Ретрансляционная антенная решетка

 

Изобретение относится к области антенн и предназначено для использования в системах связи, радиолокации, навигации и телевидении. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет использования антенных элементов решетки в режимах приема и передачи, а также повышение работоспособности фидера за счет разделения приемного и передающего каналов. Ретрансляционная антенная решетка содержит антенные элементы решетки, расположенные вдоль прямой на одинаковом расстоянии друг от друга, и вентиль, причем в устройство дополнительно введен n-1 вентиль, при этом каждый из n антенных элементов решетки подключен ко входу делителя мощности, к выходу которого подключены последовательно соединенные смеситель, фильтр разностной частоты, усилитель высокой частоты, управляемый фазовращатель и вентиль, выход которого соединен со вторым входом делителя мощности, вторые входы смесителей каждого из n каналов соединены с соответствующими выходами радиального делителя мощности, вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения. 1 ил.

Заявленная ретрансляционная антенная решетка (РАР) относится к области антенн и предназначена для использования в системах связи, радиолокации, навигации и телевидении.

Известна ретрансляционная антенная решетка (см. патент США №2908002, 1959 г.). Эта антенная решетка (решетка Ван-Атта) содержит 2n антенн и n соединительных фидеров. Антенны решетки, расположенные вдоль прямой на одинаковом расстоянии друг от друга, попарно соединены между собой фидерами одинаковой длины следующим образом: 1-й с 2n-ым; 2-й с (2n-1)-ым и т.д. Благодаря такому соединению антенн обеспечивается переключение принятого сигнала в направлении на источник излучения вследствие того, что фазовое распределение принятого сигнала справа налево в линейной антенной решетке повторяется в режиме передачи, но уже слева направо. Другими словами, сигналы, принятые и переизлученные каждым элементом решетки, являются сопряженными по фазе.

Недостатками известной ретрансляционной антенной решетки являются переизлучение сигнала только в направлении на источник, необходимость обеспечения развязки принятого и переизлученного сигналов в соединительных фидерах, а также внесение фидерами потерь и фазовых искажений, увеличивающихся с увеличением отношения l/λ, где l - длина соединительных фидеров, λ - длина волны.

Наиболее близким устройством к заявленному является переотражающий элемент антенной решетки (см. Авторское свидетельство СССР №639055, 1978 г.). Это устройство позволяет ретранслировать сигнал в фиксированном направлении и содержит три антенны (излучателя) переотражающего элемента антенной решетки, три соединительных фидера, циркулятор и вентиль. Все антенны расположены вдоль прямой на одинаковом расстоянии друг от друга. Первая и третья антенны соединены соответственно с первым и вторым входами циркулятора, а вторая антенна соединена с третьим входом циркулятора через вентиль. Первая антенна работает только на прием, вторая закрыта вентилем. Если сигнал принимается с направления ₁ относительно нормали к прямой, соединяющей антенны переизлучающего элемента антенной решетки, то фаза сигнала, принимаемого третьей антенной, опережает фазу сигнала, принимаемого первой антенной на Δϕ=кd ₁₃sin ₁ где d₁₃ - расстояние между первой и второй антеннами.

При работе на излучение фаза сигнала в третьей антенне отстает относительно фазы сигнала во второй антенне также на величину Δϕ.

Тогда направление переизлучения ₂ определяется выражением:

где d₂₃ - растояние между второй и третьей антеннами.

Недостатками этого устройства являются: неполное использование излучателей устройства, так как первая антенна используется только в режиме приема, вторая - только в режиме передачи, и только третья - в режимах приема и передачи; переизлучение сигнала только в ограниченном пространственном секторе углов, определяемом расстояниями между третьим и вторым, а также между третьим и первым излучателями; нерегулируемость направления переизлучения; низкая работоспособность фидера вследствие установления в нем режима стоячих волн, вызванного распространением по нему в противоположных направлениях сигналов одинаковой частоты и амплитуды.

Целью заявляемого устройства является расширение функциональных возможностей за счет использования антенных элементов решетки в режимах приема и передачи, а также повышение работоспособности фидера за счет разделения приемного и передающего каналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введен n-1 вентиль, при этом каждый из n антенных элементов решетки подключен ко входу делителя мощности, к выходу которого подключены последовательно соединенные смеситель, фильтр разностной частоты, усилитель высокой частоты, управляемый фазовращатель и вентиль, выход которого соединен со вторым входом делителя мощности, вторые входы смесителей каждого из n каналов соединены с соответствующими выходами радиального делителя мощности, вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения.

На чертеже приведена структурная схема заявляемого устройства.

Ретрансляционная антенная решетка содержит антенные элементы решетки 1, делители мощности 2, смесители 3, фильтры разностной частоты 4, уселители высокой частоты 5, управляемые фазовращатели 6, вентили 7, радиальный делитель мощности 8, генератор опорного напряжения 9.

Антенные элементы решетки 1 расположены вдоль прямой на одинаковом расстоянии друг от друга. Каждый из n антенных элементов решетки 1 подключен ко входу делителя мощности 2, к выходу которого подключены последовательно соединенные смеситель 3, фильтр разностной частоты 4, усилитель 5, фазовращатель 6 и вентиль 7,выход которого соединен со вторым входом делителя 2, вторые входы смесителей 3 каждого из n каналов соединены с соответствующими выходами радиального делителя мощности 8, вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения 9.

Ретрансляционная решетка работает следующим образом. Пусть осуществляется прием с некоторого углового направления ₁ относительно нормали к линейной решетке. Тогда сигналы на выходе каждой из антенн запишутся в виде:

где ω _с - частота сигнала,

ϕ _сi - фаза сигнала на выходе i-ой антенны относительно первой;

A_i- амплитуда сигнала на выходе i-й антенны.

Этот сигнал поступает на вход смесителя, на другой вход которого поступает сигнал с опорного генератора через радиальный делитель мощности:

где ω ₀ - частота опорного сигнала;

ϕ _сi- начальная фаза опорного сигнала;

А_оп - амплитуда опорного сигнала.

Напряжение на выходе фильтра разностной частоты, подключенного к выходу смесителя, запишется в виде:

где А_оп - амплитуда сигнала на выходе фильтра разностной частоты.

Таким образом получен сигнал разностной частоты с инвертированной фазой принятого сигнала. Инвертирование фазы принятых каждым излучателем сигналов обеспечивает переизлучение сигнала в направлении на источник. Переизлучение сигнала в желаемом направлении обеспечивается фазовыми сдвигами между соседними излучателями (неквазидистантными), устанавливаемыми с помощью управляемых фазовращателей в каналах соседних излучателей по закону:

Δϕ _i-1=kΔd _i,i-1sinΘ ₁.

С учетом того, что соединительные линии от радиального делителя мощности до фазовращателей и от фазовращателей до своего излучателя имеют одинаковую длину. Здесь Δd _i,i-1 - приращение расстояний между фазовыми центрами соседних излучателей.

С помощью фазовращателей осуществляется компенсация фазовых сдвигов между соседними излучателями за счет неэквидистантности решетки, а также создание необходимого фазового распределения для осуществления переизлучения в требуемом направлении.

Включение вентилей обеспечивает дополнительную развязку между принимаемым и переизлучаемым сигналами.

Формула изобретения

Ретрансляционная антенная решетка, содержащая антенные элементы решетки, расположенные вдоль прямой на одинаковом расстоянии друг от друга, и вентиль, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет использования антенных элементов решетки в режиме приема и передачи, а также повышения работоспособности фидера за счет разделения приемного и передающего каналов, в устройство дополнительно введен n-1 вентиль, при этом каждый из n антенных элементов решетки подключен ко входу делителя мощности, к выходу которого подключены последовательно соединенные смеситель, фильтр разностной частоты, усилитель высокой частоты, управляемый фазовращатель и вентиль, выход которого соединен со вторым входом делителя мощности, вторые входы смесителей каждого из n каналов соединены с соответствующими выходами радиального делителя мощности, вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения.

РИСУНКИ