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

Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет)На правах рукописиКондратьева Светлана ГеннадьевнаДВУХЧАСТОТНАЯ ФАЗИРОВАННАЯ МОБИЛЬНАЯ АНТЕННАЯРЕШЁТКА РЛС L-ДИАПАЗОНАСпециальность 05.12.07 - «Антенны, СВЧ-устройства и их технологии»Диссертация на соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наукпрофессор Д.И. ВоскресенскийМосква 2015 г2ОглавлениеВведение ...............................................................................................................

5Актуальность темы диссертации ..................................................................... 5Цель и задачи работы ....................................................................................... 8Методы исследования ...................................................................................... 9Научная новизна работы ..................................................................................

9Практическая значимость результатов работы............................................. 10Реализация и внедрение результатов работы ............................................... 10Достоверность полученных результатов ...................................................... 10Основные положения, выносимые на защиту ..............................................

10Апробация результатов работы ..................................................................... 11Публикации .................................................................................................... 14Личный вклад ................................................................................................. 15Объем и структура работы ............................................................................. 15Глава 1. Антенные решётки мобильных радиоэлектронных комплексовсистем определения государственной принадлежности ..........................

181.1 Задачи построения антенных решёток мобильных систем ОГП ........... 181.2 Постановка задачи .................................................................................... 211.3 Антенные решётки ................................................................................... 241.4 Выводы ......................................................................................................

29Глава 2. Излучающее полотно фазированной антенной решёткигосударственного опознавания .................................................................. 302.1 Широкополосные излучатели .................................................................. 302.1.1 Излучатель Вивальди ........................................................................ 302.1.2 Плоский широкополосный излучатель............................................. 332.1.3 Модифицированный толстый вибраторный излучатель ................. 352.1.4 Широкополосный вибраторный излучатель ....................................

392.1.5 Широкополосный вибраторный излучатель с трансформатором ... 412.1.6 Модифицированный широкополосный пластинчатый уголковыйвибраторный излучатель ........................................................................ 4332.2Особенностиформированиясуммарной,разностнойдиаграммнаправленности и диаграммы направленности канала подавлениябоковых лепестков при работе в двухчастотных диапазонах .................. 502.3 Канал подавления боковых лепестков ....................................................

582.4 Статистический анализ характеристик направленности антеннойрешётки ....................................................................................................... 602.5 Выводы ...................................................................................................... 66Глава 3.

Распределительная система ................................................................. 683.1 Общие соображения ................................................................................. 683.2 Моноимпульсный делитель ..................................................................... 733.2.1 Суммарный делитель мощности ....................................................... 733.2.2 Разностный делитель мощности .......................................................

853.3 Частотный диплексер ............................................................................... 943.4 Косекансный делитель ............................................................................. 963.4.1 Формирование косекансной ДН ....................................................... 973.4.3 Моделирование схемы деления ........................................................

993.5 Выводы .................................................................................................... 104Глава 4. Уменьшение УБЛ в антенных решётках путём пространственногоразмещения элементов ............................................................................. 1064.1 Предварительные соображения и состояние вопроса .......................... 1064.2 Антенные решётки с угловым профилем апертуры .............................

1094.3 ФАР с пространственным смещением подрешёток ............................. 1124.3 Ступенчатое размещение элементов решётки ...................................... 1144.4 Влияние амплитудных и фазовых ошибок на характеристики антенныхрешёток с пространственным размещением элементов и гексагональнойструктурой ................................................................................................ 1184.5 Выводы ..................................................................................................

125Заключение ....................................................................................................... 127Список сокращений ......................................................................................... 129Литература ........................................................................................................ 1304Приложение А: Метод расчёта статистических свойств антенных решёток 141Метод расчёта диаграммы направленности антенной решётки ................ 141Метод расчёта статистических свойств антенной решётки ....................... 143Метод расчёта пространственной ДН антенной решётки ..........................

1475ВведениеАктуальность темы диссертацииВ настоящее время к антенным системам мобильных радиоэлектронных комплексов предъявляются достаточно жёсткие требования по уровню бокового излучения. Низкий уровень бокового излучения сложно реализовать при проектировании бортовых радиоэлектронных систем (РЭС) различного назначения, так как ониимеют ограничения по массогабаритным характеристикам [1]. В последнее времятакже возникает необходимость расширения функциональных возможностей антенн, которое достигается многочастотным или широкополосным режимом работы. В большинстве РЭС добавляется необходимость обеспечения моноимпульсного режима работы и формирования диаграммы направленности (ДН) специальной формы в нескольких диапазонах или широкой полосе частот.

Аналогичные задачи возникают и при создании наземных многодиапазонных интегрированных радиоэлектронных комплексов (ИРЭК), устанавливаемых на мобильных объектах.Интегрированный радиоэлектронный комплекс включает ряд РЭС. Так радиолокационную станцию (РЛС) дальнего обнаружения, работающую в Х-диапазоне, необходимо дополнить РЭС определения государственной принадлежности (ОГП), которая работает в двух диапазонах на двух различных частотах. Общие принципыпостроения таких антенн ИРЭК основываются на разделении антенной системы наотдельные составные части и проработке каждого из них в отдельности, а затемвсей системы в целом.Размещение таких ИРЭК на мобильном объекте выдвигает жёсткие массогабаритные ограничения на антенные системы, а для обеспечения дальности действия необходим высокий энергетический потенциал.

Увеличение его путём поднятия усиления антенны исключается, в связи с отсутствием конструктивной возможности увеличения апертуры излучающей системы. Также возможность увеличения энергетического потенциала ограничивается требованием низкого уровнябоковых лепестков (УБЛ).6В системе ОГП, разработке антенной системы которой посвящена настоящаяработа, используется ДН с рабочими частотами f1=1,055 ГГц и f2=1,495 ГГц и рабочими полосами порядка единиц процентов [2, 3]. Отсюда следуют требованияпостроения двухчастотной ФАР в L-диапазоне, размещаемой совместно с РЛС в Хдиапазоне мобильного комплекса двойного назначения.Дальнейшее совершенствование характеристик РЭС связано с помехоустойчивостью, помехозащищённостью работы всей системы, а это, в свою очередь,определяется уровнем боковых лепестков (УБЛ) антенной решётки (АР).В современных АР реализация малого УБЛ встречает значительные трудностив конструкторско-технологической части, а также обеспечение низкого УБЛ неминуемо приводит к падению усиления.

Поэтому в работе целесообразно провестиизыскание способов, которые позволили бы в какой-то мере разрешить эту задачу.Возможно разрабатываемую антенную систему разделить на составные части:излучающее полотно, конструкция излучателей, система возбуждения и системаформирования амплитудно-фазового распределения и управления лучом. Для всехэлементов двухчастотной ФАР возможны следующие различные варианты исполнения:1.Двухдиапазонная антенная решётка с двумя независимыми излучающими,распределительными системами фазирования и системами формирования моноимпульса;2.Широкополосное антенное полотно, распределительная система и системаформирования моноимпульса и ДН специальной формы, обеспечивающие работуна двух частотах.Все рассмотренные варианты исполнения имеют преимущества и недостатки,но наилучшим образом подходит тот, который обладает простотой конструкции,технологичностью и малыми потерями.