Автореферат (Двухчастотная фазированная мобильная антенная решётка РЛС L-диапазона)

На правах рукописиКондратьева Светлана ГеннадьевнаДВУХЧАСТОТНАЯ ФАЗИРОВАННАЯ МОБИЛЬНАЯАНТЕННАЯ РЕШЁТКА РЛС L-ДИАПАЗОНАСпециальность 05.12.07 – «Антенны, СВЧ-устройства и их технологии»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква – 2015Работа выполнена на кафедре радиофизики, антенн и микроволновой техникиМосковского авиационного института (национального исследовательского университета).Научный руководитель- доктор технических наук, профессорВоскресенский Дмитрий ИвановичОфициальные оппоненты- доктор технических наукКасьянов Александр Олегович- кандидат технических наукРусов Юрий СергеевичВедущая организация:ОАО «Московский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский радиотехнический институт» (ОАО«МНИРТИ») г.

МоскваЗащита состоится «26» мая 2015 г. в 14 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.125.03 при Московском авиационном институте по адресу:125993, г. Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Московского авиационного института (125993, г. Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4) и на сайте http://www.mai.ru.Автореферат разослан «»2015г.Учёный секретарьдиссертационного советаД. 212.125.03, д.т.н.Сычёв М.И.2I. Общая характеристика работыАктуальность темы диссертацииВ современных радиотехнических системах связи, радиомониторинга, радиолокации и навигации предъявляются всё более жёсткие требования к сверхширокополосности и массогабаритным параметрам антенных систем.

В последнее время также возникает необходимость расширения функциональных возможностей антенн, которое достигается многочастотным или широкополоснымрежимом работы. В большинстве радиоэлектронных систем (РЭС) добавляетсянеобходимость обеспечения моноимпульсного режима работы и формированиядиаграммы направленности (ДН) специальной формы в нескольких диапазонахили широкой полосе частот. Так радиолокационную станцию (РЛС) дальнего обнаружения, работающую в Х-диапазоне, необходимо дополнить РЭС вторичногообзорного радиолокатора (ВОРЛ) с функцией определения государственнойпринадлежности (ОГП), работающей в двух диапазонах на двух различных частотах.

Общие принципы построения таких антенн интегрированных радиоэлектронных комплексов (ИРЭК) основываются на разделении антенной системы наотдельные составные части и проработке каждого из них в отдельности, а затемвсей системы в целом.В системе ВОРЛ система распределения мощности СВЧ и антенное полотнодолжны обеспечивать формирование ДН специальной формы на рабочих частотах f1=1,055 ГГц и f2=1,495 ГГц и рабочими полосами порядка единиц процентов. Отсюда следуют требования построения двухчастотной ФАР в L-диапазоне,размещаемой совместно с РЛС в Х-диапазоне мобильного комплекса двойногоназначения.Существующие прототипы подобных систем представляют собой распределительные СВЧ системы, разделённые частотными диплексерами.

Каждая распределительная система обеспечивает формирование амплитудно-фазового распределения (АФР) для своей рабочей частоты.3В целях повышения надёжности и обеспечения возможности дальнейшейглубокой модернизации системы целесообразно отказаться от частотного разделения схемы деления мощности и обеспечить формирование требуемого АФР наобеих частотах единым блоком распределительной системы СВЧ. Также существует необходимость разработки антенного элемента фазированной антеннойрешётки (ФАР), обеспечивающего необходимые направленные свойства в широкой полосе частот, включающей указанные рабочие частоты, и удовлетворяющий конструктивным требованиям по массогабаритным характеристикам и долговечности.В процессе разработки ФАР современных РЛС неизбежно возникают требования к минимизации уровня бокового лепестка (УБЛ), связанные с обеспечением высоких требований к скрытности работы и электромагнитной совместимости подобных систем.

Применение классических методов уменьшения УБЛсвязано с падением направленных свойств и, как следствие, с падением энергетического потенциала РЛС. Таким образом существует необходимость разработки методов изменения конструкции ФАР, которые позволили бы уменьшитьУБЛ без потери направленности системы путём изменения пространственнойконфигурации ФАР.Технология изготовления и процесс эксплуатации РЭС неизбежно связан спроявлением ряда факторов, носящих случайных характер, которые отрицательно сказываются на характеристиках системы. Ряд таких факторов можноучесть в процессе разработки ФАР используя статистическую теорию антенн ипроцесс численного моделирования.

Таким образом необходимо разработать методику численного моделирования характеристик направленности ФАР, способную учитывать различную природу, характер и параметры случайных факторов,вносящих ошибки в АФР и ДН антенной системы.Приведённый в работе обзор работ показывает, что наиболее полно исследованы совмещённые антенные решётки и всего несколько публикаций посвя-4щены широкополосным ФАР с оптимальным размещением элементов и проблемам построения всей антенной системы мобильных интегрированных радиоэлектронных комплексов.

Наряду со значительными достижениями в этой области, нельзя считать, что исследование таких антенн полностью завершено. Открытыми остаются вопросы, связанные с расчётом распределительных системвозбуждения двухчастотных ФАР мобильных интегрированных радиоэлектронных комплексов, а также оптимальным размещением элементов в антенном полотне и способами снижения уровня бокового излучения. Отсутствуют исследования полосы и диапазонных свойств, а также возможных систем возбуждения.Цель и задачи работыЦелью диссертационной работы является поиск путей построения двухчастотной ФАР мобильных интегрированных радиоэлектронных комплексов с малым уровнем боковых лепестков.В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе были решены следующие задачи:- Предложена и разработана ФАР с сектором сканирования 90° и каналомПБЛ, с косекансной ДН в вертикальной плоскости, работающая на двух частотах, обеспечивающая функционирование системы госопознавания в комплексе двойного назначения;- составлен алгоритм расчёта распределительных двухчастотных (широкополосных) систем для формирования заданных характеристик направленностис малым УБЛ с учётом амплитудно-фазовых ошибок изготовления, управления и эксплуатации;- синтезирована косекансная и моноимпульсная диаграммы направленности иопределены характеристики канала ПБЛ для двух рабочих частотных диапазонов;- исследованы характеристики направленности и полосы частот в антенныхрешётках мобильных интегрированных радиоэлектронных комплексов;5- разработана методика расчёта характеристик направленности двухчастотной антенной решётки с учётом наличия ошибок в амплитудно-фазовом распределении;- определены направленные свойства и частотные характеристики широкополосных излучателей антенных систем мобильных радиоэлектронных комплексов.Методы исследованийПри исследовании использовались вычислительные методы электродинамики, теории антенн, численные методы математического анализа, численноемоделирование характеристик антенных решёток на ЭВМ и матричные методытеории антенн и устройств СВЧ.Научная новизна работы заключается в следующем:1.

Разработана единая система возбуждения двухчастотной фазированной антенной решётки с моноимпульсной диаграммой направленности в азимутальнойплоскости и косекансной ДН в угломестной плоскости при малом УБЛ.2. Составлен алгоритм расчёта направленных и статистических характеристик спроизвольным (заданным) размещением элементов.3. Выявлена возможность минимизации уровня бокового излучения при фиксированном размере раскрыва и усиления.Практическая значимость результатов работы1. Разработана конструкция антенной решётки госопознавания для мобильногокомплекса РЛС. Предложена двухчастотная ФАР на единой распределительной и излучающей системах, имеющая канал ПБЛ.2.

Составлены алгоритм и программа расчёта многоканального двухчастотногополоскового делителя мощности для реализации заданного амплитудно-фазового распределения в линейной антенной решётке с учётом ошибок изготовления.63. Установлены границы технологических допусков, обеспечивающих характеристики в заданных пределах.Реализация и внедрение результатов работыОсновные результаты диссертационной работы использованы и внедрены вОКР ОАО «НПО „Лианозовский электромеханический завод“» (НПО «ЛЭМЗ»).Акт о внедрении приведён в приложении к диссертации.Достоверность полученных результатовДостоверность обуславливается использованием общей теории антенн ичисленных электродинамических методов расчёта, а также апробированногоадекватного математического и статистического аппарата, специализированныхкомпьютерных программ.

Полученные результаты многократно подтвержденывычислительными экспериментами.Апробация результатов работыОсновные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительные оценки на 14 международных и 6 всероссийских научно-технических конференциях.ПубликацииПо основным результатам выполненных исследований опубликовано 30 печатных работ, из них: 5 - научные статьи, 3 - патенты, 22 - тезисы докладов научных конференций.Основные положения, выносимые на защиту Предложена схема построения двухчастотной моноимпульсной ФАР ОГП смалым уровнем боковых лепестков, каналом ПБЛ и единой излучающей,возбуждающей и управляющей системой. Достигнут малый уровень боковых лепестков в двухчастотной ФАР ОГПпутём изменения геометрии трёх многоканальных делителей.7 Сформирована диаграмма направленности косекансного типа в малоэлементной антенной решётке при двухчастотном режиме работы. Найдено влияние ошибок АФР ФАР на характеристики направленности придвухчастотной работе.Объем и структура работыДиссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, спискасокращений, списка литературы и приложения А.

Работа изложена на 150 страницах машинописного текста. Список литературы включает 109 наименованийна 11 страницах. Работа содержит 118 рисунков и 8 таблиц.Личный вкладВыводы основных теоретических соотношений получены при непосредственном участии автора.