многочастотная антенная решётка для формирования последовательности импульсных сигналов в пространстве

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 между соседними элементами АР является постоянной величиной. При этом скорость изменения разности фаз в элементах АР будет пропорциональна 2i 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 =F _max/ ₀ - относительная полоса частот;

₀ - средняя частота сигнала;

F _max - ширина полосы многочастотного сигнала;

D - линейный размер решетки;

₀ - 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;

_j, _m - начальные фазы сигналов, излучаемых элементами решетки;

_Гj=k_jr_j, _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;

_j, _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; ₀=6·10⁹ МГц. Частоты сигналов, излучаемых элементами решетки увеличиваются от первого элемента к N-му, а величина дискрета по частоте между соседними элементами составляет =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 .

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 ₁= _ср1/D, где _ср - средняя длина волны многочастотного сигнала. При этом длительность сформированного импульса составит _u=1/F _max, а частота повторения импульсов будет равна величине минимального частотного дискрета .

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.