Устройство управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в фазированных антенных решетках (ФАР), построенных на ферритовых фазовращателях и с использованием командной системы управления фазовыми сдвигами фазовращателей. Техническим результатом является снижение паразитного взаимовлияния фазовращателей ФАР на средний уровень фона бокового излучения ФАР. Устройство управления фазовым распределением в ФАР содержит ферритовые фазовращатели, формирователи импульсов управления изменяемой длительности, генератор импульсов эталонных временных интервалов, импульсные источники питания, дешифратор адресов, запоминающее устройство, источник внешней информации, при этом в него введены генератор случайных чисел, многоканальный коммутатор стробов тактов, многоканальный коммутатор импульсов управления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в фазированных антенных решетках (ФАР), построенных на ферритовых фазовращателях и с использованием командной системы управления фазовыми сдвигами фазовращателей.

Наиболее близким техническим решением является "Устройство управления фазовым распределением в ФАР" (патент РФ на полезную модель №6947, МПК Н 01 Q 3/26, 1998 г.), содержащее ферритовые фазовращатели с запоминанием фазового сдвига, формирователи управляющих импульсов напряжения изменяемой длительности, число которых равно числу одновременно управляемых фазовращателей, а выход каждого формирователя управляющих импульсов присоединен к управляющему входу соответствующего фазовращателя, генератор импульсов эталонных временных интервалов и дешифраторов адресов, выходы которых соединены с соответствующими входами всех формирователей, а вход - с выходом источника внешней информации. Устройство также содержит запоминающее устройство, информационный выход которого подключен к информационным входам всех формирователей, а первый информационный вход запоминающего устройства, объединенный с информационным входом дешифратора адресов, и второй информационный вход запоминающего устройства связаны соответственно с первым и вторым входами источника внешней информации, кроме того, генератор импульсов эталонных временных интервалов выполнен в виде генераторов периодической последовательности импульсов с частотой следования

где τ_max - максимальное значение длительности управляющих импульсов, при которой у всех фазовращателей устанавливается сдвиг фазы ϕ≥2π,

N_τ - число дискретов квантования длительности τ_max.

В данном устройстве число формирователей равно числу одновременно фазируемых фазовращателей, поэтому при большом числе фазовращателей в ФАР число формирователей становится недопустимо большим и приводит усложнению конструкции ФАР и снижению надежности ее работы.

В известном техническом решении фазовращатели, фазирование на которых осуществляется в первых тактах цикла фазирования ФАР, в последующих тактах подвергаются воздействию паразитных магнитных полей рассеяния, возникающих при фазировании фазовращателей последующих тактов. Воздействие этих паразитных полей приводит к изменению установленной ранее фазы фазовращателя и к росту среднеквадратичной ошибки фазирования ФАР, что, в свою очередь, приводит к появлению дополнительных дифракционных боковых лепестков диаграммы направленности ФАР и росту среднего уровня фона бокового излучения.

Технический результат предлагаемого технического решения направлен на снижение паразитного взаимовлияния фазовращателей ФАР на средний уровень фона бокового излучения ФАР.

Решение технической задачи достигается тем, что устройство управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке содержит ферритовые фазовращатели с запоминанием фазового сдвига, формирователи импульсов управления изменяемой длительности, число которых равно числу одновременно управляемых фазовращателей К

где N - число фазовращателей в антенной решетке; n - число тактов фазирования антенной решетки, генератор импульсов эталонных временных интервалов, выполненный в виде генератора периодической последовательности импульсов с частотой следования

где τ_max - максимальное значение длительности управляющих импульсов, при которой у всех фазовращателей устанавливается сдвиг фазы ϕ≥2π, N_τ - число дискретов квантования длительности τ_max.

Выход генератора импульсов эталонных временных интервалов соединен с первыми входами формирователей импульсов управления.

Импульсные источники питания, число которых равно n.

Дешифратор адресов, выход которого объединен с первым входом запоминающего устройства, и они соединены со вторыми входами формирователей импульсов управления. Первый вход дешифратора адресов соединен с первым выходом источника внешней информации.

Запоминающее устройство, информационный выход которого подключен к третьим информационным входам всех формирователей импульсов управления. Второй информационный вход запоминающего устройства объединен со вторым информационным входом дешифратора адресов, и они соединены со вторым выходом источника внешней информации.

А также предлагаемое устройство содержит генератор случайных чисел, многоканальный коммутатор стробов тактов, число каналов которого равно числу тактов фазирования антенной решетки n, многоканальный коммутатор импульсов управления, число каналов которого равно числу тактов фазирования антенной решетки п.

Выход генератора случайных чисел соединен с управляющими входами многоканального коммутатора импульсов управления и многоканального коммутатора стробов тактов.

Выходы формирователей импульсов управления соединены с входами многоканального коммутатора импульсов управления.

Выходы многоканального коммутатора импульсов управления соединены с первыми выводами управляющей обмотки фазовращателей.

Выходы импульсных источников питания соединены со вторыми выводами управляющей обмотки фазовращателей, выходы многоканального коммутатора стробов тактов соединены с управляющими входами импульсных источников питания, входы многоканального коммутатора стробов тактов соединены с генератором стробов тактов, расположенным в источнике внешней информации.

Генератор случайных чисел может быть выполнен в виде генератора псевдослучайной последовательности чисел с числом комбинаций выходного сигнала, равным n!.

Отличительными признаками от прототипа является то, что в предлагаемое устройство дополнительно введены: генератор случайных чисел, многоканальный коммутатор стробов тактов, число каналов которого равно числу тактов фазирования антенной решетки n, многоканальный коммутатор импульсов управления, число каналов которого равно числу тактов фазирования антенной решетки п.

Выход генератора случайных чисел соединен с управляющими входами многоканального коммутатора импульсов управления и многоканального коммутатора стробов тактов.

Выходы формирователей импульсов управления соединены с входами многоканального коммутатора импульсов управления.

Выходы многоканального коммутатора импульсов управления соединены с первыми вводами управляющей обмотки фазовращателей. Выходы импульсных источников питания соединены со вторыми выводами управляющей обмотки фазовращателей.

Выходы многоканального коммутатора стробов тактов соединены с управляющими входами импульсных источников питания.

Генератор случайных чисел может быть выполнен в виде генератора псевдослучайной последовательности чисел с числом комбинаций выходного сигнала, равным n!.

На чертеже представлена функциональная схема устройства управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке.

Устройство управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке содержит ферритовые фазовращатели 2 с запоминанием фазового сдвига, формирователи импульсов управления изменяемой длительности 5, число которых равно числу одновременно управляемых фазовращателей К

где N - число фазовращателей в антенной решетке;

n - число тактов фазирования антенной решетки.

Генератор импульсов эталонных временных интервалов 6, выполненный в виде генератора периодической последовательности импульсов с частотой следования

где τ_max - максимальное значение длительности управляющих импульсов, при которой у всех фазовращателей устанавливается сдвиг фазы ϕ≥2π, N_τ - число дискретов квантования длительности τ_max.

Генератор импульсов эталонных временных интервалов 6 соединен с первыми входами формирователей импульсов управления 5.

Генератор импульсов эталонных временных интервалов 6 предназначен для формирования во время перестройки ФАР пачки импульсов с числом импульсов N=2^k, где k - число разрядов, используемых для кодировки требуемого сдвига фаз фазовращателей. При шестиразрядном коде пачка содержит шестьдесят четыре импульса.

Импульсные источники питания 3, число которых равно n.

Импульсные источники питания 3 предназначены для формирования импульсов питания положительной полярности длительностью более τ_max и подаваемых на второй вывод обмотки управления фазовращателей 2.

Дешифратор адресов 7, выход которого объединен с первым входом запоминающего устройства 8, и они соединены со вторыми входами формирователей импульсов управления 5. Второй вход дешифратора адресов 7 соединен с первым выходом источника внешней информации 10. Дешифратор адресов 7 предназначен для формирования последовательности кодов адресов и фаз для всех фазовращателей ФАР.

Запоминающее устройство 8, информационный выход которого подключен к третьим информационным входам всех формирователей импульсов управления 5. Первый информационный вход запоминающего устройства 8 объединен со вторым информационным входом дешифратора адресов 7, и они соединены со вторым выходом источника внешней информации 10.

Запоминающее устройство 8 играет роль преобразователя вычисленного для каждого фазовращателя значения кода фазы в код длительности импульса управления, который необходимо подать в обмотку этого фазовращателя.

А также устройство содержит генератор случайных чисел 9, многоканальный коммутатор стробов тактов 1, число каналов которого равно числу тактов фазирования антенной решетки n, многоканальный коммутатор импульсов управления 4, число каналов которого равно числу тактов фазирования антенной решетки п.

Выход генератора случайных чисел 9 соединен с управляющими входами многоканального коммутатора импульсов управления 4 и многоканального коммутатора импульсов питания 1.

Генератор случайных чисел 9 предназначен для формирования случайного числа, предназначенного для управления многоканальными коммутаторами импульсов управления 5 и стробов тактов.

Выходы формирователей импульсов управления 5 соединены с входами многоканального коммутатора импульсов управления 4.

Выходы многоканального коммутатора импульсов управления 4 соединены с первыми выводами обмотки управления фазовращателей 2.

Многоканальный коммутатор импульсов управления 4 предназначен для коммутации импульсов управления на первых выводах обмоток управления фазовращателей 2 в соответствии со значением случайного числа, выработанного генератором случайных чисел 9.

Выходы импульсных источников питания 3 соединены со вторыми выводами обмотки управления фазовращателей 2.

Выходы многоканального коммутатора стробов тактов 1 соединены с управляющими входами импульсных источников питания 3.

Многоканальный коммутатор стробов тактов 1 предназначен для коммутации стробов тактов фазирования ФАР, поступающих из источника внешней информации 10, в соответствии со значением случайного числа, выработанного генератором случайных чисел 9.

Генератор случайных чисел 9 может быть выполнен в виде генератора псевдослучайной последовательности чисел с числом комбинаций выходного сигнала, равным n!, с целью упрощения аппаратной части устройства и возможности определения оптимального фазирования ФАР по комбинациям тактов.

Устройство управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке работает следующим образом.

Время фазирования ФАР разбивается на несколько тактов n длительностью t, причем t≥τ_max. К выходу каждого формирователя импульсов управления 5 через коммутатор импульсов управления 4 подключается n фазовращателей (первые выводы обмоток управления), вторые выводы обмоток управления фазовращателей последовательно по тактам подключаются к источникам питания 3 таким образом, что за один такт происходит фазирование 1/n общего числа фазовращателей в ФАР. Число формирователей в ФАР в этом случае в и раз меньше числа фазовращателей.

В режиме фазирования ФАР вычислитель кодов фаз, входящий в состав дешифратора адресов 7, сначала рассчитывает и записывает в регистр код фазы по углу места:

где λ - длина волны, j - номер фазовращателя по столбцу, dy - шаг антенной решетки по вертикали, θ - угол отклонения луча по углу места.

Затем последовательно для всех фазовращателей строки вычислитель кодов фаз рассчитывает и подает на вход строчно-столбцового сумматора, входящий в состав дешифратора адресов 7, коды фаз по азимуту:

где λ - длина волны, i - номер фазовращаеля по строке, dz - шаг антенной решетки по горизонтали, θ - угол отклонения луча по азимуту.

В сумматоре, входящем в состав дешифратора адресов 7, код фазы по углу места складывается с кодом фазы по азимуту. Суммарный код фазы поступает вместе с кодом адреса в запоминающее устройство 8, где они выполняют функцию адреса для чтения кода фазы, откорректированного с учетом нелинейности фазовременной характеристики фазовращателя. Выбранные из запоминающего устройства 8 значения кодов длительности импульсов управления поступают в регистры памяти формирователя импульсов управления 5. В это же время генератор случайных чисел 9 вырабатывает случайное число, определяющее порядок фазирования по тактам фазовращателей 2, подключенных к данному формирователю импульсов управления. Случайное число имеет вид "ABCD...N" в двоично-десятичном коде, причем порядок следования знаков "А", "В", "С"... в числе случаен и изменяется от одного цикла фазирования к следующему случайным образом, определяет порядок фазирования по тактам, и в числе нет одинаковых знаков. Наиболее часто применяется четырехтактная схема 9 фазирования, при этом разрядность знаков "А", "В", "С", "D" будет равна двум (00, 01, 10, 11).

Случайное число поступает на многоканальные коммутаторы импульсов управления 4 и стробов тактов 1, которые в соответствии со значением случайного числа (порядком следования знаков "А", "В", "С", "D"..."N" в числе) подключают фазовращатели 2 к выходу формирователя импульса управления 4 и строб такта к соответствующему импульсному источнику питания 3. Например, пусть в четырехтактном устройстве в очередном цикле фазирования ФАР генератор случайных чисел 9 выработал случайное число вида "BCDA". Это значит, что в первом такте фазирования будет сфазирован фазовращатель "В", во втором - "С", в третьем - "D", в четвертом - "А". В следующем цикле фазирования ФАР будет выработано другое случайное число, и порядок фазирования фазовращателей 2 будет другим.

В результате такой работы устройства воздействие паразитных магнитных полей рассеяния будет равномерно распределено по всем фазовращателям 2 ФАР. В ФАР не будет отдельных постоянных групп фазовращателей (фазируемых в первых тактах), которые подвергаются повышенному воздействию полей рассеяния. Эти группы вносят основной вклад в появление паразитных дифракционных боковых лепестков и росту среднего уровня фона бокового излучения ФАР за счет регулярного их расположения по поверхности раскрыва ФАР. Согласно проведенным расчетам снижение усредненного по нескольким циклам фазирования ФАР уровня фона бокового излучения составит от 3 до 5 дБ.

1. Устройство управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке, содержащее ферритовые фазовращатели с запоминанием фазового сдвига, формирователи импульсов управления изменяемой длительности, число которых равно числу одновременно управляемых фазовращателей К

K=N/n,

где N - число фазовращателей в антенной решетке;

n - число тактов фазирования антенной решетки;

генератор импульсов эталонных временных интервалов, выполненный в виде генератора периодической последовательности импульсов с частотой следования

F=N_τ/τ_max,

где τ_max - максимальное значение длительности управляющих импульсов, при которой у всех фазовращателей устанавливается сдвиг фазы ϕ≥2π, N_τ - число дискретов квантования длительности τ_max,

выход генератора импульсов эталонных временных интервалов соединен с первыми входами формирователей импульсов управления, импульсные источники питания, число которых равно n, дешифратор адресов, выход которого объединен с первым входом запоминающего устройства и со вторыми входами формирователей импульсов управления, первый вход дешифратора адресов соединен с первым выходом источника внешней информации, запоминающее устройство, информационный выход которого подключен к третьим информационным входам всех формирователей импульсов управления, второй информационный вход запоминающего устройства объединен со вторым информационным входом дешифратора адресов и соединен со вторым выходом источника внешней информации, отличающееся тем, что в него дополнительно введены генератор случайных чисел, многоканальный коммутатор стробов тактов, число каналов которого равно числу тактов фазирования антенной решетки n, многоканальный коммутатор импульсов управления, число каналов которого равно числу тактов фазирования антенной решетки n, при этом выход генератора случайных чисел соединен с управляющими входами многоканального коммутатора импульсов управления и многоканального коммутатора стробов тактов, выходы формирователей импульсов управления соединены с входами многоканального коммутатора импульсов управления, а выходы многоканального коммутатора импульсов управления соединены с первыми выводами управляющей обмотки фазовращателей, выходы импульсных источников питания соединены со вторыми выводами управляющей обмотки фазовращателей, выходы многоканального коммутатора стробов тактов соединены с управляющими входами импульсных источников питания, входы многоканального коммутатора стробов тактов соединены с генератором стробов тактов, расположенным в источнике внешней информации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор случайных чисел выполнен в виде генератора псевдослучайной последовательности чисел с числом комбинаций выходного сигнала, равным n!.