×
10.12.2014
216.013.0dc3

УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МНОГОЧАСТОТНОГО СИГНАЛА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации, в системах связи и других устройствах, в которых используются последовательности мощных радиоимпульсов. Техническим результатом является повышение импульсной мощности излучаемых сигналов. Для этого устройство формирования мощных импульсных сигналов на основе метода пространственно-временного преобразования многочастотного сигнала содержит сканирующую многочастотную антенную решетку (1), состоящую из изотропных в плоскости сканирования излучателей, приемную антенную решетку (2), состоящую из волноводных рупоров, элементы которой (рупоры) расположены внутри сверхразмерного волновода (6) в секторе углов 360°, линий задержки (3), фазовращателей (4) и передающей антенной решетки (5). 5 ил., 1 табл.
Основные результаты: Устройство формирования мощных импульсных сигналов на основе метода пространственно-временного преобразования многочастотного сигнала, содержащее излучающую сканирующую многочастотную антенную решетку, приемную антенную решетку, состоящую из приемных элементов, обе решетки находятся в сверхразмерном волноводе, линии задержки, фазовращатели и излучающую антенную решетку, состоящую из излучающих элементов, выходы приемных элементов соединены с входами линий задержки, выходы линий задержки соединены с входами фазовращателей, выходы фазовращателей соединены с входами излучающих элементов, сканирующая многочастотная антенная решетка является облучателем приемной антенной решетки, а линии задержки предназначены для компенсации разницы времени попаданий максимума импульсного сигнала, формируемого при сканировании диаграммы направленности облучателя, на входы соседних приемных элементов, отличающееся тем, что сканирующая многочастотная антенная решетка состоит из ненаправленных в плоскости сканирования элементов, расстояние между центрами которых равно половине средней длины волны сигнала, а приемная решетка расположена по окружности, центр которой совпадает с серединой сканирующей многочастотной антенной решетки.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в радиолокации, в системах связи и других устройствах, в которых используются последовательности мощных радиоимпульсов.

Уровень техники

Известно устройство для формирования мощных широкополосных и сверхширокополосных радиоимпульсов - пространственно-временной преобразователь (ПВП) [1].

Структурная схема известного устройства приведена на фиг.1. Антенная решетка (1) излучает непрерывный сигнал и формирует сканирующую диаграмму направленности (ДН), которая последовательно облучает элементы приемной решетки (2). Элементами решеток (1) и (2) являются рупорные антенны. С помощью линий задержки (3) в каналах решетки (2) сигнал, излученный решеткой (1) за время сканирования tck, излучается выходной апертурой решетки (5) в течение времени облучения сканирующей ДН одного элемента решетки (2). Накопление энергии, принятой решеткой (2), за время сканирования происходит в линиях задержки.

Коэффициент накопления энергии равен отношению времени сканирования tck к длительности излучаемого импульса.

Плотность потока мощности (вектор Пойнтинга), излучаемая решеткой (1), составляет:

где S1 - эффективная площадь одного элемента решетки (1), N - количество элементов решетки (1), R - расстояние между решетками (1) и (2), Pi - мощность, подводимая к каждому элементу решетки (1). Площадь раскрыва входного элемента (2) выбирается исходя из соотношения:

S=λ2R2/(S1N),

то есть площадь элемента антенны (2) равна площади сечения ДН (1) по уровню 3 дБ. Импульсная мощность, подводимая к элементу решетки (2), составляет ~NPi. Выходная апертура (5), с помощью фазовращателей (4), обеспечивает синфазное излучение импульсных сигналов. При одинаковом числе элементов решеток (1) и (2), импульсная мощность, излучаемая решеткой (5), будет равна:

P≈N2Pi

Т.е. выходная импульсная мощность, излучаемая устройством на основе ПВП, пропорциональна N2 (квадрату числа элементов сканирующей решетки (1)).

В качестве прототипа выбрано устройство [2], отличающееся, во-первых, тем, что с целью снижения потерь энергии между решетками (1) и (2), обусловленных излучением в свободное пространство (мимо апертуры (2)), обе решетки помещены между двумя металлическими плоскостями, образующими сверхразмерный волновод (фиг.2, фиг.3). Во-вторых, в этом устройстве, для получения максимально возможной скорости сканирования в качестве решетки (1) используется линейная эквидистантная многочастотная антенная решетка (МЧАР) [3,4].

Сканирование ДН МЧАР реализуется за счет возбуждения элементов решетки (1) разночастотными сигналами с монотонным изменением частот сигналов по элементам апертуры f1=f1+Δf(i-1), где fi - частота сигнала, излучаемая i-м элементом решетки (i=1…N); f1 - частота сигнала, излучаемого первым элементом решетки; Δf - дискрет частоты. Этот способ сканирования, в частности, был реализован в США в проекте MOSAR фирмой General Electric, а так же запатентован во Франции в 1973 г. [5]. Скорость сканирования ДН МЧАР можно представить как:

,

где Θм - направление на главный максимум ДН, отсчитываемое от оси нормали к оси решетки (1); Δω - разность циклических частот между соседними элементами решетки (1); k0 - волновое число на средней частоте излучаемого спектра; d - расстояние между центрами соседних элементов решетки (1); D - расстояние между центрами крайних элементов МЧАР; δ=ΔF/F0 - относительная полоса частот многочастотного сигнала; ΔF - ширина излучаемого спектра; F0 - средняя частота спектра.

Основной недостаток прототипа состоит в том, что при формировании мощных импульсов высокая плотность потока энергии приводит к электрическим СВЧ пробоям в сверхразмерном волноводе.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение импульсной мощности излучаемых сигналов.

Решение поставленной задачи достигается использованием в МЧАР ненаправленных в плоскости сканирования излучающих элементов с расстоянием между центрами соседних элементов, равным половине средней длины волны многочастотного сигнала. В результате линейная МЧАР формирует двухлучевую ДН, оба луча которой сканируют одновременно в двух полуплоскостях симметрично относительно оси МЧАР. Таким образом, энергия, излучаемая решеткой, равномерно распределяется между двумя лучами ДН, что снижает плотность потока энергии в сверхразмерном волноводе в два раза, позволяя в два раза повысить мощность излучаемых импульсных сигналов.Описание чертежей

На фиг.1 показана структурная схема прототипа изобретения. На фиг.2 приведена фотография экспериментального образца ПВП прототипа изобретения. Эскиз сверхразмерного волновода ПВП прототипа в разрезе показан на фиг.3. На фиг.4 приведена структурная схема изобретения. На фиг.5 изображен вариант реализации изобретения в аксонометрии в разрезе, параллельном плоскости сканирования.

Осуществление изобретения

Устройство (фиг.4) содержит сканирующую МЧАР (1), состоящую из изотропных в плоскости сканирования излучателей с расстоянием между центрами соседних излучателей, равным половине средней длины волны многочастотного сигнала, приемную антенную решетку (2), состоящую из волноводных рупоров, элементы которой (рупоры) расположены внутри сверхразмерного волновода (6) в секторе углов 360°, линии задержки (3), фазовращатели (4) и передающую антенную решетку (5).

Устройство работает следующим образом.

Сканирующая МЧАР (1) излучает непрерывный сигнал и формирует два луча диаграммы направленности, которые сканируют синхронно и симметрично относительно оси МЧАР в сверхразмерном волноводе (6) со скоростью Vck. По окружности радиуса R, центр которой совмещен с серединой МЧАР, располагаются элементы приемной апертуры. При сканировании ДН на выходе каждого приемного элемента формируется импульсный сигнал, форма которого повторяет форму ДН, а длительность равна (где ΘДН - ширина диаграммы направленности антенны). Таким образом, в результате сканирования ДН происходит преобразование спектра пространственных частот, излучаемых антенной, в импульсный сигнал (сигнал, изменяющийся во времени) - пространственно-временное преобразование сигнала.

В результате, на выходе приемных элементов решетки (2) образуются импульсы, сдвинутые относительно друг друга на время , где α - угол между центрами приемных элементов, отсчитываемый из центра МЧАР. С помощью линий задержки, установленных на выходах приемных элементов достигается одновременность появления максимумов на выходах элементов решетки 5. Очевидно, что задержки будут распределены симметрично относительно оси решетки.

Возможен следующий вариант технической реализации изобретения (фиг.5).

Сканирующая МЧАР (1) и приемная решетка (2) располагаются между двух проводящих дисков, образующих сверхразмерный волновод. Поскольку на фиг.5 устойство показано в разрезе, верхний диск отсутствует. МЧАР состоит из 11 элементов, изотропных в плоскости сканирования ДН (плоскости, параллельной дискам), и работает в диапазоне частот 1000-1150 МГц. Расстояние между центрами элементов МЧАР - 137 мм, размер МЧАР - 1,37 м. Расстояние между дисками, образующими сверхразмерный волновод, - 100 мм.

Приемная решетка (2) состоит из 30 Н-секториальных рупоров с размером апертуры 100×419 мм. Раскрывы рупоров расположены на окружности с радиусом 2 м, центр которой совпадает с серединой МЧАР. В качестве линий задержки используются коаксиальные линии, подключенные к рупорам приемной решетки с помощью волноводно-коаксиальных переходов. Расчетные времена задержек и соответствующие им длины коаксиальных линий с воздушным диэлектриком приведены в таблице.

Описанное устройство формирует импульс длительностью ~6,6 нс при скважности ~11. Расчеты были произведены с помощью математических моделей [6, 7].

Таблица
№ канала Время задержки, нс Длина линии задержки,
м
1 0,000 0,200
2 1,601 0,680
3 4,581 1,574
4 8,717 2,815
5 13,787 4,336
6 19,524 6,057
7 25,751 7,925
8 32,244 9,873
9 38,692 11,808
10 45,008 13,702
11 50,834 15,450
12 56,037 17,011
13 60,307 18,292
14 62,986 19,096
15 64,588 19,576
16 64,588 19,576
17 62,986 19,096
18 60,307 18,292
19 56,037 17,011
20 50,834 15,450
21 45,008 13,702
22 38,692 11,808
23 32,244 9,873
24 25,751 7,925
25 19,524 6,057
26 13,787 4,336
27 8,717 2,815
28 4,581 1,574
29 1,601 0,680
30 0,000 0,200

ЛИТЕРАТУРА

1. RU2329576 C1 10.01.2007.

2. Н.В.Воробьев, B.А.Грязнов, И.Н.Воробьев, С.В.Ягольников. Метод пространственно-временного преобразования для формирования мощных широкополосных и сверхширокополосных радиоимпульсов. М. РАН, ИРЭ им.В.А. Котельникова. Сборник докладов IV Всероссийской конференции «Радиолокация и связь», 2010.

3. Воробьев Н.В., Грязнов В.А. Многочастотные антенные решетки для формирования импульсных сигналов // Радиотехника (Журнал в журнале) - 1997 - Вып.26, №11. С.107-108.

4. Кучеров Ю.С., Чапурский В.В. Антенные решетки со сверхбыстрым сканированием луча // «Радиотехника и электроника», том 39, вып.10, 1994.

5. Сканирующая антенна. Заявка на изобретение №2153076. Франция. 1973. 06.01.

6. Аджемов С.С., Воробьев Н.В. Грязнов В.А. Моделирование многочастотных антенных решеток. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ. №2006613973, зарегистрировано 21 ноября 2006 г.

7. Аджемов С.С., Воробьев Н.В., Грязнов В.А. Моделирование пространственно-временных преобразователей многочастотного сигнала. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2006614021. Зарегистрировано 22 ноября 2006 г.

Устройство формирования мощных импульсных сигналов на основе метода пространственно-временного преобразования многочастотного сигнала, содержащее излучающую сканирующую многочастотную антенную решетку, приемную антенную решетку, состоящую из приемных элементов, обе решетки находятся в сверхразмерном волноводе, линии задержки, фазовращатели и излучающую антенную решетку, состоящую из излучающих элементов, выходы приемных элементов соединены с входами линий задержки, выходы линий задержки соединены с входами фазовращателей, выходы фазовращателей соединены с входами излучающих элементов, сканирующая многочастотная антенная решетка является облучателем приемной антенной решетки, а линии задержки предназначены для компенсации разницы времени попаданий максимума импульсного сигнала, формируемого при сканировании диаграммы направленности облучателя, на входы соседних приемных элементов, отличающееся тем, что сканирующая многочастотная антенная решетка состоит из ненаправленных в плоскости сканирования элементов, расстояние между центрами которых равно половине средней длины волны сигнала, а приемная решетка расположена по окружности, центр которой совпадает с серединой сканирующей многочастотной антенной решетки.
УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МНОГОЧАСТОТНОГО СИГНАЛА
УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МНОГОЧАСТОТНОГО СИГНАЛА
УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МНОГОЧАСТОТНОГО СИГНАЛА
УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МНОГОЧАСТОТНОГО СИГНАЛА
УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МНОГОЧАСТОТНОГО СИГНАЛА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 64 items.
20.03.2013
№216.012.3044

Способ обнаружения модификации электронного изображения (варианты)

Изобретение относится к области электросвязи, а именно к информационным технологиям и, в частности, к способам проверки подлинности электронных изображений. Техническим результатом заявляемых решений является повышение вероятности обнаружения модификации электронного изображения. Двухмерное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477891
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.06.2013
№216.012.4df8

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта. Достигаемым техническим результатом является возможность определения нерадиальных проекций вектора скорости цели при низких требованиях к когерентности применяемых сигналов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485542
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4df9

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта. Изобретение может быть использовано как в радиолокации, так и в полицейских измерителях скорости автомобилей. Достигаемым техническим результатом является возможность определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485543
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.51d5

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение относится радиотехнике, а именно к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта. Изобретение может быть использовано как в радиолокации, так и в полицейских измерителях скорости автомобилей. Достигаемым техническим результатом является возможность определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486542
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.08.2013
№216.012.5fda

Способ траекторного управления летательными аппаратами с облетом зон с неблагоприятными метеорологическими условиями

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам траекторного управления летательных аппаратов (ЛА). Способ автоматизации процесса коррекции траектории полета ЛА, осуществляющего движение по заранее запланированному маршруту, при облете опасных зон (зон с неблагоприятными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490170
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.6588

Способ уменьшения шума электронного изображения

Изобретение относится к средствам обработки электронных изображений. Техническим результатом является уменьшение шума электронного изображения. В способе выделяют высокочастотную составляющую значений пикселов компоненты изображения, вычитают из исходных значений пикселов компоненты изображения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491629
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.68e9

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение может быть использовано в радиолокации и измерителях скорости движущихся объектов, автомобилей и др. Достигаемый технический результат - определение нерадиальных проекций вектора скорости цели при низких требованиях к когерентности применяемых сигналов. Указанный результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492504
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.10.2013
№216.012.745a

Сканирующий радиометр

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к сканирующим радиометрам для зондирования земной поверхности и мирового океана. Радиометр содержит подвижную антенну, генератор опорного сигнала, смеситель, гетеродин, УНЧ с прямым и инверсным выходами, N синхронных детекторов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495443
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.11.2013
№216.012.7f9d

Способ перехвата воздушных целей летательными аппаратами

Изобретение относится к наведению летательных аппаратов на воздушные цели (ВЦ). Достигаемый технический результат - повышение ситуационной осведомленности летчика о конечных результатах наведения и упрощение соответствующих вычислений. Указанный результат достигается за счет того, что в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498342
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.8018

Шарнирное волноводное соединение

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в трактах СВЧ для соединения подвижных волноводов. Технический результат - увеличение углов изгиба и скручивание подвижного волноводного соединения (ПВС) при малой длине ПВС, увеличение срока службы ПВС и сокращение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498465
Дата охранного документа: 10.11.2013
Showing 1-10 of 82 items.
20.03.2013
№216.012.3044

Способ обнаружения модификации электронного изображения (варианты)

Изобретение относится к области электросвязи, а именно к информационным технологиям и, в частности, к способам проверки подлинности электронных изображений. Техническим результатом заявляемых решений является повышение вероятности обнаружения модификации электронного изображения. Двухмерное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477891
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.06.2013
№216.012.4df8

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта. Достигаемым техническим результатом является возможность определения нерадиальных проекций вектора скорости цели при низких требованиях к когерентности применяемых сигналов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485542
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4df9

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта. Изобретение может быть использовано как в радиолокации, так и в полицейских измерителях скорости автомобилей. Достигаемым техническим результатом является возможность определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485543
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.51d5

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение относится радиотехнике, а именно к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта. Изобретение может быть использовано как в радиолокации, так и в полицейских измерителях скорости автомобилей. Достигаемым техническим результатом является возможность определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486542
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.08.2013
№216.012.5fda

Способ траекторного управления летательными аппаратами с облетом зон с неблагоприятными метеорологическими условиями

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам траекторного управления летательных аппаратов (ЛА). Способ автоматизации процесса коррекции траектории полета ЛА, осуществляющего движение по заранее запланированному маршруту, при облете опасных зон (зон с неблагоприятными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490170
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.6588

Способ уменьшения шума электронного изображения

Изобретение относится к средствам обработки электронных изображений. Техническим результатом является уменьшение шума электронного изображения. В способе выделяют высокочастотную составляющую значений пикселов компоненты изображения, вычитают из исходных значений пикселов компоненты изображения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491629
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.68e9

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение может быть использовано в радиолокации и измерителях скорости движущихся объектов, автомобилей и др. Достигаемый технический результат - определение нерадиальных проекций вектора скорости цели при низких требованиях к когерентности применяемых сигналов. Указанный результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492504
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.10.2013
№216.012.745a

Сканирующий радиометр

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к сканирующим радиометрам для зондирования земной поверхности и мирового океана. Радиометр содержит подвижную антенну, генератор опорного сигнала, смеситель, гетеродин, УНЧ с прямым и инверсным выходами, N синхронных детекторов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495443
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.11.2013
№216.012.7f9d

Способ перехвата воздушных целей летательными аппаратами

Изобретение относится к наведению летательных аппаратов на воздушные цели (ВЦ). Достигаемый технический результат - повышение ситуационной осведомленности летчика о конечных результатах наведения и упрощение соответствующих вычислений. Указанный результат достигается за счет того, что в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498342
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.8018

Шарнирное волноводное соединение

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в трактах СВЧ для соединения подвижных волноводов. Технический результат - увеличение углов изгиба и скручивание подвижного волноводного соединения (ПВС) при малой длине ПВС, увеличение срока службы ПВС и сокращение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498465
Дата охранного документа: 10.11.2013
+ добавить свой РИД