Способ сложения мощности двух и более излучателей крайненизкочастотного диапазона

Настоящее изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке устройств для сложения излученной мощности двух и более антенн диапазона электромагнитных волн с частотой менее 0,3 кГц, т.е. с длинами волн, превышающими 1000 км. Предложено аналитическое выражение для определения величины фазового угла для коррекции фаз сигналов крайненизкочастотного диапазона при сложении этих сигналов в точке приема, учитывающее специфическую особенность ближней зоны распространения электромагнитных волн, заключающуюся в том, что напряженности электрической и магнитной составляющих в этой зоне не синфазны. 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке устройств для сложения излученной мощности двух и более антенн диапазона электромагнитных волн с частотой менее 0,3 кГц, т.е. с длинами волн, превышающими 1000 км.

Существующий способ сложения энергии электромагнитных волн в заданном направлении путем обеспечения синфазности излучений двух и более антенн основан на коррекции начальных фаз излучаемых колебаний, обусловленных различным расстоянием от каждой из антенн до точки приема сигнала (см. Фиг.). Способ сложения мощности излучений антенн описан в многочисленной литературе, например:

- Лавров А.С. Антенно-фидерные устройства. М.: Сов. радио, 1974.

- Самойленко В.И., Шишов Ю.А. Управление фазированными антенными решетками. М.: Радио и связь, 1983.

Недостатком существующего способа является то, что он может быть реализован только при условии нахождения точки приема в «дальней зоне» электромагнитного поля излучателя, определяемой неравенством: r>>λ/2π. В то же время в диапазоне ниже 0,3 кГц справедливо неравенство r<<λ/2π, что соответствует определению «ближней зоны» (Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны. М.: Гос. Изд. Лит. по вопросам связи и радио, 1962).

Целью настоящего изобретения является повышение мощности сигнала крайненизкочастотного диапазона в точке приема в заданном направлении при использовании одной или более передающих антенн.

Поставленная цель достигается тем, что при коррекции фаз излучаемых сигналов, учитывающей разность дистанций (Rn-R0) от каждой из антенн до точки приема относительно самой короткой дистанции R0, дополнительно в излучаемые сигналы вводятся фазовые сдвиги ϕn, учитывающие комплексные сопротивления каждой из антенн Zn и комплексное сопротивление антенны с наименьшим удалением от точки приема Z0, при этом фазовый сдвиг сигнала, излучаемого каждой n-ой антенной, рассчитывается по формуле:

Реализация способа осуществляется следующим образом. При распространении электромагнитных волн в дальней зоне напряженности электрического и магнитного полей синфазны, поскольку сопротивление свободного пространства, в том числе и атмосфера Земли, имеют активное сопротивление, равное 377 Ом (см., например, Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: URSS, 2011). Ближняя зона в коротковолновом диапазоне в средней его части не превышает 200 м. По этой причине при формировании диаграммы направленности нескольких передающих антенн, объединенных в антенную решетку с расстояниями между антеннами менее длины волны, разность фаз электромагнитных волн в точке приема определяется разностью дистанций от каждой из антенн до точки приема.

Принципиальное отличие распространения электромагнитного поля в ближней зоне состоит в том, что напряженности электрического и магнитного полей не являются синфазными. В литературе по электродинамике, в том числе Мурамцев Д.Ю. и др. Электродинамика и распространение радиоволн. СПб: Лань, 2014, Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: ЛИБРОКОМ, 2012, стр. 328, отмечается, что силовые линии магнитного поля имеют сдвиг по фазе на π/2 относительно силовых линий электрического поля, что определяет чисто мнимый характер излучателя. Этот вывод справедлив для допущения, принятого в литературе по электродинамике, - излучатель представляет собой элементарный диполь, т.е. его размер много меньше длины волны, величина тока постоянна по всей длине диполя и отсутствуют потери. Реальные входные сопротивления антенн этого диапазона имеют как мнимую, так и вещественную составляющие, которые могут быть представлены выражением . Наличие угла ψ означает, что ток и напряжение в антенне не синфазны, а смещены по фазе на величину этого угла и, как следствие, имеет место смещение фаз между амплитудами напряженностей электрической и магнитной составляющими электромагнитного поля отличное от π/2 элементарного диполя.

Для определения требуемой величины фазовой коррекции гармонических токов в антеннах необходимо приравнять нулю сумму фаз колебания, принятого в качестве опорного, колебания излученного второй антенной и требуемого угла фазовой коррекции ϕn этого колебания.

Величина угла требуемой фазовой коррекции ϕn легко определяется с учетом известных величин комплексного входного сопротивления антенны, принятой в качестве опорного излучателя комплексного сопротивления n-ой антенны длины волны рабочей частоты λ и разности дистанции от антенн до точки приема Rn-R0.

Таким образом, для сложения мощности от двух и более источников излучения необходим учет фазовых характеристик комплексных сопротивлений антенн крайненизкочастотного диапазона, т.к. в этом диапазоне приемник сигналов оказывается в ближней зоне распространения электромагнитных волн, характеризуемой отсутствием синфазности между электрической и магнитной составляющими напряженностей поля, в отличие от дальней зоны, в которой синфазность закономерна.

Способ сложения мощности двух и более излучателей крайненизкочастотного диапазона, заключающийся в том, что при коррекции фаз излучаемых сигналов учитывают разность дистанций (Rn-R0) от каждой из антенн до точки приема относительно самой короткой дистанции R0, отличающийся тем, что в излучаемые сигналы вводятся фазовые сдвиги ϕn, учитывающие комплексные сопротивления каждой из антенн Zn и комплексное сопротивление антенны с наименьшим удалением от точки приема Z0, при этом фазовый сдвиг сигнала, излучаемого каждой n-ой антенной, рассчитывается по формуле:

.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для приема сигналов с различных направлений на одно приемное устройство. Многолучевая антенная система с одним выходом содержит: антенную решетку, состоящую из пространственно разнесенных антенных элементов; диаграммообразующую схему, содержащую блоки весовых коэффициентов w1, w2,…, wK, которые управляют формой диаграммы направленности; сумматор, суммирующий сигналы с выходов диаграммообразующей схемы, выход сумматора является выходом антенной системы; блок расчета весовых коэффициентов wk (k=1,…, K), зависящих от априорной информации о расположении антенных элементов и параметров диаграммы направленности; блок, формирующий ожидаемые направления прихода сигналов; блок задания параметров диаграммы направленности ДН.

Изобретение относится к области спутниковой связи и может быть использовано для компенсации неидеальной поверхности рефлектора в системе спутниковой связи. Предложен способ, который включает измерение амплитуды и фазы сигналов, отраженных от рефлектора спутника, причем эти амплитуды и фазы формируют первую совокупность результатов измерения.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к радиоэлектронным системам, применяющим цифровые антенные решетки. Способ заключается в том, что формирование в одноименных парциальных лучах многолучевой диаграммы направленности цифровой антенной решетки комплексных цифровых сигналов каналов виртуальной апертуры осуществляется из соответствующих комплексных цифровых сигналов каналов реальной апертуры путем их задержки во времени.

Изобретение относится к системам радиолокации. Способ формирования эллиптической диаграммы направленности для активной фазированной антенной решетки, содержащей линии задержки, причем линии задержки в антенне настраиваются таким образом, что прием и передача осуществляются электромагнитным излучением, сходящимся в фокусе эллипсоида.

Многолучевая антенна, в которой передающий канал от фокального устройства (2) к приемникам передающих парциальных усилителей усилительной решетки (1) выполнен в виде светового излучения, модулированного передаваемым радиосигналом.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании антенных систем в радиосвязи и радиолокации. Антенная система состоит из опоры со свободным центром, излучателя, расположенного внутри опоры со свободным центром, переизлучателя, установленного на опоре и имеющего возможность менять ориентацию по азимуту в широких пределах (вращаться).

Изобретение относится к радиолокации. Особенностью заявленной цифровой активной фазированной антенной решетки (ЦАФАР) является то, что второй выход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) каждого приемо-передающего модуля (ППМ) через шину данных соединен с восьмым входом программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), десятый выход ПЛИС через шестой выход каждого ППМ и шину данных соединен с третьим входом центрального процессора, при этом центральный процессор для заданного потребителем режима работы ЦАФАР выдает команды установки частоты в первый и второй когерентные СВЧ гетеродины, команды установки периода повторения и длительности зондирующих импульсов в синхронизатор, команды установки начальной фазы и амплитуды сигнала индивидуально для каждого ППМ, общих параметров модуляции сигнала и приемного строба в ПЛИС каждого ППМ.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к преобразовательным приемопередающим модулям (ПППМ), и может быть использовано в радиолокации и системах связи для работы в составе цифровых антенных решеток (ЦАР).

Изобретение относится к радиолокации. Особенностью заявленной цифровой активной фазированной антенной решетки (ЦАФАР) является то, что четвертый выход синхронизатора соединен с третьим входом коммутатора, пятый и шестой выходы синхронизатора соединены с четвертыми входами первого и второго когерентных гетеродинов, при этом центральный процессор для заданного потребителем режима работы ЦАФАР выдает команды установки начальной частоты и крутизны линейной частотной модуляции в первый и второй когерентный СВЧ гетеродин, команды установки периода повторения и длительности зондирующих импульсов в синхронизатор, команды установки начальной фазы и амплитуды сигнала индивидуально для каждого приемо-передающего модуля (ППМ), параметров модуляции сигнала и приемного строба в программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) каждого ППМ.

Представлена антенная система базовых станций для использования в глобальных спутниковых навигационных системах. Антенная система включает в себя антенну, расположенную над высокоимпедансным емкостным экраном (ВИЕЭ).

Настоящее изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке устройств для сложения излученной мощности двух и более антенн диапазона электромагнитных волн с частотой менее 0,3 кГц, т.е. с длинами волн, превышающими 1000 км. Предложено аналитическое выражение для определения величины фазового угла для коррекции фаз сигналов крайненизкочастотного диапазона при сложении этих сигналов в точке приема, учитывающее специфическую особенность ближней зоны распространения электромагнитных волн, заключающуюся в том, что напряженности электрической и магнитной составляющих в этой зоне не синфазны. 1 ил.

Наверх