Многочастотная антенная решетка для формирования последовательности импульсных сигналов в пространстве

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в радиолокации, в системах связи и других устройствах, в которых используются последовательности радиоимпульсов. Техническим результатом является повышение излучаемой импульсной мощности. Сущность изобретения состоит в том, что в устройство, состоящее из системы формирования когерентной сетки частот и излучающих элементов, дополнительно введена зонированная зеркальная антенна, оптически связанная с излучающими элементами таким образом, что они выполняют роль облучателя. Элементы зонированного зеркала сдвинуты один относительно другого, чтобы скомпенсировать разницу во времени попадания максимума сигнала на эти элементы для отраженного от них сигнала. 5 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в радиолокации, в системах связи и других устройствах, в которых используются последовательности радиоимпульсов.

Известные устройства - «Антенная решетка со схемами связи» [1] и «Антенна с электронным сканированием луча» [2].

Прототипом изобретения по технической сущности является сканирующая антенна [3], схема которой приведена на фиг.1. Известное устройство состоит из системы формирования когерентной сетки эквидистантно расстроенных частот (1) и линейной эквидистантной антенной решетки (АР), состоящей из N излучающих элементов (2), соединенных с этой системой. Причем частоты сигналов по элементам решетки от 1-го до N располагаются в порядке возрастания или убывания частоты, а величина дискрета частоты Δf между соседними элементами ΔР является постоянной величиной. При этом скорость изменения разности фаз в элементах АР будет пропорциональна 2πiΔf рад/с, где i - номер элемента решетки.

Наличие на элементах решетки переменной фазы с постоянным приращением приведет к сканированию диаграммы направленности в пространстве. Скорость сканирования можно оценить следующим соотношением:

где δ=ΔF_max/f₀ - относительная полоса частот;

f₀ - средняя частота сигнала;

ΔF_max - ширина полосы многочастотного сигнала;

D - линейный размер решетки;

Θ₀ - угол отклонения от нормали к оси решетки.

Интенсивность суммарного сигнала, создаваемого АР, состоящей из изотропных элементов, в любой точке пространства может быть определена следующим соотношением [4]:

где - сигналы, излучаемые j-ым и m-ым элементами решетки соответственно;

- комплексные передаточные функции среды распространения от j-го и m-го элементов решетки до заданной в пространстве точки;

N - число элементов решетки;

ψ_j, ψ_m - начальные фазы сигналов, излучаемых элементами решетки;

ψ_Гj=k_jr_j, ψ_Гm=k_mr_m - набеги фазы на трассе распространения сигналов от j-го и m-го элементов решетки до заданной в пространстве точки;

k_j, k_m - волновые числа;

r_j, r_m - расстояние от j-го и m-го элементов решетки до заданной в пространстве точки;

ω_j, ω_m - циклические частоты сигналов, излучаемых j-м и m-м элементами решетки.

На фиг.2 показано как изменяется интенсивность сигнала, сформированного известным устройством на дальности от центра решетки R=3 м в диапазоне углов ±0,3 рад к оси решетки в зависимости от времени t. Расчеты выполнены при следующих начальных условиях: N=11; D=0,3 м; f₀=8,5·10⁹ МГц. Частоты сигналов, излучаемых элементами решетки, увеличиваются от первого элемента к N-ому, а величина дискрета по частоте между соседними элементами составляет Δf=700 МГц. Таким образом излучается сигнал в полосе от 5·10⁹ МГц до 12·10⁹ МГц.

Как следует из полученного распределения, данное устройство обеспечивает регулярный обзор пространства, причем частота повторения этого обзора соответствует частоте дискрета Δf.

На фиг.3 показана огибающая сигнала, сформированного рассмотренным выше устройством, в четырех различных направлениях на дальности R=3 м.

Целью изобретения является повышение излучаемой импульсной мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, состоящее из системы формирования когерентной сетки частот (1) и излучающих элементов (2), дополнительно введено зонированное зеркало. Известное устройство при этом выполняет роль облучателя этой антенны.

На фиг.4 приведена структурная схема предложенного устройства. На фиг.5 показана структурная схема этого устройства, но зонированное зеркало изображено в сечении. Устройство работает следующим образом. Максимум сигнала, сформированного в пространстве излучающими элементами (2) и системой формирования когерентной сетки частот (1), последовательно проходит через все элементы зонированного зеркала (3). Разница во времени в попадании максимума на соседние зоны, угол между центрами которых Θ[рад], определяется как τ_з=Θ/V_ск [с]. Элементы зонированного зеркала сдвинуты относительно друг друга таким образом, что компенсируют эту разницу во времени для сигнала отраженного от них. В результате зонированное зеркало излучает в пространство энергию, собранную (аккумулированную) за время прохода максимума сигнала, сформированного в пространстве излучающими элементами (2) и системой формирования когерентной сетки частот (1), через всю апертуру зеркала (3).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1. Антенная решетка со схемами связи. Заявка №2397722, Франция, публикация 1979 г., 16 марта.

2. Антенна с электронным сканированием луча. Заявка №1558794, Великобритания, публикация 1980 г., 9 января.

3. Сканирующая антенна. Заявка №2153076, Франция, публикация 1973 г., 1 июня.

Устройство формирования мощных сверхширокополосных импульсных сигналов на зонированной зеркальной антенне, содержащее устройство формирования когерентной сетки частот и излучающие элементы, отличающееся тем, что дополнительно введено зонированное зеркало, оптически связанное с излучающими элементами таким образом, что они выполняют роль облучателя, а элементы зонированного зеркала сдвинуты относительно друг друга, чтобы скомпенсировать разницу во времени попадания максимума сигнала на эти элементы для отраженного от них сигнала.