устройство формирования мощных широкополосных импульсных сигналов на антенной решетке отражательного типа

Формула изобретения

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 ₃=d/(V_скR), где d - расстояние между соседними переизлучающими элементами, V_ск - скорость сканирования диаграммы направленности, R - дальность от центра сканирующей антенны.

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

f_о - 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 [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;

_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-то элементов решетки до заданной в пространстве точки;

_j, _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 f=10 МГц.

Как следует из полученного распределения, данное устройство обеспечивает регулярный обзор пространства, причем частота повторения этого обзора соответствует частоте дискрета f.

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 _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.