a vacuum chamber during a gas discharge between the anode plate and the linear cathode, which is a line of elements of a specific address on a two-coordinate grid of the cathode.

На Фиг. Показана функциональная схема антенны с электронным сканированием луча.In FIG. A functional diagram of an antenna with electron beam scanning is shown.

Она содержит:It contains:

1 - вакуумную камеру;1 - a vacuum chamber;

2 - слой плазмы;2 - plasma layer;

3 - облучатель;3 - irradiator;

4 - катушку Гельмгольца;4 - Helmholtz coil;

5 - линейный катод;5 - linear cathode;

6 - отраженный сигнал;6 - reflected signal;

7 - анод.7 - anode.

В такой антенне электронное управление лучами осуществляется с помощью плазменного отражателя.In such an antenna, electron beam control is carried out using a plasma reflector.

Плазма при достаточной плотности обладает способностью отражать электромагнитную энергию. Причем чем выше частота облучения, тем большую плотность имеет плазма.Plasma at sufficient density has the ability to reflect electromagnetic energy. Moreover, the higher the irradiation frequency, the higher the plasma density.

Плазменный слой 2 создается в вакуумной камере 1 при газовом разряде между анодной пластиной 7 и линейным катодом 5, который представляет собой линейку элементов определенного адреса на двухкоординатной сетке катода. Изменяя положение линейного катода 5, можно вращать плазменный слой 2 и тем самым сканировать отраженный луч 6 по азимуту. Сканирование луча по углу места производят изменением наклона плазменного отражателя путем регулирования магнитного поля катушек Гельмгольца. Последние размещены вокруг отражателя так, чтобы не блокировать СВЧ-сигнал. Положением линейного катода 5 и значением магнитной индукции управляет система управления (компьютер).The plasma layer 2 is created in a vacuum chamber 1 during a gas discharge between the anode plate 7 and the linear cathode 5, which is a line of elements of a certain address on a two-coordinate grid of the cathode. By changing the position of the linear cathode 5, it is possible to rotate the plasma layer 2 and thereby scan the reflected beam 6 in azimuth. The beam is scanned by elevation by changing the slope of the plasma reflector by adjusting the magnetic field of the Helmholtz coils. The latter are placed around the reflector so as not to block the microwave signal. The position of the linear cathode 5 and the value of the magnetic induction are controlled by a control system (computer).

Согласно расчетам, точность установки луча в заданном направлении составляет 1-2°. Время переориентации луча - около 10 мкс.According to calculations, the accuracy of the beam in a given direction is 1-2 °. The beam reorientation time is about 10 μs.

Для образования плазменного слоя 2 в камере 1 достаточно поддерживать вакуум примерно 15 Па. Магнитная индукция должна составлять около 0,02 Тл, ток - порядка 2 А и напряжение - 20 кВ. Размер отражателя порядка 50×50×1 см. Уровень боковых лепестков при этом составляет - 20 дБ.For the formation of the plasma layer 2 in the chamber 1, it is sufficient to maintain a vacuum of about 15 Pa. Magnetic induction should be about 0.02 T, a current of about 2 A and a voltage of 20 kV. The size of the reflector is about 50 × 50 × 1 cm. The level of the side lobes in this case is - 20 dB.

В числе достоинств заявляемой антенны - возможность быстрой и точной установки луча, что позволяет одновременно выполнять операции поиска и сопровождения группы целей, а также формировать разные диаграммы направленности. Кроме того, такая антенна обладает широкой полосой частот, в результате чего один и тот же плазменный отражатель можно использовать с разными облучателями. Диапазон предлагаемой антенны от 5 до 50 ГГц. В отличие от обычных отражательных антенн, которые существенно повышают эффективную площадь рассеяния локатора при облучении его средствами радиоразведки вероятного противника, это параметр в плазменной антенне невелик. Тепловое излучение антенны также невелико, поскольку тепловая энергия сосредоточена внутри плазмы и не излучается наружу.Among the advantages of the claimed antenna is the ability to quickly and accurately set the beam, which allows simultaneous search and tracking of a group of targets, as well as the formation of different radiation patterns. In addition, such an antenna has a wide frequency band, as a result of which the same plasma reflector can be used with different irradiators. The range of the proposed antenna is from 5 to 50 GHz. Unlike conventional reflective antennas, which significantly increase the effective scattering area of a locator when it is irradiated by means of radio intelligence of a likely enemy, this parameter is small in a plasma antenna. The thermal radiation of the antenna is also small, since the thermal energy is concentrated inside the plasma and is not radiated outward.

Claims

A phased microwave array containing transmitting and receiving elements, transmitting and receiving channel power amplifiers, and a phase shifter control circuit, characterized in that the antenna is made in the form of a Helmholtz coil, consisting of a vacuum chamber, an irradiator, a linear cathode and anode, a layer of plasma is deposited on the coil, from which the electron scanning beam is reflected, and the plasma layer is created in a vacuum chamber during a gas discharge between the anode plate and the linear cathode, which represents a line of elements of a certain address on a two-coordinate grid of the cathode.