Многочастотная антенная решётка для формирования последовательности импульсных сигналов в пространстве

Многочастотная антенная решётка для формирования последовательности импульсных сигналов в пространстве

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 сканированной луча» [2], однако они не позволяют формировать в пространстве импульсные сигналы и обеспечить широкоугольное электронное сканирование сформированным сигналом.

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 и линейной эквидистантной антенной решетки (АР), состоящей из N излучающих элементов, 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 Δƒ между соседними элементами АР является постоянной величиной. При этом скорость изменения разности фаз в элементах АР будет пропорциональна 2πiΔƒ 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/ƒ₀ - относительная полоса частот;

ƒ₀ - 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:

где - сигналы, излучаемые j-м и m-м 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 приведено пространственное распределение интенсивности сигнала, сформированного известным устройством, рассчитанное по приведенному выше выражению. Расчеты выполнены при следующих начальных условиях: N=31; D=3 м; ƒ₀=6·10⁹ МГц. Частоты сигналов, излучаемых элементами решетки увеличиваются от первого элемента к N-му, а величина дискрета по частоте между соседними элементами составляет Δƒ=10 МГц. Расстояние r изменяется от 985 до 1015 м.

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

Однако данное устройство не может обеспечить обзор сектора сканирования по произвольному закону.

Целью изобретения является: пространственное формирование импульсного сигнала с заданной длительностью и частотой повторения и обеспечение широкоугольного электронного сканирования в пространстве по любому заданному закону.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, состоящее из системы формирования когерентной сетки частот 1 и излучающих элементов 2, дополнительно введены: управляемые фазовращатели 3 и система управления фазовращателями 4, причем входы излучающих элементов соединены с выходами управляемых фазовращателей, управляющие выходы фазовращателей соединены с системой управления фазовращателями 4, выходы системы формирования когерентной сетки частот 1 соединены со входами управляемых фазовращателей 3 так, чтобы сигналы с различными частотами были распределены по элементам решетки по случайному закону.

На фиг.3 приведена структурная схема предложенного устройства, которое работает следующим образом: сигналы сформированные устройством формирования когерентной сетки частот соединяются через управляемые фазовращатели с излучающими элементами так, что сигналы с различными частотами распределены по элементам решетки по равномерному случайному закону, так чтобы величина дискрета частоты между любыми соседними элементами была различной и кратной величине минимального частотного дискрета.

При этом пространственное распределение интенсивности суммарного сигнала, рассчитанное при тех же начальных условиях что и на фиг.2, приведено на фиг.4. Характерной особенностью данного распределения является то, что оно имеет единственный максимум, ширина которого по уровню половинной мощности определяется соотношением Θ₁=λ_ср1/D, где λ_ср - средняя длина волны многочастотного сигнала. При этом длительность сформированного импульса составит τ_u=1/ΔF_max, а частота повторения импульсов будет равна величине минимального частотного дискрета Δƒ.

Принципиальной особенностью применения случайного распределения сигналов с различными частотами по элементам решетки является то, что направление излучения импульсного сигнала, сформированного в пространстве, определяется начальным фазовым распределением, которое устанавливается управляемыми фазовращателями 3.

На фиг.5 показано смещение главного максимума интенсивности импульсного сигнала, сформированного в пространстве для трех различных начальных фазовых распределений, которые формируются системой электронного сканирования.

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, опубл. 1973 г., 1 июня.

Многочастотная антенная решетка для формирования последовательности импульсных сигналов в пространстве, содержащая систему формирования когерентной сетки частот (1) и излучающие элементы (2), отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности сканирования диаграммой направленности по заданному закону, дополнительно введены управляемые фазовращатели (3) и система управления фазовращателями (4), причем входы излучающих элементов (2) соединены с выходами фазовращателей (3), управляющие входы фазовращателей (3) соединены с выходами системы управления фазовращателями (4), выходы системы формирования когерентной сетки частот (1) соединены со входами управляемых фазовращателей (3) так, чтобы сигналы с различными частотами были распределены по излучающим элементам (3) решетки по случайному закону.