Способ управления фазовым распределением фазированной антенной решетки

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в фазированных антенных решетках (ФАР), построенных на ферритовых фазовращателях

Известно «Устройство управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке» (RU 6947 U1 опубл. 10.06.1998 г. МПК H01Q 3/26) Устройство управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке, содержащее ферритовые фазовращатели с запоминаем фазового сдвига, формирователи управляющих импульсов напряжения изменяемой длительности, число которых равно числу одновременно управляемых фазовращателей, а выход каждого формирователя управляющих импульсов присоединен к управляющему входу соответствующего фазовращателя, генератор импульсов эталонных временных интервалов и дешифратор адресов, выходы которых соединены с соответствующими входами всех формирователей, а вход - с выходом источника внешней информации. Дополнительно в устройство управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке введено запоминающее устройство, информационный выход которого подключен к информационным входам всех формирователей, а первый информационный вход запоминающего устройства, объединенный с информационным входом дешифратора адресов, и второй информационный вход запоминающего устройства связаны соответственно с первым и вторым выходом источника внешней информации. Кроме того, генератор импульсов эталонных временных интервалов выполнен в виде генератора периодической последовательности импульсов с частотой следования

где τ_max - максимальное значение длительности управляющих импульсов, при которой у всех фазовращателей устанавливается сдвиг фазы Ф≥2π; Nτ - число дискретов квантования длительности τ_max.

В этом устройстве в качестве исходной информации для формирования управляющих импульсов записывается код длительности импульса, зависящий от требуемого сдвига фазы, для каждого управляемого фазовращателя в соответствии с его индивидуальной фазовременной характеристикой.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Устройство управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке» (RU 2276435 С1 опубл. 10.05.2006 г. МПК H01Q 3/26) в описании которого изложен способ управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке. Это устройство содержит ферритовые фазовращатели с запоминанием фазового сдвига, формирователи импульсов управления изменяемой длительности, число которых равно числу одновременно управляемых фазовращателей К

где N - число фазовращателей в антенной решетке; n - число тактов фазирования антенной решетки;

генератор импульсов эталонных временных интервалов, выполненный в виде генератора периодической последовательности импульсов с частотой следования

где τ_max - максимальное значение длительности управляющих импульсов, при которой у всех фазовращателей устанавливается сдвиг фазы Ф≥2π, N_τ - число дискретов квантования длительности τ_max.

Выход генератора импульсов эталонных временных интервалов соединен с первыми входами формирователей импульсов управления, импульсные источники питания, число которых равно n, дешифратор адресов, выход которого объединен с первым входом запоминающего устройства и со вторыми входами формирователей импульсов управления, первый вход дешифратора адресов соединен с первым выходом источника внешней информации, запоминающее устройство, информационный выход которого подключен к третьим информационным входам всех формирователей импульсов управления, второй информационный вход запоминающего устройства объединен со вторым информационным входом дешифратора адресов и соединен со вторым выходом источника внешней информации. Кроме того, устройство содержит генератор случайных чисел, многоканальный коммутатор стробов тактов, число каналов которого равно числу тактов фазирования антенной решетки n, многоканальный коммутатор импульсов управления, число каналов которого равно числу тактов фазирования антенной решетки n, при этом выход генератора случайных чисел соединен с управляющими входами многоканального коммутатора импульсов управления и многоканального коммутатора стробов тактов, выходы формирователей импульсов управления соединены с входами многоканального коммутатора импульсов управления, а выходы многоканального коммутатора импульсов управления соединены с первыми выводами управляющей обмотки фазовращателей, выходы импульсных источников питания соединены со вторыми выводами управляющей обмотки фазовращателей, выходы многоканального коммутатора стробов тактов соединены с управляющими входами импульсных источников питания, входы многоканального коммутатора стробов тактов соединены с генератором стробов тактов, расположенным в источнике внешней информации.

Время фазирования разбивают на несколько тактов, причем за каждый такт фазируют 1/n общего числа фазовращателей, где n≥1, вычисляют и записывают коды фаз по азимуту

где λ - длина волны, j - номер фазовращателя по строке, dy - шаг антенной решетки по горизонтали, θy - угол отклонения луча по азимуту.

Последовательно для всех фазовращателей строки фазированной антенной решетки вычисляют и записывают коды фаз по углу места

где λ - длина волны, i - номер фазовращателя по столбцу, dz - шаг антенной решетки по горизонтали, θz - угол отклонения луча по углу места, суммируют коды фазы по азимуту и коды фаз по углу места, запоминают сумму кодов фазы по азимуту и кодов фазы по углу места с заранее определенным кодом адреса, суммарный код фазы корректируют с учетом нелинейности характеристик фазовращателей, преобразуют полученные значения кодов фаз в импульсы управления фазовращателям. Порядок фазирования определяется случайным числом по тактам фазовращателей, подключенных к формирователю импульсов управления.

Недостатками известных устройств являются низкая точность фазирования.

Технический результат состоит в повышении точности фазирования.

Сущность предлагаемого способа управления фазовым распределением фазированной антенной решетки заключается в том, что время фазирования разбивают на несколько тактов, причем за каждый такт фазируют 1/n общего числа фазовращателей, где n≥1, вычисляют и записывают коды фаз по азимуту

где λ - длина волны, j - номер фазовращателя по строке, dy - шаг антенной решетки по горизонтали, θy - угол отклонения луча по азимуту, последовательно для всех фазовращателей строки фазированной антенной решетки вычисляют и записывают коды фаз по углу места

где λ - длина волны, i - номер фазовращателя по столбцу, dz - шаг антенной решетки по горизонтали, θz - угол отклонения луча по углу места, суммируют коды фазы по азимуту и коды фаз по углу места, запоминают сумму кодов фазы по азимуту и кодов фазы по углу места с заранее определенным кодом адреса, суммарный код фазы корректируют с учетом нелинейности характеристик фазовращателей, преобразуют полученные значения кодов фаз в импульсы управления фазовращателям.

Новыми признаками, обеспечивающими достижение заявляемого эффекта являются следующие: перед разбивкой времени фазирования на несколько тактов, подают импульсы тока на фазовращатели, выводя их на предельный гистерезисный цикл, переводящий фазовращатели в состояние соответствующее максимальной намагниченности, принимаемое за ноль отсчета фазы, а формирование фазового распределения фазированной антенной решетки осуществляют импульсами управления фазовращателями, подаваемыми одновременно на фазируемые в каждом такте фазовращатели.

На чертеже приведен пример функциональной схемы системы фазирования антенной решетки.

Приведем пример способа управления фазовым распределением фазированной антенной решетки размерностью S-строк и R-столбцов, в которой S - четное число, на каждые две строки фазовращателей (5) приходится одно устройство управления (3) (УУ) и задано число тактов фазирования n=4. Блок управления (1) (БУ) получает и запоминает сигнал пропорциональный cosθ_y, cosθ_z и форме луча. После этого блок управления (1) формирует и передает в устройство согласующее (2) (УС) строб обнуления, пропорциональный времени, в течении которого необходимо приложить к обмотке обнуления фазовращателей (5) напряжение для достижения состояния максимальной намагниченности. Устройство согласующее (2) распределяет сигнал строба обнуления на S/2 устройств управления (3), в каждом устройстве управления сигнал строба обнуления поступает на импульсный источник напряжения обнуления, в результате чего на обмотку обнуления фазовращателей (5) поступает напряжение обнуления в течение времени пропорционального стробу обнуления и фазовращатели (5) выводятся на предельный гистерезисный цикл, соответствующий состоянию максимальной намагниченности, принимаемому за ноль отсчета фазы.

После завершения операции обнуления выполняется разбивка времени фазирования фазированной антенной решетки в соответствии с заданным числом тактов фазирования (для примера раннее выбрано равным 4), после чего последовательно для каждого такта 1..n выполняются следующие операции:

1. Блок управления (1) преобразует запомненный ранее сигнал пропорциональный cosθ_y, cosθ_z и форме луча в коды фазы строки для S-строк и коды фазы столбца для R-столбцов и передает в генератор (4) код пропорциональный литере частоты излучения.

2. Через электронную распределительную систему устройства согласующего (2) коды фазы для каждой строки s (1≤s≤S) поступают в суммирующее устройство устройства управления (3), соответствующее s-строке.

3. Через электронную распределительную систему устройства согласующего (2) код фазы для столбца r (1≤r≤R) поступает в суммирующие устройства всех S строк.

4. Суммирующее устройство, входящее в устройство управления (3), соответствующего строке s, формирует и запоминает сумму кодов фазы строки s и столбца r. Эта сумма пропорциональна фазовому сдвигу фазовращателя (5) находящегося в строке s и столбце r.

5. Устройство управления (3) корректирует суммарные коды с учетом нелинейности характеристик фазовращателей и подает сигнал, пропорциональный рассчитанным кодам, на соответствующие текущему такту фазирования входы импульсного многоканального источника напряжения управления фазовращателями. С выходов многоканального источника напряжения управления УУ (3) импульсы напряжения управления одновременно поступают на обмотки управления группы фазовращателей (1/n общего числа фазовращателей), соответствующей текущему такту фазирования антенной решетки.