Экспериментальное подтверждение характеристик малогабаритных кластеризованной и разреженной антенных решеток для систем с электронным сканированием

Постановка проблемы. Кластеризация антенных решеток традиционно рассматривается как компоновочный способ сокращения числа приемопередающих модулей. Однако для активных фазированных антенных решеток (АФАР), реализующих широкоугольное электронное сканирование, кластеризация представляет собой не только компоновочную, но и электродинамическую задачу, которая заключается в получении допустимого замещения части независимых каналов групповыми двухэлементными излучающими подсистемами с сохранением радиотехнических характеристик. Корректность такого замещения должна быть подтверждена сохранением характеристик суммарной и разностной диаграмм направленности (ДН), что особенно критично для моноимпульсных АФАР.

Цель. Провести демонстрацию процедуры аналитического синтеза кластеризованной структуры печатной антенной решетки на основе кластеров типа «домино» с ограничением локальной регулярности фазовых центров, а также выполнить валидацию используемого подхода путем электродинамического моделирования и экспериментальных измерений изготовленных образцов антенных решеток.

Результаты. Для базовой прямоугольной апертуры получена конфигурация антенной решетки, содержащая 97 двухэлементных кластеров. Отмечено, что после вписывания в круглую апертуру диаметром 10λ структура состоит из 86 управляемых кластерных каналов. Выполнено полное электродинамическое моделирование одиночного излучателя, горизонтального и вертикального кластеров, а также решетки в целом. Путем сравнения заполненной, кластеризованной и разреженной решеток показано, что кластеризация занимает промежуточное положение по коэффициенту усиления и обеспечивает энергетический выигрыш относительно разреженной решетки при равном числе дискретных каналов в основной части сектора электронного сканирования. При экспериментальных измерениях изготовленных печатных антенных решеток подтверждено сохранение суммарных и разностных ДН в осевом режиме излучения.

Практическая значимость. Полученные результаты применимы при проектировании моноимпульсных АФАР с широкоугольным электронным сканированием. Кластеризация обеспечивает сокращение числа приемопередающих модулей без деградации суммарной и разностной ДН в осевом режиме и дает энергетическое преимущество в секторе электронного сканирования над разреженной решеткой при том же числе каналов, что позволяет снизить стоимость и массу системы при сохранении допустимых радиотехнических характеристик.