Фазовый способ формирования провалов в диаграмме направленности плоской фазированной антенной решетки

Изобретение относится к антенной технике. Техническим результатом является формирование провалов в диаграммах направленности (ДН) плоских фазированных антенных решеток (ФАР) в нескольких заданных направлениях, имеющих угловые координаты в сферической системе кординат. Способ формирования провалов в ДН плоской ФАР состоит в оценке уровня исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР, выделении в раскрыве двух M-элементных подрешеток и введении фазовых поправок, со знаком минус для элементов одной подрешетки и со знаком плюс для элементов другой подрешетки. Для формирования провалов в ДН плоской ФАР в нескольких заданных направлениях оценку уровня исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР осуществляют в К заданных направлениях, которые задают двумя угловыми координатами θнапр i и φнапр I, выбирают К эквивалентных линейных раскрывов, углы которых равны значениям координат К направлений φнапр i, вычисляют возбуждение этих раскрывов, после выделения в каждом эквивалентном линейном раскрыве двух M-элементных подрешеток, расположенных на его краях, величины их фазовых поправок выбирают равными по абсолютному значению из условия заданных глубины, ширины и координаты θнапр i провала. Фазовые поправки, вычисленные для формирования провалов, вносят на элементы ФАР, образующие данный эквивалентный линейный раскрыв, при условии что M-элементные подрешетки К эквивалентных линейных раскрывов формируются несовпадающими элементами ФАР, где θнапр i и φнапр i - заданные направления в сферической системе координат, a θнапр i отсчитывается от нормали к плоскости раскрыва ФАР; i - порядковый номер заданного направления, i=1…К; К - количество заданных направлений. 22 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи формирования провалов в диаграммах направленности (ДН) плоских фазированных антенных решеток (ФАР) путем изменения лишь фаз возбуждений ее элементов.

Известен способ [El-Azhary, M.S.Afifi, and P.S.Excell, A simple algorithm for sidelobe cancellation in a partially adaptive linear array, / IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. Ap-36, No.10, October 1988, pp.1484-1486], в котором используются крайние элементы решетки для формирования протяженной области подавления боковых лепестков ДН линейной ФАР. Суть этого способа заключается в том, что сигналы, проходящие через крайние элементы, получают фазовые сдвиги, равные по величине, но противоположные по знаку. Максимум ДН, образуемой крайними элементами, смещается так, чтобы он совпал с направлением максимума подавляемого бокового лепестка, угловой диапазон которого охватывает направление прихода сигнала помехи. При этом амплитудная составляющая дополнительной ДН умножается на константу, чтобы дополнительная ДН имела одинаковую амплитуду с подавляемым боковым лепестком ДН всей решетки. Фазовая составляющая дополнительной ДН в области подавляемого бокового лепестка должна отличаться на 180° от фазовой составляющей подавляемого бокового лепестка ДН всей решетки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является «Способ формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки» [RU 2123743 C1, опубл. 20.12.1998 г.], основанный на оценке уровня ненормированной исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР в направлении помехи f(θn), выделении двух адаптивных M-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной, с учетом условия 2M≥f(θn), и введении фазовых поправок в элементы адаптивных подрешеток, причем фазовые поправки для m-ой от края пары излучателей (m=1,2,…M) выбираются в соответствии с соотношением

где:

λ, x0 - длина волны и шаг решетки;

θ - угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву;

θ0, θп - направление главного максимума и помехи соответственно. Знак минус в соотношении соответствует элементам левой адаптивной подрешетки, а знак плюс - правой.

Недостатком обоих известных способов является то, что с их помощью нельзя сформировать несколько провалов.

Техническим результатом предлагаемого способа является формирование провалов в ДН плоской ФАР в нескольких заданных направлениях, имеющих угловые координаты в сферической системе координат (θнапр i, φнапр i), причем фазы сигналов, проходящих через крайние элементы эквивалентного линейного раскрыва этой ФАР, изменяют на постоянную величину, что позволяет упростить и ускорить процесс формирования нескольких провалов.

Сущность предлагаемого фазового способа формирования провалов в ДН плоской ФАР состоит в оценке уровня исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР, выделении в раскрыве двух M-элементных подрешеток и введении фазовых поправок, со знаком минус для элементов одной подрешетки и со знаком плюс для элементов другой подрешетки.

Новым в заявляемом изобретении является то, что оценку уровня исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР осуществляют в К заданных направлениях, которые задают двумя угловыми координатами θнапр I и φнапр i, выбирают К эквивалентных линейных раскрывов, углы которых равны значениям координат К направлений φнапр I, вычисляют возбуждение этих раскрывов, после выделения в каждом эквивалентном линейном раскрыве двух M-элементных подрешеток, расположенных на его краях, величины их фазовых поправок выбирают равными по абсолютному значению из условия заданных глубины, ширины и координаты θнапр i провала, фазы элементов ФАР, образующих M-элементные подрешетки К эквивалентных линейных раскрывов, изменяют на величину фазовых поправок этих подрешеток, при условии что M-элементные подрешетки К эквивалентных линейных раскрывов формируются несовпадающими элементами ФАР, где θнапр i и φнапр i - заданные направления в сферической системе координат, a θнапр i, отсчитывается от нормали к плоскости раскрыва ФАР; i - порядковый номер заданного направления, i=1…К; К - количество заданных направлений.

На Фиг.1 показан пример плоской ФАР с вариантами формирования эквивалентных линейных раскрывов при К=3, где К - количество заданных направлений, равное количеству эквивалентных линейных раскрывов; i - порядковый номер заданного направления и соответствующего эквивалентного линейного раскрыва, i=1…К; φнапр 1, 2, 3 - углы эквивалентных линейных раскрывов, М - число элементов в подрешетках эквивалентных линейных раскрывов.

На Фиг.2 приведены:

а) - ФАР с эллиптической формой раскрыва, на которой расположены N=1458 элементов с равномерным фазовым распределением;

б) - пространственная ДН ФАР. Здесь и далее пространственные ДН ФАР приведены в координатах направляющих косинусов u, v, где u=sin(θ)cos(φ), v=sin(θ)sin(φ), прямыми линиями показаны сечения;

в) - ДН ФАР в азимутальном сечении (φ=0°). Здесь и далее, если не указано иное, при отображении ДН в каком-либо сечении по оси абсцисс отложена переменная θ в градусах;

г) - ДН ФАР в угломестном сечении (φ=90°).

На Фиг.3 приведен пример формирования двух провалов в ортогональных сечениях ДН ФАР, где

а) - раскрыв ФАР с фазовым распределением, измененным в соответствии с двумя эквивалентными линейными раскрывами, углы которых равны φнапр 1=0° и φнапр 2=90°, пронумерованные области показывают элементы с измененными фазами для формирования провалов с соответствующими номерами;

б) - пространственная ДН, координаты центров провалов: θнапр 1≈6°, φнапр 1=0° (uнапр 1=0.105, vнапр 1=0), θнапр 2≈16°, φнапр 2=90° (uнапр 2=0, vнапр 2=0.276), здесь и далее: центры окружностей указывают на центры провалов;

в) - ДН в сечении, угол которого равен значению координаты φнапр 1=0° для ФАР с измененным фазовым распределением (жирная линия), здесь и далее: ДН в данном сечении для ФАР с равномерным фазовым распределением показана тонкой линией, стрелка указывает направление центра провала в данном сечении;

г) - ДН в сечении, угол которого равен значению координаты φнапр 2=90°.

На Фиг.4 приведен пример формирования двух провалов в неортогональных сечениях ДН ФАР, где

а) - раскрыв ФАР с фазовым распределением, измененным в соответствии с двумя эквивалентными линейными раскрывами, углы которых равны φнапр 1=0° и φнапр 2=60°;

б) - пространственная ДН, координаты центров провалов: θнапр 1≈6°, φнапр 1=0° (uнапр 1=0.105, vнапр 1=0), θнапр 2≈15°, φнапр 2=60° (uнапр 2=0.129, vнапр 2=0.226);

в) - ДН в сечении, угол которого равен значению координаты φнапр 1=0°;

г) - ДН в сечении, угол которого равен значению координаты φнапр 2=60°

На Фиг.5 приведен пример формирования трех провалов в ДН ФАР, где

а) - раскрыв ФАР с фазовым распределением, измененным в соответствии с тремя эквивалентными линейными раскрывами, углы которых равны φнапр 1=0°, φнапр 2=45°, φнапр 3=90°, пронумерованные области показывают элементы с измененными фазами для формирования провалов с соответствующими номерами;

б) - пространственная ДН, координаты центров провалов: θнапр 1≈14°, φнапр 1=0° (uнапр 1=0.242, vнапр 1=0), θнапр 2≈25°, φнапр 2=45° (uнапр 2=0.299, vнапр 2=0.299); φнапр 3=90° (uнапр 3=0, vнапр 3=0,309);

в) - ДН в сечении, угол которого равен значению координаты φнапр 1=0°;

г) - ДН в сечении, угол которого равен значению координаты φнапр 2=45°;

д) - ДН в сечении, угол которого равен значению координаты φнапр 2=90°.

На Фиг.6 приведен пример формирования двух провалов в ортогональных сечениях ДН ФАР при сканировании, где

а) - пространственная ДН, координаты центров провалов: θнапр 1≈6°, φнапр 1=0° (uнапр 1=0.105, vнапр 1=0), θнапр 2≈15°, φнапр 2=90° (uнапр 2=0, vнапр 2=0.259);

б) - та же пространственная ДН, но после сканирования на угол θ1=30°, φ 1=0° (u 1=0.5, v 1=0);

в) - ДН в сечении v=0, по оси абсцисс отложена переменная и;

г) - ДН в сечении u=0.5, по оси абсцисс отложена переменная v.

Характерной чертой данного метода является неизменность возбуждения основной части элементов ФАР, поскольку возбуждение меняется лишь у тех элементов ФАР, которые образуют крайние элементы эквивалентных линейных раскрывов. При этом угловое положение центров провалов относительно луча ДН в системе координат направляющих косинусов (и, v) и величина подавления в центре каждого провала сохраняются при сканировании.

На Фиг.2а показана ФАР, имеющая раскрыв эллиптической формы, на котором расположены N=1458 элементов. В раскрыве ФАР создано спадающее к краям амплитудное распределение с КИП≈0.9. На Фиг.2б, в, г приведены пространственная ДН ФАР и ДН в главных - азимутальном и угломестном - сечениях. Исходный уровень максимальных боковых лепестков ДН при синфазном распределении составляет ≈-28дБ.

Используя предложенный способ можно одновременно формировать несколько (К) провалов в сечениях ДН, углы которых равны значениям координат φнапр i. Для этого вычисляют возбуждение К соответствующих эквивалентных линейных раскрывов (Фиг.1) и в ДН каждого из них формируют провал в направлении θнапр i - фазовые поправки, вычисленные для формирования провалов, вносят на элементы ФАР, образующие данный эквивалентный линейный раскрыв. Это иллюстрируется примером формирования 2-х провалов (К=2) в ортогональных сечениях (Фиг.3а-г). На Фиг.3а видно, что подрешетки эквивалентных линейных раскрывов образуют несовпадающие элементы раскрыва ФАР. В эквивалентном линейном, обеспечивающем формирование провала в направлении f=i (θнапр 1≈6°), число элементов в каждой из двух подрешеток М=9, в эквивалентном линейном раскрыве (i=2, θнапр 2≈16°)-M=3. В данном примере снижение бокового излучения в центре каждого провала составило более 16дБ. Величина подъема бокового излучения с противоположных относительно луча ДН и формируемого провала сторон составила ≈5-7 дБ. Снижение уровня луча ФАР составляет приблизительно 0.12 дБ.

Провалы могут формироваться не только в ортогональных, но и в других сечениях при условии, что подрешетки эквивалентных линейных раскрывов формируются несовпадающими элементами ФАР. Пример формирования двух провалов (К=2) в азимутальном сечении (φнапр 1=0°) и сечении с углом φнапр 2=60° приведен на Фиг.4а-г. Случай формирования провалов в трех сечениях (К=3) представлен на Фиг.5а-г. Постоянство угловых положений центров провалов относительно луча ДН и величины подавления в центре каждого провала при сканировании подтверждается Фиг.6а-г.

Предлагаемый способ обеспечивает формирование нескольких провалов в ДН плоских ФАР в нескольких заданных направлениях, имеющих угловые координаты (θнапр i, φнапр i) в сферической системе координат. Кроме того, фазы сигналов, проходящих через крайние элементы эквивалентного линейного раскрыва этой ФАР, изменяют на постоянную величину, что позволяет упростить и ускорить процесс формирования провалов.

Фазовый способ формирования провалов в диаграмме направленности плоской фазированной антенной решетки (ФАР), основанный на оценке уровня исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР, выделении в раскрыве двух M-элементных подрешеток и введении фазовых поправок, со знаком минус для элементов одной подрешетки и со знаком плюс для элементов другой подрешетки, отличающийся тем, что оценку уровня исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР осуществляют в К заданных направлениях, которые задают двумя угловыми координатами θнапр i и φнапр i, выбирают К эквивалентных линейных раскрывов, углы которых равны значениям координат К направлений φнапр i, вычисляют возбуждение этих раскрывов, после выделения в каждом эквивалентном линейном раскрыве двух M-элементных подрешеток, расположенных на его краях, величины их фазовых поправок выбирают равными по абсолютному значению из условия заданных глубины, ширины и координаты θнапр i провала, фазовые поправки, вычисленные для формирования провалов, вносят на элементы ФАР, образующие данный эквивалентный линейный раскрыв, при условии что M-элементные подрешетки К эквивалентных линейных раскрывов формируются несовпадающими элементами ФАР, где
θнапр i и φнапр i - заданные направления в сферической системе координат, а θнапр i отсчитывается от нормали к плоскости раскрыва ФАР;
i - порядковый номер заданного направления, i=1…К;
К - количество заданных направлений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к средствам приема и передачи радиоволн. Приемо-передающий модуль активной фазированной антенной решетки содержит передающий и приемный каналы, первое, второе и третье направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей, защитное устройство, выпрямитель, согласованную нагрузку, обратноходовой преобразователь.

Использование: для формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прием сигналов антенными элементами плоской антенной решетки с электронным сканированием лучом и суммируют их, формируя остронаправленную сканирующую диаграмму направленности плоской антенной решетки с использованием выбранных комплексных амплитуд антенных элементов с учетом требуемого превышения уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности.

Изобретение относится к полосковой СВЧ антенной технике, в частности к распределительной системе для фазированной антенной решетки. Технический результат - формирование оптимальных амплитудных распределений для суммарной и разностной диаграмм направленности (ДН), возможность реализации в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн.

Изобретение относится к радиолокации, точнее к фазированным антенным решеткам (ФАР) СВЧ диапазона, и может быть использовано в пассивной и активной радиолокации для осуществления непрерывного параллельного контроля пространства.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к широкополосным антенным системам, рабочий диапазон частот которых перекрывает несколько октав. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот комбинированной антенной системы, работающей в активном и пассивном режимах.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат - повышение предела подавления помеховой импульсной мощности в узкополосных приемно-передающих каналах радиотехнических систем, работающих в диапазоне СВЧ, в условиях короткоимпульсных помеховых воздействий большой мощности при проведении испытаний на электромагнитную совместимость.

Изобретение относится к фазированным (ФАР) и активным фазированным антенным решеткам (АФАР), состоящим из приемных каналов, выходные сигналы которых оцифровываются с помощью аналогово-цифровых преобразователей и обрабатываются в процессорах бортовых цифровых вычислительных машин радиолокационных станций, головок самонаведения или систем радиопротиводействия.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для пространственного подавления помех путем формирования провалов («нулей») в диаграммах направленности фазированных антенных решеток (ФАР) в направлениях источников помех.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для управления комплексными взвешивающими устройствами в каналах антенных решеток по критерию максимума заданного энергетического функционала.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к активным пространственным передающим антенным решеткам миллиметрового диапазона волн, и может быть использовано при создании антенн с немеханическим качанием луча антенны для сверхскоростной (более 15 Гбит/с) спутниковой информации.

Изобретение относится к области радиосвязи. Заявлены антенная система и базовая станция, содержащая данную антенную систему; причем особенностью заявленной антенной системы является то, что модуль массива TRX выполнен с возможностью передавать сигналы передачи во входной порт модуля матрицы Батлера; модуль матрицы Батлера выполнен с возможностью генерировать первые сигналы посредством обработки сигналов передачи и передавать первые сигналы во входные порты модуля фидерной сети через выходные порты модуля матрицы Батлера; а модуль фидерной сети выполнен с возможностью генерировать вторые сигналы посредством обработки первых сигналов и передавать вторые сигналы в модуль массива антенных элементов через выходные порты модуля фидерной сети; модуль матрицы Батлера выполнен так, что сигналы, подаваемые на первый входной порт и второй входной порт модуля матрицы Батлера, представляют собой разные сигналы передачи, а сигналы, выводимые из выходных портов с первого по четвертый модуля матрицы Батлера, представляют собой первые сигналы, соответствующие упомянутым разным сигналам передачи. Техническим результатом является уменьшение потерь в фидере, обеспечение более удобной возможности регулирования вертикальной и горизонтальной характеристик лучей антенны. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх