Диаграммообразующая схема моноимпульсной частотно-сканирующей антенной решетки Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.396.679.4

А. В. Сучков

Диаграммообразующая схема моноимпульсной частотно-сканирующей антенной решетки

Разработана волноводная диаграммообразующая схема для моноимпульсной частотно-сканирующей антенной решетки. Исследованы особенности предлагаемой суммарно-разностной схемы, приведены способы устранения характерных для нее недостатков. Предложены методики численного анализа и оптимизации параметров электродинамической модели схемы. Рассмотрены вопросы конструктивно-технологической реализации.

Ключевые слова: моноимпульсная антенная решетка, частотное сканирование, диаграмма направленности, диаграммообразующая схема.

Введение

В связи с ростом требований, предъявляемых к современным наземным радиолокационным системам (РЛС) обнаружения в части точности измерения высоты, исключается возможность применения в их составе ранее разработанных и серийно освоенных волноводно-щелевых антенных решеток (АР) с частотным управлением положения луча в вертикальной плоскости [1, 2]. Причина состоит в том, что одноканальное построение таких антенн, обеспечивающее при частотном сканировании формирование многолучевой диаграммы направленности (ДН) в вертикальной плоскости, позволяет измерять высоту методом ин-<о терполяции углов места при одновременном ° сравнении амплитуд эхо-сигналов, принятых ^ независимыми каналами смежных лучей. Из— вестный недостаток данного метода в РЛС с частотным сканированием - ограничение воз* можности увеличения точности измерения « высоты из-за декорреляции сравниваемых Л эхо-сигналов в смежных лучах, формируемых = на разнесенных частотах. Наряду с этим уро-т вень боковых лепестков ДН в плоскости чаге стотного сканирования (порядка 20 дБ), обе-о спечиваемый неразвязанной распределитель-§ ной системой, на практике не соответствует * требованиям по защите от пассивных помех.

Е Устранить недочеты, сохранив при этом

о

« все основные достоинства предыдущих наработанных технических решений для одно-канальных антенн в части волноводно-ще-т левых линейных излучателей и технологии Я производства волноводных замедляющих си-

2 -

СЛ

© Сучков А. В., 2016

стем, можно за счет кардинальной переработки структуры вертикального делителя мощности, позволяющей реализовать в нем суммарно-разностную диаграммообразующую схему (ДОС) и соответственно моноимпульсный метод измерения высоты в пределах каждого луча на фиксированной частоте эхо-сигнала [3,4]. Вариант построения ДОС На основе анализа требований к характеристикам разрабатываемой АР, имеющихся наработок по техническим, конструктивным и технологическим решениям, а также известных вариантов построения ДОС (последовательного [1, 3] или параллельного [3]) к реализации в ¿'-диапазоне частот предложена усовершенствованная последовательная суммарно-разностная ДОС (рис. 1).

Предлагаемая ДОС представляет собой 54-канальную волноводную распределительную систему, спроектированную так, чтобы обеспечить при работе в составе антенны:

1) формирование в раскрыве АР фазового распределения (ФР), необходимого для управления положением луча ДН рабочем секторе 45° в вертикальной плоскости методом частотного сканирования;

2) возможность синфазной и противофазной запитки половин раскрыва АР (по 27 элементов каждая) для формирования в вертикальной плоскости требуемых суммарной и разностной ДН;

3) формирование в вертикальной плоскости оптимизированного амплитудного распределения Тейлора при заданном максимальном уровне боковых лепестков, теоретически обеспечивающего по сравнению с другими требуемую ширину ДН при наименьшем вертикальном размере раскрыва;

ВПН 52 - НО 52

ДМ-27-2 1 1

ВПН 28 НО 28

1

ВПН 27 НО 27

ФВ 52

СФР

ЛЗ

ВПН 26

Л

НО 26

т

ФВ 52

г-

ВПН 2 - НО 2

1

ВПН 1 НО 1

ФВ

ВМУ

САР

-54

-53

-29 -28

-27 -26

тА

Рис. 1. Структурная схема 54-канальной

суммарно-разностной ДОС

4) минимизацию искажений амплитудно-фазового распределения (АФР) в рабочем диапазоне частот в излучающем раскрыве АР;

5) минимизацию потерь мощности в схеме деления;

6) необходимый уровень развязки между суммарным и разностным каналами;

7) необходимый уровень согласования между составными элементами схемы.

Структурно суммарно-разностная ДОС состоит из двух 27-канальных волноводных делителей мощности (ДМ-27-1 и ДМ-27-2). Каждый из них построен на базе 26 направленных ответвителей (НО), включенных с регулярным интервалом между изогнутыми волноводными участками специальной конфигурации (петлями). Петли соединены последовательно и образуют свернутую в Е-плоскости линию задержки, формирующую необходимый фазовый фронт (рис. 2, б, тон-

кие линии,) на входах излучателей антенны. Переходные ослабления НО (рис. 3, £13, дБ, сплошные линии) рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить формирование требуемого амплитудного распределения на выходах ДОС (рис. 2, а, сплошная линия). К балансным плечам НО подключены волноводные поглощающие нагрузки (ВПН). Перед вторым делителем мощности (ДМ-27-2) включена волноводная линия задержки (ЛЗ), создающая дополнительный фазовый набег на выходах с 28 по 54 для обеспечения равномерного нарастания фазового фронта на выходах ДОС с 1 по 54. Волноводное мостовое устройство (ВМУ) запитывает с выходов фазовращателя (ФВ) делители ДМ-27-1 и ДМ-27-2 синфазно при подаче сигнала на суммарный вход (Е) или в противофазе при подаче сигнала на разностный вход (А). В составе ДОС также имеются двухканальные волноводные фазовращатели (ФВ, ФВ26, ФВ52) и секции амплитудной и фазовой регулировки (САР и СФР). Расчет параметров конструкции и электрических характеристик ДОС Расчет основных параметров замедляющей волноводной системы (линии задержки) производился исходя из требуемых ширины луча ДН в вертикальной плоскости, рабочего диапазона частот и сектора сканирования в соответствии с известным уравнением, связывающим угловое положение луча и частоту [3]:

81П

(0)=А №

2afd

2 2 2 ПС

a - c -

J ' (1)

где 0 = -19,1°...+26,1° - угловое положение луча ДН в вертикальной плоскости, соответствующее изменению частоты / в интервале от до /ъ ^-диапазона, при относительной ширине полосы около 4,4 %;

£ = 719,5 мм - длина волноводной петли линии задержки между двумя соседними НО;

а = 64,7 мм - размер широкой стенки волновода линии задержки;

ё = 70 мм - интервал между выходами НО (шаг между излучателями антенны);

п = 4,5 - количество длин волн на частоте нормали_/норм, образующих длину £ витка замедляющей системы.

га

х в)

ч

га GL

га

О а

£

в) ц

05

-I-------30

10 20 30 40 50 0 10 20 30 40

Номер выхода ДОС Номер выхода ДОС

в г

Рис. 2. Восстановленные характеристики ДОС: а-АмР; б-ФР;

в - отклонение восстановленного ФР от теоретического линейного; г - отклонение восстановленного ФР от теоретического линейного после коррекции длин петель линии задержки в соответствии с формулой (2)

-600

-800

-1000 -1200

0

10 20 30 40 50 Номер выхода ДОС а

10 20 30 40 Номер выхода ДОС б

0

-1 104

-2 104

Э"3 & ^ 104 104

1 -5 е -6 104 ю4

-7 ю4

-8 ю4

-9 ю4

-200 -400

Применение направленных ответвителей при построении ДОС обусловлено необходимостью минимизации искажений АФР, возникающих из-за конечного согласования излучателей АР и изгибов волновода линии задержки. Окна связи НО также имеют конечный уровень согласования, что может привести к так называемому «эффекту нормали» (синфазному сложению амплитуд, отраженных от неоднородностей волн, на входах системы деления вблизи рабочей частоты луча, расположенного по нормали к рас-крыву АР). Для компенсации переотражений окна связи четных направленных ответвителей смещены на четверть длины волны на частоте нормали ^ к входам излучателей АР. Набор недостающей фазовой длины происходит на прямолинейных волноводных участках вторичных линий нечетных НО. Таким образом, производится компенсация отражений от четной и нечетной групп НО, что позволяет существенно

снизить вероятность возникновения «эффекта нормали» и обеспечить требуемый уровень коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) суммарного и разностного входов ДОС во всей полосе частот рабочего диапазона.

Исходя из соображений обеспечения приемлемой конструктивной реализации вол-новодной замедляющей системы, а также для снижения потерь мощности в ДОС при формировании требуемого спадающего амплитудного распределения (АмР) в качес-тве типового распределительного элемента схемы предлагается использовать волноводный НО с Т-образным элементом связи [6]. Конструкция данного НО представляет собой два параллельных прямоугольных волновода, связанных с помощью двух щелей, одна из них расположена параллельно, а другая - перпендикулярно продольной оси волноводов. Щели прорезаются в общей широкой стенке волноводов [7].

512,ДБ

о

-0,5 -1,0 -1,5 -2,0 -2,5 -3,0 -3,5 -4,0

1

%

1 1 A4

2

/ к

1 \!

5

0 10 20 30 40 Номер НО

^13, дБ 0

-5 -10 -15 -20 -25 -30 -35

^ Iii 3

f-1

у? ¡г 7. 1 2

\ / 1

V1

А / 3 2

К 2

10 20 30 40 Номер НО

S12, град 0

-10

-20 -30

-50 -60

0 10 20 30 40 Номер НО

Si3, град 90

80

70

60

50

40

30

X \ ^ 1 2

V /

з ТГ^ i / 3

1

0 10 20 30 40 Номер НО

Рис. 3. Амплитудные и фазовые характеристики проходящей и ответвленной волн в НО ДОС:

1 /н, 2 /норм, 3 /в

По рассчитанным значениям переходных ослаблений НО и графиков [7] произведено определение размеров поперечной и продольной щелей и Ь2, в соответствии с которыми вычислены амплитудные и фазовые характеристики проходящей (£12) и ответвленной (£13) волн в каждом НО ДОС (см. рис. 3).

На основании результатов электродинамического расчета характеристик НО в программной средъМаМСАБ составлен алгоритм, позволяющий по известным амплитудным и фазовым характеристикам каждого НО восстановить электрические характеристики ДОС в рабочем диапазоне частот (см. рис. 2). Анализ характеристик и методы компенсации ошибок Одним из факторов, влияющих на качество диаграммных характеристик антенного устройства, является фазовая поправка, которая возникает в окнах связи направленных ответвите-лей ДОС, имеющих различные коэффициенты связи с питающей линией (см. рис. 2). Для формирования в вертикальной плоскости спадающего амплитудного распределения выбранно-

го типа необходимо реализовать переходные ослабления направленных ответвителей в диапазоне -27...-3 дБ. Соответственно фазовая поправка, возникающая в окнах связи при реализации необходимых переходных ослаблений, ориентировочно составит от 0° до 45° как для проходящей, так и для ответвленной волн. Это в свою очередь при последовательной схеме включения НО приведет к нелинейному нарастанию фазовой ошибки на половинах диаграммообразующей схемы до нескольких сотен градусов (рис. 2, в). Поэтому для получения требуемого уровня боковых лепестков ДН в вертикальной плоскости итерационным способом производилась коррекция длин регулярных участков волноводных петель замедляющей системы, которая позволила скомпенсировать фазовые ошибки на половинах ДОС в диапазоне рабочих частот до приемлемого уровня. Коррекция выполнена в соответствии с формулой:

(Аф „+1 -Аф „)

Scn = S -

0,36 1 -

2a

(2)

га

х в)

ч

си Ol

га

О а

£

в) Ц

05

2

о см

< I

м га 5

О ей

а

<и

о

и <и Ой

О)

см

С\|

см

ся ся

где Лф„ = фИ - ф/„ - разность фаз между восстановленным фазовым распределением (ФР) фи и теоретическим линейным ФР ф/и на частоте нормали (рис. 2, б); X - длина волны на частоте нормали; п =1,2 ... 53.

Отклонение восстановленного ФР от теоретического линейного после коррекции длин петель линии задержки показано на рис. 2, г. По результатам восстановления ДН в вертикальной плоскости по АФР (рис. 2) и известным ДН излучателей АР установлено, что «пилообразный» характер фазовой ошибки (рис. 2, г), а также выбросы на элементах 27 и 54 в рабочем диапазоне частот приводят к искажению формы разностной ДН (перепаду между максимумами главных лепестков до 1-2 дБ и ухудшению «глубины нуля» ДН разностного канала) и увеличению до 2-3 дБ ближних боковых лепестков суммарной ДН. Рассмотрим методы компенсации фазовых ошибок.

Из-за проблем, связанных с реализацией больших переходных ослаблений направленных ответвителей (от -3 дБ и более), для уменьшения потерь мощности в ДОС последние элементы делителей, выполненные на НО 26 и НО 52, построены по схеме с полным выводом мощности на два излучателя каждый. Добор фазовой поправки для выходов 27 и 54 ДОС, которая обусловлена изменением фазы ответвляемой волны в НО и составляет примерно +90°, происходит на последнем витке замедляющей системы каждого из делителей мощности. Для устранения частотной неравномерности фазы в схеме ДОС применен двух-канальный волноводный фазовращатель ФВ26 (ФВ52), обеспечивающий постоянство разности фаз проходящей и ответвленной волн в НО между выходами 26 и 27 (53 и 54) в рабочем диапазоне частот, без применения в составе его конструкции диэлектрических фазо-сдвигающих клиньев. Принцип работы такого фазовращателя основан на предположении, что два прямоугольных волновода с сечениями каналов а1^Ъ и а2^Ъ и длинами Ь1 и соответственно могут обеспечить постоянство разности фаз Дф в диапазоне длин волн от^ до _/в. Тогда, принимая известными значения а1, а2, и Дф, величины Ь1 и могут быть

определены исходя из следующих соотношений:

и

дф

1 -ЛН2

л

в2

2п 1

Л

и2 = А +Лн2

__л

л

н2

в2

в2

л'

и

1

КЛ Н1

1

л

(3)

н2

Лн1 л

н2 У

Дф 2п

(4)

где ЛН1, ЛВ1, ЛН2, ЛВ2 - длина волны в волноводе с соответствующим поперечным сечением а1^Ъ (а2*Ь) для нижней (/н) и верхней (/в) частот рабочего диапазона.

Очевидно, что в соответствии с выражениями (3) и (4) длину фазовращателя можно определить соотношением размеров широких стенок волноводных каналов а1 и а2. При этом для упрощения реализации топологии ДОС значение а1 лучше всего выбрать равным величине широкой стенки волноводной замедляющей системы. Для согласования канала фазовращателя, имеющего сечение а2*Ь, с подводящими волноводными линиями с сечением а1^Ъ (при а2 - а1 >4.. .5 мм) в конструкции могут быть предусмотрены четвертьволновые трансформаторы.

Волноводная линия задержки, создающая дополнительный фазовый набег на элементах с 28 по 54, из-за частотной зависимости фазовой поправки, вносимой НО (см. рис. 2, 3), не может обеспечить равномерность нарастания фазового фронта на выходах ДОС во всей полосе частот рабочего диапазона. Для устранения этого недостатка, приводящего к росту уровня боковых лепестков суммарной ДН и искажению формы разностной ДН при сканировании в заданном секторе на выходах мостового устройства, применен двухканальный волноводный фазовращатель, рассчитанный в соответствии с формулами (3) и (4). Его исполнение аналогично фазовращателям ФВ26 и ФВ52, установленным на выходах Н026 и Н052. После фазиров-ки ДОС с помощью фазовращателей ФВ, ФВ26 и ФВ52 нелинейность фазового фронта на выходах с 1 по 54 не превысила в рабочем диапазоне частот значения ±2° (рис. 4).

Для устранения скачка фазового фронта между половинами излучающего раскрыва антенны, который связан с неидентичностью

фазовых характеристик ДМ-27-1, ДМ-27-2 и волиоводной линии задержки и обусловлен влиянием допусков изготовления на размер широкой стенки волновода, на входе второй половины ДОС включена волноводная секция фазовой регулировки (СФР), обеспечивающая необходимую регулировку при изменении электрической длины.

В волноводном мостовом устройстве, предназначенном для синфазно-противофаз-ной запитки 27-канальных делителей ДОС, существует возможность перестройки коэффициента деления [8]. Для получения требуемой «глубины нуля» разностной ДН необходима балансировка амплитуд СВЧ-сигналов, подаваемых на ДМ-27-1 и ДМ-27-2 с точностью порядка ±0,1 дБ. Для этого в составе ВМУ предусмотрена волноводная секция амплитуд-

ной регулировки (САР), которая при изменении электрической длины позволяет получить нужное соотношение амплитуд сигналов на выходах устройства с заданной точностью во всем рабочем диапазоне частот.

На основании проведенных расчетов, а также рассмотренных методов компенсации фазовых ошибок и балансировки амплитуд сигналов, подаваемых на ДМ-27-1 и ДМ-27-2, определены основные геометрические размеры ДОС (рис. 5, сплошные линии).

Электродинамическое моделирование

В соответствии с рассчитанной конфигурацией основных элементов (петель ЛЗ, НО, ФВ, ВМУ, САР, СФР и типовых волноводных узлов) для анализа и оптимизации характери-

Ю 0 -10

-20

Л

норм /_

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Номер выхода ДОС Номер выхода ДОС

а б

Рис. 4. Отклонение восстановленного ФР от теоретического линейного после коррекции длин петель линии задержки:

а-с учетом включения в схему фазовращателя ФВ; б-с учетом включения в схему фазовращателей ФВ, ФВ26 и ФВ52 Ь, мм ¡¿5, мм

20 30 Номер НО а

10 20 30 40 50 Номер петли линии задержки ДОС б

Рис. 5. Основные геометрические размеры конфигурации ДОС: а - размеры поперечной и продольной щелей НО: 1 - поперечные щели НО ДМ-27-1; 2 - продольные щели НО ДМ-27-1; 3 - продольные щели НО ДМ-27-2; 4 - поперечные щели НО ДМ-27-2; б - приращения длин (ёБ) регулярных участков волноводных петель замедляющей системы:

1 - петли ДМ-27-1; 2 - петли ДМ 27-2

10 0 -10

-20

| Электроника. Радиотехника |

^фс -

стик схемы методом конечных элементов в специализированном программном пакете [9] разработана трехмерная электродинамическая модель ДОС (рис. 6).

Структура электродинамической модели полностью соответствует предложенной схеме (см. рис. 1) и представляет собой воздушную полость волноводной топологии ДОС с заданными граничными условиями для имитации материала волноводных стенок (алюминиевый сплав ВД-95 с шероховатостью 0,8 мкм), а также волноводных входов и выходов, возбуждаемых основным типом колебаний (Н10).

Для нахождения оптимального положе-

ния сектора сканирования относительно расчетного положения луча, ориентированного по нормали к раскрыву, а также компенсации случайных фазовых ошибок, связанных с конечным уровнем согласования отдельных элементов схемы, итерационным способом произведена дополнительная коррекция длин регулярных участков волноводных петель замедляющей системы в соответствии с формулой (2). Геометрические размеры поперечных и продольных щелей НО также подвергались корректировке при каждом повторном пересчете длин петель для устранения искажений амплитудного распределения, связанных с вза-

и шгш! * и* * ш п ш к I «у титтпттиитми

Петли ЛЗ

ВМУ

Продольная щель

Н-уголок

Поперечная щель

Первичная линия (ЛЗ)

Вторичная линия " (выход ДОС) 2

Поглощающий клинВПН

Волноводное мостовое устройство

Петля ЛЗ

Рис. 6. Электродинамическая модель ДОС

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

А/А0 1,2

0 10 20 30 40 50 Номер выхода ДОС в

град

-МО41-----

0 10 20 30 40 50

Номер выхода ДОС Д

Фаза, град 180

-135

-180

0 10 20 30 40 50 Номер выхода ДОС г

град 10 6 2

-2

-6 -10 -14 -18 -22 -26 -30

0 10 20 30 40 50 Номер выхода ДОС е

-2-Ю4 -4-104 -6-104 -8-Ю4

Рис. 7. Характеристики ДОС, полученные по результатам электродинамического моделирования: а - АмР суммарного канала (точками обозначено теоретическое АмР);

б - ФР суммарного канала; в - АмР разностного канала (точками обозначено теоретическое АмР); г - ФР разностного канала; Д-ФР;

е - отклонение ФР от теоретического линейного; 1- г -2- / -3-/"

Ун? Унорм> Ув

-26 -22 -18 -14 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20 24 28 32 град

Рис. 8. ДН в вертикальной плоскости, восстановленные на основании АФР ДОС, полученного по результатам электродинамического моделирования:

1 - суммарная ДН на частоте^; 2 - разностная ДН на частоте^; 3 - суммарная ДН на частоте/ ; 4 - разностная ДН на частоте/^ 5 - суммарная ДН на частоте/; 6 - разностная ДН на частоте/

имным влиянием НО по основной волне.

Критерием сходимости процесса являлось приближение с заданной точностью рассчитываемого при моделировании АФР на выходах ДОС к теоретическому амплитудному распределению, выбранному для реализации. Это позволило минимизировать значения амплитудных и фазовых ошибок в излучающем £ раскрыве антенны до величин, обеспечиваю™ щих требуемые характеристики ДН. Результа-^ ты расчета размеров поперечной и продольной 1Г щелей НО и приращений длин регулярных £ участков волноводных петель замедляющей

х

< системы, полученные при оптимизации элек-Ц тродинамическои модели на последней итерации, показаны на рис. 5 точками.

о Характеристики ДОС, достигнутые при

со

с оптимизации электродинамической модели, ■= а также восстановленные по ним ДН представ-з- лены на рис. 7 и 8 соответственно. Расчетный уровень КСВН суммарного и разностного вхо-| дов в рабочем диапазоне частот при анализе Й электродинамической модели ДОС не превы-03 силвеличины1,27.

д, Данные, полученные по результатам

£ электродинамического анализа суммарно-разностной ДОС, и практический опыт создания

СМ

антенны 125АС01 [1] позволяют сделать вывод ю о том, что характеристики ДН разрабатывае-

мого антенного устройства в главном сечении в вертикальной плоскости будут практически идентичны характеристикам, восстановленным на основании АФР ДОС, полученного при электродинамическом моделировании (см. рис. 8). Конструктивно-технологическое исполнение

Конструктивно 54-канальная ДОС состоит из двух последовательно соединенных 27-ка-нальных секций, максимальные размеры которых зависят от возможностей технологического оборудования. Каждая секция состоит из двух зеркально-симметричных алюминиевых плит, в которых на станках с ЧПУ про-фрезерована волноводная топология устройства: профиль волновода, окна связи НО и прочие составные элементы схемы (рис. 9).

Стыковка плит производится вдоль поверхности, являющейся плоскостью симметрии внутренних волноводных каналов и перпендикулярной их широкой стенке. После сборки двух плит образуется свернутый синусоидальный волновод, состыкованный по линии нулевых токов. Внутри секций расположены вол-новодное мостовое устройство, волноводная линия задержки змейкового типа (магистральная линия), которая связана через щелевые Т-образные окна связи с вторичными волно-водными линиями и образует 52 направленных

Рис. 9. Конструкция ДОС: 1 - тыльная сторона; 2 - сливной клапан; 3 - система слива конденсата; 4 - дополнительная линия задержки; 5,7- фрезерованная плита; 6 - выход; 8 - фронтальная сторона; 9 - ДМ-27-2; 10 - ДМ-27-1; 11 - САР; 12 - СФР; 13 - силовой фланец

| Электроника. Радиотехника |

^фс -

ответвителя мощности (рис. 10), а также дополнительная волноводная линия задержки, равномерно распределенная по двум секциям ДОС.

В балансных плечах направленных ответ-вителей установлены 52 клина, выполненные из поглощающего состава на основе карбонильного железа и разрезанных для удобства сборки блока по линии стыковки алюминиевых плит.

ДОС имеет два волноводных входа на торцевой стороне (суммарный Е и разностный А), 54 волноводных выхода, расположенных на фронтальной стороне с шагом 70 мм, межсекционную волноводную перемычку (СФР), предназначенную для соединения 27-каналь-ных секций и подстройки фазового фронта, а также регулировочную перемычку (САР), обеспечивающую балансировку амплитуд СВЧ-сигналов, подаваемых на 27-канальные секции.

Волноводная топология ДОС создана на базе волновода с сечением 64,7*17 мм. Входы и выходы устройства выполнены на основе волновода стандартного сечения 72*34 мм. На узкой стенке волноводных каналов магистральной и дополнительной линий задержки блока имеются отверстия диаметром 3 мм, через которые производится отвод конденсата в систему слива. Система слива конденсата располагается на тыльной стороне ДОС и представляет собой шесть продольных трубок, распределенных по поверхности блока и собранных в нижних частях каждой из 27-каналь-ных секций в единый канал. На выходе системы установлен сливной клапан. Секции ДОС соединены изогнутым волноводом, который отсоединяется перед транспортировкой антенны. Стыки плит после сборки герметизируются анаэробным герметиком, а стыки секций -контактными и резиновыми прокладками.

Фрезеровка волноводной топологии и поперечных щелей Т-образных окон связи НО производится с помощью стандартных торцевых фрез. Продольные щели Т-образных окон связи в процессе фрезеровки плит блока прорезаются отработанной специальной оснасткой -грибковой фрезой диаметром 16 мм и толщиной 5 мм. Заход фрезы осуществляется с каждой стороны общей стенки магистрального и вторичного волноводов на глубину 3,5 мм (рис. 11).

Изготовление деталей ДОС на станках с ЧПУ [1] обеспечивает высокую точность и повторяемость расчетных размеров и выходных параметров антенн, что подтверждается многократным изготовлением и измерениями электрических характеристик АР 125АС01 ТРЛК «Сопка-2». Фотографии изготовленных на станках с ЧПУ фрезерованных плит, входящих в состав ДМ-27-1 опытного образца ДОС, представлены на рис. 12. Заключение

Анализ полученных результатов показал, что предложенные усовершенствования известной суммарно-разностной схемы с последовательным питанием излучателей [1] (организация полного вывода мощности на крайние элементы ДМ-27-1 и ДМ-27-2, применение двухканаль-ных фазовращателей и волноводного мостового устройства с регулируемым коэффициентом деления) позволили реализовать на практике плоскую конструкцию волноводной суммарно-разностной ДОС на базе двух фрезерованых половин и устранить необходимость использования в ней оконечных нагрузок. При этом сохра-наняется эффективный коэффициент усиления антенны (за счет снижения потерь в схеме) и обеспечивается требуемое качество ДН в секторе сканирования.

Рекомендации по устранению недостатков моноимпульсной ДОС последовательного типа, рассмотренные в [3] и [5], носят теоретический характер и не затрагивают проблемы изготовления конструкции антенны, оценку ее габаритных размеров, а также особенности устранения фазовых ошибок и амплитудной балансировки половин ДОС с точки зрения технологических процессов. Однако именно эти вопросы необходимо учитывать при применении любых известных типов ответвителей мощности в подобных схемах для обеспечения требуемых выходных характеристик.

На основании проведенных исследований разработана конструкторская документация волноводной суммарно-разностной диаграммообразующей схемы 124АС01, изготовлен работающий в дециметровом диапазоне длин волн опытный образец, испытания которого подтвердили корректность проведен-

Рис. 10. Волноводная топология ДОС: 1 - дополнительная линия задержки; 2 - поглощающий клин; 3 - ВМУ; 4 - Т-образное окно связи НО; 5 - вторичная линия НО; 6 - линия задержки (первичная линия НО)

Рис. 11. Фрезеровка продольных щелей НО: 1 - магистральный волновод; 2 - вторичная волноводная линия; 3 - грибковая фреза; 4 - общая стенка волноводов

Рис. 12. Изготовленные фрезерованные плиты ДМ-27-1

ных расчетов и показали хорошее совпадение экспериментально измеренных характеристик с данными, полученными при электродинамическом моделировании.

Измеренное с помощью векторного анализатора цепей Agilent E50HB АФР на выходах ДОС (при запитке суммарного и разностного входов) соответствует АФР, полученному при моделировании (см. рис. 7), с точностью порядка ± 0,3 дБ и ± 5°. Восстановленные по измеренному АФР характеристики ДН (форма, уровни бокового излучения, ширина и угловые положения) не имеют принципиальных отличий от характеристик ДН (см. рис. 8). Список литературы

1. Трассовый радиолокационный комплекс (ТРЛК) «Сопка-2» [Электронный ресурс]/ URL: http://www.lemz.ru/views/solutions/orvd/ trlkp/sopka (дата обращения 25.11.2015).

2. Бородин Н. Д., Ковалев В. Т., Ленци Ю. И., Немоляев А. И. Волноводно-щелевые антенные g решетки с частотным сканированием II Докл. i XVII науч.-техн. конф. ВНИИРТ. М.: ОАО | «ВНИИРТ», 2007. С. 312-317. |

3. Справочник по радиолокации / под ред. ^ М. Сколника. Т. 2. Радиолокационные антенные | устройства. М.: Советское радио, 1977. 408 с. о

4. Леонов А. И., ФомичевК. И. Моноимпульсная | радиолокация. М.: Радио и связь, 1984. 312 с. ^

I Электроника. Радиотехника |

Tfr -

5. Моноимпульсная антенна с частотным сканированием: патент № 2490760 Российская Федерация / Н. Д. Бородин, М. В. Исаков. Опубл.: 27.08.2013. Бюлл. № 23. 7 с.

6. Сосунов В. А., Шибаев А. А. Направленные ответвители сверхвысоких частот. Саратов: Приволжское книжное издательство, 1964.136 с.

7. Сучков А. В. Волноводный направленный ответвитель с Т-образным элементом связи // Мат. 25-й Междунар. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» КрыМиКо'15. Севастополь, 2015. С. 558-559.

8. Сучков А. В. Волноводное мостовое устройство с регулируемым коэффициентом деления // Мат. 25-й Междунар. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» КрыМиКо'15. Севастополь, 2015. С. 566-568.

9. Гринев А. Ю. Численные методы решения прикладных задач электродинамики: учебное пособие. М.: Радиотехника, 2012. 336 с.

Поступила 25.12.15

Сучков Александр Владимирович - ведущий инженер АО «Научно-производственное объединение

«Лианозовский электромеханический завод», г. Москва.

Область научных интересов: радиолокация, антенны, СВЧ-устройства.

Beamforming arrangement for a monopulse frequency scanning antenna array

In the research we develop a waveguide beamforming arrangement for a monopulse frequency scanning antenna array. We study specifics of the sigma delta arrangement suggested and show the ways of eliminating its characteristic limitations. We consider some issues of structural and technological implementations. As a result, we propose the techniques for numerical analysis and parameter optimisation of the electrodynamic arrangement model.

Keywords:monopu\se antenna array, frequencyscanning, radiation pattern, beamforming arrangement.

Suchkov Aleksandr Vladimirovich - Leading Engineer, Joint stock company Research and Production Corporation "Lianozovo Electromechanical Plant", Moscow.

Research interests: radiolocation, antennas, microwave frequency devices.