Устройство формирования мощных широкополосных импульсных сигналов на антенной решетке отражательного типа

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в радиолокации, в системах связи и других устройствах, в которых используются последовательности радиоимпульсов. Технический результат - повышение излучаемой импульсной мощности. Устройство формирования содержит сканирующую антенну, включающую устройство формирования когерентной сетки частот и излучающие элементы, фазированную антенную решетку отражательного типа, состоящую из переизлучающих элементов, управляемых фазовращателей и короткозамкнутых линий задержки, в которой входы переизлучающих элементов соединены с выходами управляемых фазовращателей, управляющие входы фазовращателей соединены с выходами системы управления фазовращателями, а входы фазовращателей соединены с выходами короткозамкнутых линий задержки, сканирующая антенна образует облучатель фазированной антенной решетки отражательного типа, а короткозамкнутые линии задержки предназначены для компенсации разницы во времени в попадании максимума сигнала облучателя на соседние переизлучающие элементы, равной τ₃=d/(V_скR), где d - расстояние между соседними переизлучающими элементами, V_ск - скорость сканирования диаграммы направленности, R - дальность от центра сканирующей антенны. 4 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 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 Δf между соседними элементами АР 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/f_o - относительная полоса частот;

f_о - 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-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-то 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 ±0,5 рад к оси решетки в зависимости от времени t. Расчеты выполнены при следующих начальных условиях: N=21; D=0,8 м; f₀=7·10⁹ МГц. Частоты сигналов, излучаемых элементами решетки, увеличиваются от первого элемента к N-му, а величина дискрета по частоте между соседними элементами составляет Δf=10 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 введена фазированная антенная решетка отражательного типа с питанием от излучающих элементов (2), состоящая из приемоизлучающих элементов (3), управляемых фазовращателей (4) с системой управления фазовращателями (5) и короткозамкнутых линий задержки (6). Известное устройство при этом выполняет роль облучателя фазированной антенной решетки.

На фиг.4 приведена структурная схема предложенного устройства, которое работает следующим образом. Максимум сигнала, сформированного в пространстве излучающими элементами (1) и системой формирования когерентной сетки частот (2), последовательно проходит через все приемоизлучающие элементы (3). Разница во времени в попадании максимума на соседние приемоизлучающие элементы, расстояние между которыми равно d, определяется как τ_з=d/(V_скR). Линии задержки (6) компенсируют эту разницу во времени для приемоизлучающих элементов (3) таким образом, что максимум излучаемого ими сигнала достигается на всех элементах одновременно. В результате фазированная антенная решетка отражательного типа излучает в пространство энергию, собранную (аккумулированную) за время прохода максимума сигнала, сформированного в пространстве излучающими элементами (1) и системой формирования когерентной сетки частот (2), через всю апертуру приемоизлучающих элементов (3). Фазовращатели (5) с системой управления фазовращателями позволяют сформировать диаграмму направленности фазированной антенной решетки с заданным направлением главного максимума в пространстве.

Источники информации

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 широкополосных импульсных сигналов на антенной решетке отражательного типа, содержащее сканирующую антенну, включающую устройство формирования когерентной сетки частот и излучающие элементы, отличающееся тем, что введена фазированная антенная решетка отражательного типа, состоящая из переизлучающих элементов, управляемых фазовращателей и короткозамкнутых линий задержки, в которой входы переизлучающих элементов соединены с выходами управляемых фазовращателей, управляющие входы фазовращателей соединены с выходами системы управления фазовращателями, а входы фазовращателей соединены с выходами короткозамкнутых линий задержки, сканирующая антенна образует облучатель фазированной антенной решетки отражательного типа, а короткозамкнутые линии задержки предназначены для компенсации разницы во времени в попадании максимума сигнала облучателя на соседние переизлучающие элементы, равной τ₃=d/(V_скR), где d - расстояние между соседними переизлучающими элементами, V_ск - скорость сканирования диаграммы направленности, R - дальность от центра сканирующей антенны.