Способ формирования передающей и приемной дн в антенне кругового электронного сканирования

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в прицельных радиолокационных станциях. Способ основан на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей для любого направления луча антенны, выделении внутри этого углового сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели. Для достижения возможности совпадения в пространстве формируемых приемной и передающей ДН в антенне кругового электронного сканирования определяют ширину луча передающей ДН при постоянном амплитудном распределении и запоминают ее, выбирают для формирования приемной ДН с заданным уровнем максимального бокового лепестка спадающее амплитудное распределение, которому соответствует более широкая ДН, симметрично и последовательно увеличивают сектор активных линеек излучателей на величину К (К=1, 2, …) так, чтобы при общем числе активных на прием линеек излучателей M=N+2К ширина луча приемной ДН была равна ширине луча передающей ДН, запоминают полученные значения числа М и амплитуд Aj для каждой j-й активной линейки излучателей (j=1÷M), затем посредством электронного включения устанавливают в каждом из М излучателей запомненное значение Aj и фазу Δψj и производят сложение М сигналов для формирования приемной ДН, а для обеспечения круговой зоны электронного сканирования последовательно или в произвольном порядке изменяют заданное направление оси передающей и приемной ДН, для каждого значения которого выполняют вышеперечисленные операции, причем величины М и значения Aj остаются неизменными при любом направлении максимума ДН. 2 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в прицельных радиолокационных станциях.

Известен «Способ формирования зоны обзора пространства в радиолокационной станции с электронным управлением лучом» (RU 2379801 С1 опубл. 20.01.2010 г., МПК H01Q 21/00).

Способ основан на изменении фазового распределения в апертуре антенны радиолокационной станции путем электронного управления фазовым сдвигом СВЧ сигнала в каждом излучателе антенны.

Для достижения возможности расширения зоны обзора РЛС за пределы сектора сканирования антенну радиолокационной станции устанавливают на поворотное устройство таким образом, что нормаль к апертуре антенны образует с осью вращения поворотного устройства угол α>0° и осуществляют вращение антенны вокруг его оси на угол β изменяющийся в пределах от 0° до 360° так, что нормаль к апертуре антенны описывает конус с углом при вершине, равный 2α. Производят изменение фазового распределения в апертуре антенны с учетом величины угла α и изменения положения поворотного устройства относительно первоначального угла β, формируют зону электронного сканирования, а суммируя зоны обзора, полученные при вращении антенны на поворотном устройстве и при ее электронном сканировании, образуют полную зону обзора радиолокационной станции.

Известен также способ, описанный в Главе 2.7 Цилиндрические и кольцевые ФАР с электрическим сканированием луча («Проектирование фазированных антенных решеток» под редакцией д.т.н., проф. Д.И. Воскресенского, издательство «Радиотехника», Москва 2012 г., стр. 247-265), основанный на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, разделении цилиндрической поверхности антенны на несколько фиксированных одинаковых сегментов числом не менее четырех, каждый из которых возбуждается отдельным СВЧ-распределителем, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели.

Недостатками этого способа являются:

- ограниченность мгновенного сектора сканирования величиной ±(45÷60)° вследствие разбиения всей апертуры антенны на отдельные фиксированные сегменты, зоны электронного сканирования которых в совокупности охватывают круговую зону;

- необходимость использования механических либо электрических коммутаторов для подключения других сегментов;

- изменение характеристик излучения антенны при сканировании в каждом парциальном секторе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу формирования передающей и приемной диаграмм направленности в антенне кругового электронного сканирования (АКЭС) является «Способ формирования круговой зоны электронного сканирования цилиндрической антенны» (RU 2619445 С1, опубл. 15.05.2017 г., МПК H01Q 21/00), основанный на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей, выделении при любом направлении луча внутри этого углового сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления, вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели. Причем, при любом направлении луча выделяют внутри углового сектора активные линейки излучателей, подводя к ним сигнал посредством электронного включения, а для синфазного сложения излученных полей в направлении луча антенны изменяют фазы сигналов, подводимых к активным линейкам излучателей, на величины

где: i - номера активных линеек излучателей;

λ - длина волны в среде распространения излученного поля;

R - радиус цилиндра;

ϕ0 - направление луча антенны в азимутальной плоскости;

ϕi - угловое направление оси ДН i-той активной линейки излучателей в азимутальной плоскости;

ψi - начальная фаза СВЧ-сигнала, подводимого к i-той активной линейке излучателей.

Недостатком прототипа является невозможность формирования передающей и приемной диаграмм направленности с равной шириной луча.

Задачей предлагаемого способа является достижение возможности формирования передающей и приемной диаграмм направленности (ДН) с одинаковой шириной луча.

Техническим результатом является достижение возможности совпадения в пространстве, формируемых приемной и передающей ДН в антенне кругового электронного сканирования.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что способ формирования передающей и приемной ДН в антенне кругового электронного сканирования основан на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей для любого направления луча антенны, выделении внутри этого углового сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели, на величину:

где: i - номера активных линеек излучателей;

λ - длина волны в среде распространения излученного поля;

R - радиус цилиндра;

ϕ0 - направление луча антенны в азимутальной плоскости;

ϕi - угловое направление оси ДН i-той активной линейки излучателей в азимутальной плоскости;

ψi - начальная фаза СВЧ-сигнала, подводимого к i-той активной линейке излучателей; в результате чего формируется передающая ДН антенны кругового электронного сканирования.

Новым в заявляемом способе формирования передающей и приемной диаграмм направленности в антенне кругового электронного сканирования является то, что определяют ширину луча передающей ДН при постоянном амплитудном распределении и запоминают ее, выбирают для формирования приемной ДН с заданным уровнем максимального бокового лепестка спадающее амплитудное распределение, которому соответствует более широкая ДН, симметрично и последовательно увеличивают сектор активных линеек излучателей на величину К (К=1, 2, …) так, чтобы при общем числе активных на прием линеек излучателей M=N+2К ширина луча приемной ДН была равна ширине луча передающей ДН, запоминают полученные значения числа М и амплитуд Aj для каждой j-й активной линейки излучателей (j=1÷М), затем посредством электронного включения устанавливают в каждом из М излучателей запомненное значение Aj и фазу Δψj, определяемую выражением:

где ψj - фазовая длина пути СВЧ-сигнала от выхода j-й приемной линейки излучателей до места формирования приемной ДН антенны (входа/выхода антенны) и производят сложение М сигналов для формирования приемной ДН.

На фиг. 1 изображен пример формирования группы из N активных линеек излучателей, работающих на передачу, и М активных линеек излучателей, работающих на прием, где введены следующие обозначения:

R - радиус цилиндрической поверхности, на которой размещены линейки излучателей АКЭС;

ϕн и ϕк - границы выбранного углового сектора, в котором располагаются линейки излучателей, которые могут быть использованы для формирования передающей и приемной ДН;

ϕ0 - направление оси передающей и приемной ДН;

ϕ1i, ϕ2i, ϕ3i, …, ϕN - угловые положения N активных линеек излучателей;

ϕ1j, …, ϕМ - угловые положения М активных линеек излучателей.

На фиг. 2 изображен пример формирования передающей и приемной ДН с равными ширинами луча, при этом передающая ДН формируется при подаче СВЧ-сигнала на вход антенны, а приемная ДН формируется на выходе антенны.

Антенна кругового электронного сканирования, реализующая предлагаемый способ, для любого выбранного направления излучения состоит из активных 1 линеек излучателей, работающих на передачу и прием, активных 2 линеек излучателей, работающих только на прием, и пассивных 3 линеек излучателей (фиг. 1), размещенных на цилиндрической поверхности АКЭС эквидистантно, устройств включения режимов передачи или приема 4, электронных устройств включения и управления фазой и амплитудой СВЧ-сигнала 5, размещенных в каждом СВЧ-канале антенны кругового электронного сканирования, причем устройство 5 «↑» обслуживает передающий канал активной линейки излучателей, а устройство 5 «↓» обслуживает приемный канал этой же линейки, устройства распределения входного СВЧ-сигнала и сложения принятых СВЧ-сигналов 6.

Формирование передающей и приемной ДН в антенне кругового электронного сканирования по предлагаемому способу осуществляется следующим образом:

1. Для любого заданного направления луча ϕ0 определяют размер углового сектора, в котором располагаются линейки излучателей, которые могут быть использованы для формирования передающей и приемной ДН.

2. Определяют фазовые сдвиги Δψi для N активных линеек излучателей, работающих на передачу, в соответствии с математическим выражением (1) для формирования ДН на передачу.

3. Формируют ДН на передачу и излучают СВЧ-сигнал в направлении ϕ0, измеряют ширину ДН на передачу и запоминают полученное значение, по завершению СВЧ-сигнала выключают устройства, обеспечивающие режим передачи.

4. Включают устройства, обеспечивающие режим приема.

5. Выбирают для формировании приемной ДН с заданным уровнем бокового лепестка спадающее амплитудное распределение и симметрично и последовательно увеличивают сектор активных линеек излучателей на величину К=1, 2, …, где К - целое число, так, чтобы ширина луча приемной ДН была равна ширине луча передающей ДН и запоминают полученное значение числа М и амплитуд Aj для каждой активной линейки излучателей j=1…М.

6. Определяют фазовые сдвиги Δψj для М активных линеек излучателей в соответствии с математическим выражением (1) для формирования ДН на прием.

7. Обеспечивают сложение М сигналов Aj для формирования приемной ДН, одновременно изменяя фазы суммируемых СВЧ-сигналов на определенные по п. 6 фазовые сдвиги Δψj. При этом использование N активных линеек излучателей для формирования передающей ДН и M=N+2K активных линеек излучателей для формирования приемной ДН производят совпадение в пространстве осей передающей и приемной ДН.

8. Формируют круговую зону формирования передающей и приемной ДН в АКЭС, последовательно или в произвольном порядке изменяя заданные направления луча, для каждого значения которого необходимо выполнить операции 1÷7.

В результате перечисленных действий обеспечивается формирование в АКЭС передающей и приемной ДН с равной шириной луча для каждого направления излучения.

Кроме того, при реализации заявляемого способа достигается совпадение в пространстве передающей и приемной ДН в круговой зоне электронного сканирования.

Способ формирования передающей и приемной ДН в активной антенне кругового электронного сканирования, основанный на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора возможного расположения линеек излучателей для любого направления луча антенны, выделении внутри этого сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели, на величину

где i - номера активных линеек излучателей (i=1÷N);

λ - длина волны в среде распространения излученного поля;

R - радиус цилиндра;

ϕ0 - направление луча антенны в азимутальной плоскости;

ϕi - угловое направление оси ДН i-й активной линейки излучателей в азимутальной плоскости;

ψi - начальная фаза СВЧ-сигнала, подводимая к i-й активной линейке излучателей;

для синфазного излучения N СВЧ-полей в направлении луча антенны, формируя тем самым передающую ДН антенны, отличающийся тем, что определяют ширину луча передающей ДН при постоянном амплитудном распределении и запоминают ее, выбирают для формирования приемной ДН с заданным уровнем максимального бокового лепестка спадающее амплитудное распределение, которому соответствует более широкая ДН, симметрично и последовательно увеличивают сектор активных линеек излучателей на величину К (К=1, 2, …) так, чтобы при общем числе активных на прием линеек излучателей M=N+2К ширина луча приемной ДН была равна ширине луча передающей ДН, запоминают полученные значения числа М и амплитуд Aj для каждой j-й активной линейки излучателей (j=1÷M), затем посредством электронного включения устанавливают в каждом из М излучателей запомненное значение Aj и фазу Δψj, определяемую выражением:

где ψj - фазовая длина пути СВЧ-сигнала от выхода j-й приемной линейки излучателей до места формирования приемной ДН антенны, и производят сложение М сигналов для формирования приемной ДН, а для обеспечения круговой зоны электронного сканирования последовательно или в произвольном порядке изменяют заданное направление оси передающей и приемной ДН, для каждого значения которого выполняют вышеперечисленные операции, причем величины М и значения Aj остаются неизменными при любом направлении максимума ДН.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в наземных системах обзорной радиолокации. Достигаемый технический результат – высокоточное определение координат и траекторий перемещающихся в пространстве воздушно-космических объектов (ВКО) в расширенной рабочей зоне.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено, в частности, для использования в системах подвижной и стационарной связи: сухопутной, воздушной, морской в метровом и дециметровом диапазонах.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) с цилиндрической (кольцевой) фазированной антенной решеткой. Технический результат заключается в уменьшении ширины главных лепестков секторных диаграмм направленности без снижения скорости обзора пространства, без усложнения ФАР и при сохранении ее размеров.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной радиотехнике, в частности к конструкциям фазированных антенных решеток (ФАР), и может быть использовано в радиолокационных системах с электрическим сканированием луча.

Изобретение относится к радиоэлектронным устройствам, а именно к конструкции приемопередающих модулей активных фазированных антенных решеток СВЧ-диапазона. Сущность заявленного решения заключается в том, что приемопередающий модуль активной фазированной антенной решетки СВЧ-диапазона содержит, по меньшей мере, один переключатель «прием/передача» на 2 положения, контакт «вход-выход» которого является входом-выходом модуля.

Изобретение относится к антенной технике. Антенная система (100) содержит первую антенну (102) и вторую антенну (104), противоположную первой антенне, а также конструкцию (108), имеющую первый конец (110) и второй конец (112), противоположный первому концу (110), причем первая антенна (102) соединена с первым концом конструкции (108), а вторая антенна (104) соединена со вторым концом конструкции (108).

Изобретение относится к области СВЧ приборостроения и может найти применение в телекоммуникационных и радиолокационных системах различного назначения в качестве интегрированного излучающего модуля при построении фазированных антенных решеток.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в автоматизированных приемных центрах радиоконтроля и радиосвязи стационарного и мобильного типов.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемной или передающей антенны или элемента фазированной антенной решетки в системах радиосвязи или радиолокации.

Использование: для систем с фазированными антенными решетками отражательного типа. Сущность изобретения заключается в том, что модуль фазированной антенной решетки содержит корпус, составные части системы управления лучом фазированной антенной решетки (ФАР), фазовращатели, излучатели, размещенные в плоскости в виде четных и нечетных рядов с фиксированным шагом, сдвинутых на полшага относительно друг друга в шахматном порядке, причем излучатели, выполненные в виде диэлектрической антенны, и фазовращатели, выполненные в виде ферритовых отражательных фазовращателей, являются составными частями элементов ФАР, которые установлены на торцевой части одной или нескольких печатных плат, являющихся составными частями системы управления лучом, при этом четные и нечетные ряды элементов ФАР размещены соответственно на первых и вторых сторонах печатных плат, цепи управления элементов ФАР подключены к соответствующим контактным площадкам на печатных платах с помощью пайки, причем шаг между рядами постоянен, а крепление корпуса модуля в составе антенны реализовано за установочную плоскость, параллельную плоскости размещения элементов ФАР.

Изобретение относится к антенной технике. Способ основан на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей для любого направления луча антенны, выделении внутри этого углового сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели, в результате чего формируется суммарная ДН антенны кругового электронного сканирования. Для обеспечения попарной соосности формируемых приемо-передающих ДН в круговом секторе электронного сканирования на передачу: выделяют для любых направлений ϕ01 и ϕ02 угловые сектора так, чтобы между ними было К линеек пассивных излучателей, где К≥1, выбирают для каждого углового сектора N1 и N2 активных линеек излучателей соответственно, при этом определяют фазовые сдвиги Δψi1 для N1 активных линеек излучателей и Δψi2 для N2 активных линеек излучателей для формирования первой и второй диаграмм направленности на передачу, формируют на передачу два разнесенных в пространстве луча и излучают в направлениях ϕ01 и ϕ02 СВЧ-сигнал. На прием: принимаемый каждой линейкой активных излучателей СВЧ-сигнал расщепляют на два одинаковых по модулю и фазе сигнала - первый и второй , определяют фазовые сдвиги Δψi1 для N1 активных линеек излучателей и Δψi2 для N2 активных линеек излучателей, обеспечивают сложение сигналов и обнуление сигналов для формирования первой приемной ДН в N1 линейках активных излучателей и обеспечивают обнуление сигналов и сложение сигналов для формирования второй приемной диаграммы направленности в N2 линейках активных излучателей, изменяя фазы суммируемых сигналов на определенные выше фазовые сдвиги Δψi1 и Δψi2, при этом направления излучаемых и принимаемых лучей попарно совпадают. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в прицельных радиолокационных станциях. Способ основан на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей для любого направления луча антенны, выделении внутри этого углового сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели. Для достижения возможности совпадения в пространстве формируемых приемной и передающей ДН в антенне кругового электронного сканирования определяют ширину луча передающей ДН при постоянном амплитудном распределении и запоминают ее, выбирают для формирования приемной ДН с заданным уровнем максимального бокового лепестка спадающее амплитудное распределение, которому соответствует более широкая ДН, симметрично и последовательно увеличивают сектор активных линеек излучателей на величину К так, чтобы при общем числе активных на прием линеек излучателей MN+2К ширина луча приемной ДН была равна ширине луча передающей ДН, запоминают полученные значения числа М и амплитуд Aj для каждой j-й активной линейки излучателей, затем посредством электронного включения устанавливают в каждом из М излучателей запомненное значение Aj и фазу Δψj и производят сложение М сигналов для формирования приемной ДН, а для обеспечения круговой зоны электронного сканирования последовательно или в произвольном порядке изменяют заданное направление оси передающей и приемной ДН, для каждого значения которого выполняют вышеперечисленные операции, причем величины М и значения Aj остаются неизменными при любом направлении максимума ДН. 2 ил.

Наверх