Устройство фазирования трактов антенных решеток

 

Использование: в антенной технике, в частности в фазированных антенных решетках , в радиотелескопах и на станциях космической связи для повышения точности фазирования. Сущность изобретения: устройство фазирования трактов антенных решеток состоит из трех генераторов контрольного сигнала, блока сложения, блока управления, N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные антенну, первый разделительный фильтр, усилитель, фазовращатель, первый, второй, третий направленные ответвители, первый Y-циркулятор, волноводную линию, четвертый, пятый, шестой направленные ответвители, второй Y-циркулятор и второй разделительный фильтр, девять полосовых фильтров, шесть фазометров , вентиль, причем второй выход каждого соответствующего направленного ответвителя соединен через соответствующий полосовой фильтр с первым входом соответствующего фазометра, выходы седьмого , восьмого, девятого полосовых фильтров соединены соответственно со вторыми входами первого, второго, третьего фазометров , а также, соответственно, с первым, вторым, третьим входами первого разделительного фильтра, четвертый вход которого соединен с выходом антенны, третье плечо первого Y-циркулятора соединено с входом вентиля, выход которого соединен с объединенными входами седьмого, восьмого, девятого полосовых фильтров, выходы первого, второго, третьего генераторов контрольного сигнала соединены соответственно со вторыми входами четвертого, пятого, шестого фазометров, а также соответственно с первым, вторым, третьим входами второго разделительного фильтра, третье плечо вто (Л с 00 со ел о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Г

go

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К ABTOPCKOMY CBNQETEJlbCTBY (21) 4750866/09 (22) 16.10.89 (46) 30.05.93. Бюл. ¹ 20 (71) Научно-исследовательский институт радио (72) А.В.Хевролин (56) Авторское свидетельство СССР № 935828, кл. G 01 8 29/10, Н 01 0 21/00, 1980.

Каплан С,А. Элементарная радиоастро.номия. M.: Наука, 1966, с. 80, рис. 14.

У.Христиансен, И.Хегбом. Радиотелескопы. М.: Мир, 1972, с. 136, рис.6.4.

Устройство фазирования трактов антенных решеток.— Авторское свидетельство

СССР ¹ 935828, кл. G 01 R 29/10. 1982.

Модель А.М, Фильтры СВЧ в радиорелейных системах. М.: Наука, 1967, рис,3.3.

Дубинский Б.А., Слыш В.И. Радиоастрономия. М.: Советское радио, 1973, с. 53, рис.2.2.

Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства. M. Советское радио, 1978, рис. 3.4.

Мирский Г.Я, Электронные измерения.

M.: Радио и связь, 1986, рис.4.36.

Белянский П.В., Сергеев Б.Г. Управление наземными антеннами и радиотелескопами, М.: Советское радио, 1980, с. 114, рис.3,14, Там же, с, 89.

Хевролин А.В. "Радиотехника", 1991; №

10.

Способ коррекции времени распространения сигналов в волноводе.— Патент ФРГ № 1943736, кл. Н 01 0 21/00, 1978.

Ардабьевский А.M., Новосартов М.В.

Антенны с электрическим сканированием.

M.: Наука, 1967, с. 115.

Хайкин С.Э. и др. Радиотелескоп РАТАН-600. "Известия Главной астрономической обсерватории", 1972, ¹ 188, с. 3..ЫХ, 1818598 А1 (si)s G 01 R 29/10, Н 01 Q 21/00 (54) УСТРОЙСТВО ФАЗИРОВАНИЯ ТРАКТОВ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК (57) Использование: в антенной технике, в частности в фазированных антенных решетках, в радиотелескопах и на станциях космической связи для повышения точности фазирования. Сущность изобретения: устройство фазирования трактов антенных решеток состоит из трех генераторов контрольного сигнала, блока сложения, блока управления, N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные антенну, первый разделительный фильтр, усилитель, фазовращатель, первый, второй, третий направленные ответвители, первый Y-циркулятор, волноводную линию, четвертый, пятый, шестой направленные ответвители, второй Y-циркулятор и второй разделительный фильтр, девять полосовых фильтров, шесть фазометров, вентиль, причем второй выход каждого соответствующего направленного ответвителя соединен через соответствующий полосовой фильтр с первым входом соответствующего фазометра, выходы седьмого, восьмого, девятого полосовых фильтров соединены соответственно со вторыми входами первого, второго, третьего фазометров, а также, соответственно, с первым, вторым, третьим входами первого разделительного фильтра, четвертый вход которого соединен с выходом антенны, третье плечо первого Y-циркулятора соединено с входом вентиля, выход которого. соединен с объединенными входами седьмого, восьмого,девятого полосовых фильтров, выходы первого, второго, третьего генераторов контрольного сигнала соединены соответственно со вторыми входами четвертого, пятого, шестого фазометров, а также соответственно с первым, вторым, третьим входами второго разделительного фильтра, третье плечо вто1818598 рого Y-циркулятора соединено с соответствующим входом блока сложения, выход которого является выходом устройства, выход каждого фазометра подключен к соответствующему входу блока управления, управляющий вход третьего генератора

Изобретение относится к области антенно-волноводной техники, конкретно к многоэлементным антенным системам, и может быть использовано в радиотелескопах и на станциях космической связи.

Наиболее близкой к предлагаемой системе по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство фазирования трактов антенных решеток, каждый элемент которого содержит последовательно соединенные антенну, амплитудный модулятор и фаэирующий элемент, причем управляющие входы амплитудных модуляторов всех элементов соединены через коммутатор с первым и вторым генераторами контрольного сигнала, выходы всех фазирующих элементов обьединены и соединены с входом амплитудного модулятора, управляющий вход которого соединен с третьим генератором контрольного сигнала, а выход — с входом приемника, выход которого соединен с входами двух демодуляторов, причем выход первогодемодулятора соединен с первым входом блока определения разности фаз, а управляющий вход соединен через формирователь комбинационных частот с первым и вторым генераторами контрольного сигнала, выход второго демодулятора соединен через блок выделения гармоник со вторым входом блока определения разности фаз, а управляющий вход соединен с третьим генератором контрольного сигнала. Формирование осуществляется ЭВМ с помощью управления работой фазирующих элементов в соответствии с фазовыми ошибками, определяемыми при помощи блока определения разности фаэ. Фазирование антенн осуществляется попарно, остальные антенны при этом не отключаются от приемника, что обеспечивает высокий уровень принимаемого сигнала от дальнего космического объекта..

На фиг.1 показана структурная схема указанного известного устройства. Оно состоит из отдельных элементов, каждый элемент состоит из последовательно соединенных антенны 01, амплитудного моконтрольного сигнала подключен к соответствующему выходу блока управления, фазовращатель выполнен в виде управляемой линии задержки, управляющий вход которой подключен к соответствующему выходу блока управления. 4 ил. дулятора 02, фазирующего элемента 03, выходы которых соединены с входами блока

015 сложения, выход которого соединен с входом амплитудного модулятора 04, выход

5 которого соединен с входом приемника 05, выход которого соединен с входами демодуляторов 06 и 07; генераторов 08 и 09 контрольного сигнала, соединенных через коммутатор 010 с управляющими входами

10 амплитудных модуляторов 02, а также соединенных с входами формирователя 011 комбинационных частот, выход которого соединен с управляющим входом демодулятора 06; третьего генератора 012

15 контрольного сигнала, соединенного с управляющими входами амплитудного модулятора 04 и демодулятора 07; блока 013 определения разности фаз, первый вход которого соединен с выходом демодулятора

20 06, второй вход — с выходом блока 014 формирования гармоник, вход которого соединен с выходом демодулятора 07, причем сигнал с выхода блока 013 определения разности фаз подается на ЭВМ, работа фазиру25 ющих элементов 03 и коммутатора 010 управляется ЭВМ, фазирующие элементы

03 выполнены в виде управляемых фазовращателей.

Известное устройство работает следую30 щим образом.

С помощью коммутатора 010 генератор

08 контрольного сигнала подключается к управляющему входу амплитудного модулятора 02 одного из элементов, генератор 09

35 контрольного сигнала точно так же подключается к управляющему входу амплитудного модулятора 02 другого элемента. В результате принимаемый антеннами этих элементов сигнал будет промодулирован по

40 амплитуде низкочастотным колебанием с частотой соответственно Fl и F2, генерируемой соответствующим генератором. Далее принятый всеми элементами сигнал суммируется и в амплитудном модуляторе 04 мо45 дулируется по амплитуде низкочастотным. колебанием с частотой F3, генерируемой генератором 012 контрольного сигнала. В приемнике 05 сигнал усиливается и детекти1818598 руется с помощью квадратичного детектора, в результате на выходе приемника 05 появляются комбинационные составляющие частот F1, F2, FÇ. Эти составляющие подаются на когерентные демодуляторы 06 и 07. На управляющий вход демодулятора

06 подается колебание с комбинационными частотами И + F2, формируемыми с помощью формирователя 011, демодулятор . демодулирует эти составляющие сигнала, с его выхода сигнал подается на блок 013 определения разности фаз. На управляющий вход демодулятора 07 подается колебание с частотой FÇ, он будет демодулировать эту составляющую сигнала. С его выхода сигнал через блок 014 формирования а гармоник подается на блок 013, который выдает сигнал ошибки, зависящий от разности фаз поступающих сигналов. С помощью фазирующих элементов 03 фазовые ошибки компенсируются. После этого с помощью коммутатора 010 колебания с частотами Р1 и F2 подаются на амплитудные модуляторы

02 другой фазируемой пары антенн. Каждый раз сигнал, принимаемый при прохождении источника через лепестки диаграммы направленности фазируемой пары антенн, будет промодулирован низкочастотным колебанием с частотами F1 и F2 и выделен и общего сигнала, принимаемого при прохождении источника через лепестки диаграммы направленности всей антенной системы и промодулированного низкочастотным колебанием о частотой FÇ.

Однако указанное устройство фазирования трактов антенных решеток неработоспособно при приеме космических сигналов малого уровня, т,е. меньшего, чем уровень помех и шумов, поскольку при этом возникают в детекторе и блоке формирования гармоник значительные нелинейные искажения принимаемого сигнала, что приводит к нарушению процесса фазирования. В результате фазирование принимаемого сигнала осуществляется с большими ошибками, не позволяющими получить синфазного сложения сигнала от всех антенн, а следовательно, — и необходимой чувствительности устройства flpl4 приеме слабых космических сигналов.

Целью изобретения явл-.. тся повышение точности фазирования.

На фиг.2 показана структурная схема одного элемента предлагаемого устройства; на фиг.3 — схема подключения ЭВМ к антенной системе; на фиг,4 — блок-схема алгоритма работы блока управления, на фиг.1 — структурная схема устройства-прототипа.

30 27, девятого полосового фильтра 28, четвер35

55

Предлагаемое устройство содержит антенну 1, первый разделительный фильтр 2, усилитель 3, фаэовращатель 4, первый направленный ответвитель 5, второй направленный ответвитель 6, третий направленный ответвитель 7, первый Y-циркулятор 8, первый полосовой фильтр 9, второй полосовой фильтр 10, третий полосовой фильтр 11, четвертый полосовой фильтр f2, пятый полосовой фильтр 13, шестой полосовой фильтр 14, первый фазометр 15, второй фазометр 16, третий фазометр 17, второй разделительный фильтр 18, блок сложения

19, вентиль 20, волноводную линию 21, четвертый направленный ответвитель 22, пятый направленный ответвитель 23, шестой направленный ответвитель 24, второй Уциркулятор 25, седьмой полосовой фильтр

26, восьмой паласовой фильтр 27, девятый полосовой фильтр 28, четвертый фазометр

29, пятый фазометр 30, шестой фазометр 31, первый генератор 32 контрольного сигнала, второй генератор 33 контрольного сигнала, третий генератор 34 контрольного сигнала, блок 35 управления.

Первый, второй и третий входы первего разделительного фильтра 2 соединены.соответственно с выходами седьмого полосового фильтра 26, восьмого полосового фильтра тый вход — с выходом антенны 1, а выход— с входом усилителя 3, выход которого соединен с входом фазовращателя 4, выход которого подключен к последовательно соединенным первому направленному ответвителю 5, второму направленному ответвителю 6, третьему направленному ответвителю 7, вторые входы которых соединены соответственно через первый поло- . совой фильтр 9, второй полосовой фильтр

10, третий полосовой фильтр 11 с пербыми входами первого фазометра 15, второго фазометра 16, третьего фазометра 17, вторые входы которых соединены соответственно через седьмой полосовой фильтр 26 восьмой полосовой фильтр 27, девятый полосовой фильтр 28 с выходом вентиля 20, первое плечо первого Y-циркулятора 8 соединено с первым выходом третьего направленного ответвителя 7, второе плечо — с входом волноводной линии 21, третье плечо — с входом вентиля 20, выход волноводной линии 21 соединен с последовательно соединенными четвертым направленным ответвителем 22, пятым направленным ответвителем 23, шестым направленным ответвителем 24, вторые входы которых соединены соответственно через четвертый полосовой фильтр 12, пятый полосовой фильтр 13, шестой полосовой фильтр 14 с первыми входа1818598 ми четвертого фазометра 29, пятого фазо- метра 30, шестого фазометра 31, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого генератора 32 контрольного сигнала, второго генератора 33 контрольного сигнала, третьего генератора 34 контрольного сигнала, первое плечо второго Y-циркулятора 25 соединено с первым выходом шестого направленного ответвителя 24, второе плечо — с выходом второго разделительного фильтра 18, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого генератора 32 контрольного сигнала, второго генератора 33 контрольного сигнала, третьего генератора 34 контрольного сигнала, третье плечо — с соответствующим входом блока 19 сложения, выход которого является выходом устройства, выходы всех упомянутых фазометров соединены с соответствующими входами блока 35 управления, управляющие входы фазовращателя 4 и третьего генератора 34 контрольного сигнала соединены с соответствующими выходами блока 35 управления.

Разделительные фильтры 2 и 18 предназначены для объединения поступающих на их входы сигналов, при этом все их входы развязаны между собой. Они представляют собой волноводные разделительно-полосовые фильтры, работающие на объединение сигналов, причем для развязки входов используются широкополосные фазовращатели или циркуляторы (4). В качестве усилителя 3 может использоваться любой малошумящий усилитель, характеристики которого отвечают требуемым. Он необходимо для обеспечения возможности приема слабого сигнала. Фазовращатель 4 выполнен в виде управляемой линии задержки (например, ультразвуковой) и предназначен для обеспечения синфазного сложения сигналов от всех антенн в блоке 19 сложения в широком диапазоне частот. В качестве полосовых фильтров используются высокодобротные неперестраиваемые фильтры, выполненные по схеме Юзвинского. Блок 19 сложения реализуется с помощью волноводных мостов (5). Генераторы 32 и 33 контрольного сигнала представляют собой неперестраиваемые генераторы гармонического сигнала с кварцевой стабилизацией частоты. Генератор 34 контрольного сигнала представляет собой высокостабильный синтезатор частот со ступенчатым переключением рабочей частоты по команде от блока 35 управления (6). Фазометры реализуются в виде цифровых фазометров с понижением частоты (7). Прочие устройства

55

45 представляют собой стандартные СВЧ-узлы.

Устройство работает следующим образом.

Принимаемый антенной 1 сигнал, пройдя через весь волноводный тракт, поступает в блок 19 сложения, где складывается с сигналами, принятыми другими антеннами, и далее поступает к радиоприемному устройству, При прохождении через волноводный тракт сигнал усиливается в усилителе 3 и задерживается в фазовращателе 4 так, чтобы в блоке 19 сложения сигналы от всех антенн складывались синфазно на всех частотах в пределах полосы сигнала. Однако при прохождении через тракт сигнал испытывает фазовые искажения, вызванные нестабильностью фазовой характеристики усилителя 3 и фазовращателя 4, возникающие вследствие колебаний температуры и влияния внешних полей, что нэ СВЧ существенно нарушает синфазность сложения сигналов в блоке 19 сложения. Кроме того, вследствие теплового расширение изменяется длина волноводной линии 21, причем на СВЧ изменение длины может в несколько раз превышать длину волны. Для обеспечения нормальной работы устройства все фазовые ошибки должны быть полностью скомпенсированы.

Компенсация фазовых ошибок в предлагаемом устройстве производится с помощью контрольного сигнала. Контрольный сигнал представляет собой сумму трех гармонических колебаний с частотами F1, F2, F3. Все частоты близки к нижней или верхней границе рабочей частоты принимаемого сигнала, но вне рабочей полосы. Частота FÇ может изменяться в небольших пределах.

Колебание с частотой F1 генерируется первым генератором 32 контрольного сигнала, с частотой F2 — вторым генератором 33 контрольного сигнала, с частотой FÇ вЂ” третьим генератором 34 контрольного сигнала. Колебания объединяются с помощью второго разделительного фильтра 18, далее переходят из второго в первое плечо второго Yциркулятора 25 и проходят по волноводной линии 21 до первого Y-циркулятора 8, где переходят из второго в третье плечо, вновь разделяются с помощью полосовых фильтров, Седьмой полосовой фильтр 26 пропускает колебание с частотой F1, восьмой полосовой фильтр 27 — с частотой F2, девятый полосовой фильтр 28 — с частотой FÇ.

Вентиль 20 поглощает отраженные от входов фильтров сигналы, не допуская их попадания в волноводный тракт, иначе они могли бы нарушить нормальную работу устройства. С выхода полосовых фильтров 26, 27, 28

1818598

10 сигналы попадают на входы фазометров 15, 16, 17, а также после объединения в первом разделительном фильтре 2 — на вход волноводного тракта. Далее прошедшие на вход волноводного тракта колебания контроль- 5 ного сигнала частично ответвляются на другие входы фазометров 15, 16, 17. Первый направленный ответвитель 5 и первый полосовой фильтр 9 ответвляет сигнал с частотой

F1, второй направленный ответвитель 6 и 10 второй полосовой фильтр 10-с частотой F2, третий направленный ответвитель 7 и третий полосовой фильтр 11 — с частотой F3.

Аналогично колебания контрольного сигнала-ответвляются на входы четвертого фазо- 15 метра 29.(с частотой F1), пятого фазометра

30 (с частотой F2). шестого фазометра 31 (с частотой F3). Остальная часть контрольного сигнала проходит в радиоприемное устрой- . ство, где подавляется режекторными филь- 20 трами. Заметим, что на обоих входах каждого фазометра сигналы имеют одина- ковую частоту.

Управление антенной системой произ- 25 водится с помощью 3ВМ, например типа

"Минск-32", которые обычно применяются для управления работой больших радиоте лескопов и обработке получаемой информации. Машине приданы коммутаторы, 30 управляющие входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов,, имеющегося в машине, а также цифроаналоговые преобразователи, входы которых подключены к соответствующим выходам 35 выходного коммутатора, а выходы — к.приводным устройствам антенн. По заданным экваториальным координатам объекта для каждого момента времени определяются его горизонтальные координаты: высота 40 а и азимут р, а также осуществляется сопро. вождение объекта отдельными антеннами по алгоритму, используемому в радиотелескопах. Одновременно рассчитанные значения а и Р подаются в блок 35 управления 45 каждого антенного элемента в качестве исходных данных для фаэирования. Поскольку величины а и р непрерывно изменяются вследствие вращения Земли, то их новое значение определяется через каждые 0,1 с, 50 при этом точность сопровождения будет не хуже 0.8", что соответствует ширине диаграммы направленности крупнейших антенных систем. Точность сопровождения значительно повысится, если значения аи 55

Р будут изменяться плавно путем линейной или квадратичной интерполяции, как это сделано в наиболее крупных радиотелескопах.

Проверка правильности установления времени задержки производится с помощью фаэометров 15, 16, 17. С их же помощью компенсируется нестабильность фазовой характеристики усилителя 3. С помощью фазометров 29, 30, 31 компенсируется ошибка, связанная с изменением длины волноводной линии. На основании фазовых сдвигов, определяемых фазометрами, определяется время прохождения сигналов по волноводному тракту.

Сдвиг фаз сигналов, поступающих на входы фазометра, равен шт. Здесь иугловая частота сигнала, t — время задержки сигнала. Однако фаэометр измеряет сдвиг фаз эа вычетом целого числа 2 а Отсюда имеем р = N t - 2ж и, где p — сдвиг фаз, измеренный фазометром, n - целое число.

Поскольку и неизвестно, определить t с помощью одного фазометра невозможно. Для двух частот и двух фазометров получаем систему уравнений: р1 =m>t -2 ап1

pl =щ 2t — 2жп2

Здесь 4 множитель, учитывающий изменение фаэовой скорости волны в волноводе при изменении частот, его значение известно. Тогда получаем систему двух линейных уравнений с тремя неизвестными: t. п1, п2.

Такая система не имеет однозначного решения, Но если nt - пз,. то t можно определить

1 однозначно по формуле t

Ы1 602 kz

Чтобы выполнялось условие п1 nz частоты со1 и а2 должны быть близки. Однако обойтись двумя близкими. частотами можно лишь теоретически, поскольку точность измерения сдвигов фаэ ограничена.

Ориентировочная длина вол новодного тракта известна, Максимальное время задержки сгинала в фазовращателе также известно: оно не будет превышать максимал ьного времени распространения сигнала по волноводному тракту. Поэтому, частоты в и ац должйы быть такими, что-: бы максимальная разность сдвигов фаз (pi - была близка к л, не превышая эту величину. Если максимальное время распространения сигнала равняется Tm, à его фазовая скорость в волноводном тракте v, то эквивалентная длина тракта r-= -v7m. При этом должно выполняться условие

2 л ч ц л2 2 — = —, где длины волн

Ж1

Ë2 = — . Тогда t = Tm

NZ Ж .Если погрешность измерения разности фаз фазометром hp, то погрешность определения времени задержки по двум контроль1818598 ным частотам At Тп — "- . Чтобы ее

Ди>

Л уменьшить, надо ввести третью контроль2х ную частоту Щ1 = щ1 + —. С помощью изЕЪt мерения величины рз — р1 погрешность измерения времени задержки значительно

Са -Щ1 К уменьшается. Г1оскольку — -, то

Ф2 В1

Ж величина Л t уменьшается в — раз.

Затем аналогично вводится четвертая контрольная частота щ4, при этом

Щ4. Щ1 Л, а погрешность At уменьшат — Щ1 2е

Л ется еще в — раз, и так далее, пока результирующая погрешность At не станет меньше периода полезного сигнала. При этом разность между крайними контролька ными частотами будет около щ1, а всего контрольных частот потребуется около

1п („„.) — н — . Прн атон будет однозначно onlA () ределено время задержки сигнала с точностью до долей периода полезного сигнала.

Например, если максимальная длина волноводного тракта составляет 5 км, рабочая длина волны 8 мм, а исходная контрольная частота 30 ГГц, точность измерения сдвигов фаз фазометрами не хуже 9, то значения контрольных частот будут 30;

30,00003; 30,0006; 30,012; 30,24; 34,8 ГГц.

Легко видеть, что значения контрольных частот, кроме последних двух. отличаются друг от друга меньше чем на 102 „С помощью двух последних контрольных частот определяются небольшие изменения электрической длины волноводного тракта, которые происходят непрерывно, а потому нуждаются в непрерывном контроле. С помощью остальных контрольных частот определяются более существенные изменения электрической длины тракта, которые происходят медленно, а поэтому допускают эпизодический контроль. В связи с этим целесообразно использовать только три генератора KOHTpoëüíoãо сигнала, Первый генератор контрольного сигнала генерирует последнюю контрольную частоту, второй генератор контрольного сигнала генерирует предпоследнюю контрольную.частоту, а третий генератор контрольного сигнала генерирует поочередно остальные контрольные частоты.

Заметим, что большой точности в определении значений контрольных частот не требуется, поэтому при определении контрольных частот можно не учитывать диспер5 сию фазовых скоростей в волноводном тракте. При определении времени распространения сигнала IlO линии дисперсия фазовых скоростей может быть учтена с помощью поправочных коэффициентов. В

10 длинных волноводных трактах дисперсия фазовых скоростей обычно компенсируется, что предотвращает возможные искажения сигнала и значительно повышает точность фазирования.

15 Блок 35 управления предназначен для управления работой устройства. В его функции входит обработка данных, поступающих от ЭВМ и от фазометров, а также управление работой третьего генератора 34

20 контрольного сигнала и работой фазовращателя 4. В состав блока 35 управления входит быстродействующий микропроцессор, а также счетчик тактовых импульсов и устройство управления фазовращателем.

25 На информационные входы блока 35 управления подаются управляющие сигналы от ЭВМ, а также цифровые информационные сигналы с выходов всех фазометров.

Эти сигналы поступают з микропроцессор.

30 Счетчик тактовых импульсов периодически переключает третий генератор 34 контрольного сигнала, изменяя частоту генерируемого им колебания и одновременно передавая вмикропроцессор инфармацию о том,,ка35 кую контрольную частоту в данный момент времени генерирует третий генератор 34 контрольного сигнала.

На основании поступающих данных микропроцессор рассчитывает величину

40 времени задержки, на которую надо в данном антенном элементе задержать сигнал в фазовращателе 4, чтобы сигналы от всех антенн складывались в блоке 19 сложения синфазно, а затем с помощью устройства

45 управления фазовращателем устанавливается указанную величину времени задержки . на фазовращателе 4.

Микропроцессор блока 35 управления работает по следующему алгоритму (фиг.3):

50 1. На основании результатов измерения сдвигов фаз фазометрами определяются величины сдвигов фаз на всех контрольных частотах после прохождения контрольного сигнала через антенный блок (то есть через

55 усилитель 3 и фазовращатель 4, поскольку остальные СВЧ устройства антенного блока практически не вносят фазовых искажений) о1, pz... р, и после прохождения сигнала через антенный блок с двухкратным про1818598 хождением по волноводной линии 21 (в обе стороны) ф, Я... ф, .

2. Определяется время прохождения сигнала от одного входа фазометрэ до друГОГО. t1 = — = — — —, t2 — —, Где k2

k2 N2 ш1 k2 С02 С01 — коэффициент, учитывающий различие фазовых скоростей волн на разных частотах.

3. Уточняется вычисленное время задержки по данным о фазовых сдвигах на других частотах по рекурентной формуле

k Cuk — В1

t2 = t2+ а С вЂ” В1

Здесь t1 — время прохождения сигнала через антенный блок, t2 — время прохождения сигнала через антенный блок и двукратное по волноводной линии, k — индекс, изменяющийся от 3 до и.

4. Вычисляется время прохождения сигнала от антенны до первого циркулятора

T1 = t1+ т1, где r1 — постоянная величина, определяемая в ходе предварительной юстировки антенной системы, которая учитывает разницу во времени прохождения принимаемого сигнала от антенны до первого циркулятора и контрольного сигнала от одного входа фазометров 15, 16, 17 до другого. Эта величина практически неизменна, поскольку нестабильность фазовых характеристик здесь существенна лишь у усилителя 3. фазовращателя 4 и волноводной линии 21.

5. Определяется время прохождения сигнала от антенны до блока сложения

t2 <1

Т2- — + т2 — — + T1, где r2 — величина кото2 2

1 рая, аналогично r1, учитывает несовпадение во времени прохождения принимаемого и контрольного сигналов. В формуле учтено, что принимаемый сигнал проходит по волноводной линии один раз, а контрольный — два раза.

6. Определяется требуемое время задержки сигнала в тракте для обеспечения синфазности сложения по формуле тз=соза сов (P-у„)+т, Im где rm u ym — полярные координаты данной антенны относительно некоторой точки, принятой за исходную для всех антенн системы, с — скорость света, Т вЂ” некоторая постоянная величина, равная примерно максимальному времени прохождения сигнала по волноводной линии. Величина Т одинакова для всех антенн системы и введена для того, чтобы требуемое время задержки в фазовращателе 4 всегда было положительным.

5 7. Определяется величина AT = Тз — T2, на которую следует изменить время задержки в фазовращателе 4 по сравнению с ранее установленным.

В результате все фазовые ошибки будут

10 скомпенсированы. Благодаря компенсации фазовых ошибок антенная система может работать в СВЧ-диапазоне и име. ь большой разнос антенн, что было бы невозможным без компенсации фазовых ошибок. Предло15 женное устройство обеспечивает фазирование с большой точностью при наличии шумов и помех большого уровня.

В качестве базового объекта выбрана антенная система переменного профиля ра20 диотелескопа РАТАН-600, которая является лучшей из созданных в СССР и за рубежом фазированных многоэлементных антенн. В этой антенной системе осуществляется механическое фазирование путем поворота и

25 перемещения отдельных отражающих щитов по команде от ЭВМ, Сама антенная система представляет собой антенну переменного профиля, состоящую из расположенных по кольцу диаметром 576 метров

30 щитов Оазмером 2 х 7 м с общей площадью

1000 м .

Перед заявляемым устройством антенная система радиотелескопа PATAH-600 имеет те же недостатки, что и.любая другая

35 антенна переменного профиля. Это ограничение по диаметру из-за ограниченной геодезической точности расстановки отражающих щитов(около 10 минимальной длины волны), ограничение ширины полосы

40 сигнала, малый коэффициент использования поверхности из-за экранирования щитов другими щитами, большой объем геодезических и строительных работ.

Антенная система с предложенным уст45 ройством фазирования тракта не имеет геодезических ограничений по диаметру, широкополосна, имеет больший коэффициент использования поверхности, требует меньшего Обьема геодезических и строи50 тельных работ, имеет меньшую стоимость при тех же технических параметрах, а также большее быстродействие благодаря перехода к электрическому фазированию. На основе предложенного устройства будут

55 созданы многоэлементные антенные системы с такой чувствительностью, разрешающей способностью и помехозащищенностью, которые недостижимы при использовании антенны, базовоГО OGb8KTQ.

1818598

Инцориацця g

pmeocrvu pm

Формула изобретения

Устройство фазирования трактов антенных решеток, состоящее из трех генераторов контрольного сигнала, блока сложения, блока управления, N каналов, каждый из которых содержит антенну и фаэовращатель, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повывышения точности фазирования, в каждый канал введены последовательно соединенные первый разделительный фильтр и усилитель, последовательно соединенные первый, второй, третий направленные от. ветвители, первый Y-циркулятор, волноводная линия, четвертый, пятый, шестой направленные ответвители, второй Y-циркулятор и второй разделительный фильтр, вентиль, девять полосовых фильтров, шесть фазометров, второй выход каждого соответствующего направленного ответвителя через соответствующий полосовой фильтр соединен с первым входом соответствующего фазометра, выход которого подключен к соответствующему входу блока управления, а второй вход первого, второго, третьего фазометров соединен соответственно с выходом седьмого, восьмого, девятого полосовых фильтров, а также соответственно с первым, вторым, третьим входами первого разделительного фильтра, четвертый вход

5 которого подключен к выходу антенны, второй вход четвертого, пятого, шестого фаэометров подключен соответственно к выходу первого, второго, третьего генераторов контрольного сигнала, а выход соответствую10 щего генератора контрольного сигнала подключен к соответствующему входу второго разделительного фильтра, третье плечо первого Y-циркулятора соединено с входом вентиля, выход которого соединен с объеди15 ненными входами седьмого, восьмого, девятого полосовых фильтров, а третье плечо второго Y-циркулятора подключено к соответствующему входу блока сложения, выход которого является выходом устройства, при

20 этом фаэовращатель выполнен в виде управляемой линии задержки, выход которой соединен с первым входом первого направленного ответвителя, а вход — с выходом усилителя, причем управляющий, вход

25 третьего генератора контрольного сигнала соединен с соответствующим выходом блока управления. к двнгателян опорно-доворотыпс устройств антенн

Фиг.5

1818598

Составитель А.Хевролин

Техред M,Moðãåíòàë Корректор С.Лисина

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1937 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5