Результат интеллектуальной деятельности: Способ формирования пеленгационных диаграмм направленности в антенне кругового электронного сканирования

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в прицельных радиолокационных станциях.

Известен «Способ формирования зоны обзора пространства в радиолокационной станции с электронным управлением лучом» (RU 2379801 С1, опубл. 20.01.2010 г., МПК H01Q 21/00).

Способ основан на изменении фазового распределения в апертуре антенны радиолокационной станции путем электронного управления фазовым сдвигом СВЧ сигнала в каждом излучателе антенны. Для достижения возможности расширения зоны обзора РЛС за пределы сектора сканирования антенну радиолокационной станции устанавливают на поворотное устройство таким образом, что нормаль к апертуре антенны образует с осью вращения поворотного устройства угол α>0° и осуществляют вращение антенны вокруг его оси на угол β, изменяющийся в пределах от 0° до 360° так, что нормаль к апертуре антенны описывает конус с углом при вершине, равный 2α. Производят изменение фазового распределения в апертуре антенны с учетом величины угла α и изменения положения поворотного устройства относительно первоначального угла β, формируют зону электронного сканирования, а суммируя зоны обзора, полученные при вращении антенны на поворотном устройстве и при ее электронном сканировании, образуют полную зону обзора радиолокационной станции.

Известен также способ, описанный в Главе 2.7 Цилиндрические и кольцевые ФАР с электрическим сканированием луча («Проектирование фазированных антенных решеток» под редакцией д.т.н., проф. Д.И. Воскресенского, издательство «Радиотехника», Москва 2012 г., стр. 247-265), основанный на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, разделении цилиндрической поверхности антенны на несколько фиксированных одинаковых сегментов числом не менее четырех, каждый из которых возбуждается отдельным СВЧ-распределителем, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели.

Недостатками этого способа являются:

- ограниченность мгновенного сектора сканирования величиной ±(45÷60)° вследствие разбиения всей апертуры антенны на отдельные фиксированные сегменты, зоны электронного сканирования которых в совокупности охватывают круговую зону;

- необходимость использования механических либо электрических коммутаторов для подключения других сегментов;

- изменение характеристик излучения антенны при сканировании в каждом парциальном секторе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу формирования пеленгационных ДН в антенне кругового электронного сканирования (АКЭС) является «Способ формирования круговой зоны электронного сканирования цилиндрической антенны» (патент RU 2619445 С1, опубл. 15.05.2017 г, МПК H01Q 21/00), основанный на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей, выделении при любом направлении луча внутри этого углового сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели. Причем, при любом направлении луча выделяют внутри углового сектора активные линейки излучателей, подводя к ним сигнал посредством электронного включения, а для синфазного сложения излученных полей в направлении луча антенны изменяют фазы сигналов, подводимых к активным линейкам излучателей, на величины

где: i - номера активных линеек излучателей;

λ - длина волны в среде распространения излученного поля;

R - радиус цилиндра;

ϕ₀ - направление луча антенны в азимутальной плоскости;

ϕ_i - угловое направление оси ДН i-той активной линейки излучателей в азимутальной плоскости;

ψ_i - начальная фаза СВЧ-сигнала, подводимого к i-той активной линейке излучателей.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности одновременного формирования двух диаграмм направленности - суммарной и разностной.

Задачей предлагаемого способа является достижение возможности одновременного формирования двух приемных диаграмм направленности (ДН) - суммарной и разностной при нечетном числе активных линеек излучателей.

Техническим результатом является обеспечение соосности формируемых приемных ДН в круговом секторе электронного сканирования при нечетном числе активных линеек излучателей.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что способ формирования пеленгационных ДН (суммарной и разностной одновременно) в АКЭС основан на размещении на цилиндрической поверхности антенны излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей для любого направления луча антенны, выделении внутри этого углового сектора N активных линеек излучателей, подводя к ним СВЧ-сигнал посредством электронного включения, и излучении плоского поля путем электронного управления вносимым фазовым сдвигом СВЧ-сигналов, проходящих через излучатели, на величину:

где: i - номера активных линеек излучателей;

λ - длина волны в среде распространения излученного поля;

R - радиус цилиндра;

ϕ₀ - направление луча антенны в азимутальной плоскости;

ϕ_i - угловое направление оси ДН i-той активной линейки излучателей в азимутальной плоскости;

ψ_i - начальная фаза СВЧ-сигнала, подводимого к i-той активной линейке излучателей;

в результате чего формируется суммарная ДН антенны кругового электронного сканирования.

Новым в заявляемом способе формирования пеленгационных ДН антенны кругового электронного сканирования (АКЭС) на прием является то, что номера активных линеек излучателей i изменяют в интервале от 1 до N, где N - нечетное число, определяют центральную активную линейку излучателей внутри выбранного углового сектора, а принятый каждой из N активных линеек излучателей СВЧ-сигнал разделяют на два одинаковых по модулю и фазе сигнала - первый и второй , при этом для формирования на прием суммарной ДН объединяют СВЧ-сигналы от N активных линеек излучателей, изменяя их фазы на величины

где τ_i - начальная фаза СВЧ-сигнала, принятого i-той активной линейкой излучателей,

а для формирования на прием разностной ДН объединяют СВЧ-сигналы , от N-1 активных линеек излучателей, где N-1 число активных линеек излучателей без центральной линейки, изменяя их фазы при i≤(N-1)/2 на величины

а при i>(N+1)/2 - на величины

причем величину γ - фазовый коэффициент - выбирают в интервале от 0° до 360° произвольным образом, уменьшают до нуля амплитуду СВЧ-сигнала центральной излучающей линейки выбранной группы, а для формирования пеленгационных диаграмм направленности в других направлениях все вышеперечисленные операции повторяют для нового направления приемных диаграмм направленности.

На фиг. 1 изображен пример формирования группы из N активных линеек излучателей, где введены следующие обозначения:

R - радиус цилиндрической поверхности, на которой размещены линейки излучателей АКЭС;

ϕ_н и ϕ_к - границы выбранного углового сектора, в котором располагаются линейки излучателей, которые могут быть использованы для формирования требуемых приемных ДН;

ϕ₀ - направление оси приемных ДН;

ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃, …, ϕ_N ^_ угловые положения активных линеек излучателей.

На фиг. 2 изображен пример формирования пеленгационных ДН при N=9. Серым цветом выделен центральный излучатель с подключенными к нему устройствами.

Антенна кругового электронного сканирования (АКЭС), реализующая предлагаемый способ, состоит из активных 1 и пассивных 2 линеек излучателей (фиг. 1), размещенных на цилиндрической поверхности АКЭС эквидистантно, устройств разделения 3 принятого каждой линейкой излучателей СВЧ-сигнала на два одинаковых по модулю и фазе и , электронных устройств включения и управления фазой СВЧ-сигнала 4, размещенных в каждом СВЧ-канале АКЭС, и двух устройств сложения принятых СВЧ-сигналов 5 и 6, причем устройство 5 складывает СВЧ-сигналы и формирует суммарную ДН, а устройство 6 складывает СВЧ-сигналы и формирует разностную ДН.

Формирование пеленгационных ДН в антенне кругового электронного сканирования по предлагаемому способу осуществляется следующим образом:

1. Для любого заданного направления луча ϕ₀ определяют размер углового сектора, в котором располагаются линейки излучателей, которые могут быть использованы для формирования требуемых приемных ДН, и выбирают N линеек излучателей, причем N - величина нечетная.

2. Принятый каждой из N линеек излучателей СВЧ-сигнал разделяют на два одинаковых по модулю и фазе СВЧ-сигнала - первый и второй .

3. Определяют фазовые сдвиги для N линеек излучателей в соответствии с математическим выражением 1 для формирования суммарной ДН и в соответствии с математическими выражениями 2÷3 для формирования разностной ДН.

4. Обеспечивают сложение N сигналов и сложение N сигналов , одновременно изменяя фазы суммируемых сигналов на определенные по выражениям 1÷3 фазовые сдвиги. Кроме того, уменьшают до нуля СВЧ-сигнал центральной линейки излучателей, поступающий на вход устройства сложения сигналов 6, например, за счет выключения в этом канале электронного устройства включения и управления фазой СВЧ-сигнала 4. Тем самым, формируются суммарная ДН на выходе устройства 5 и разностная ДН на выходе устройства 6. А использование одних и тех же линеек излучателей для формирования обеих ДН обеспечивает их соосность.

5. Формируют круговую зону формирования пеленгационных ДН в АКЭС, последовательно или в произвольном порядке изменяя заданное направление приемных ДН, для каждого значения которого необходимо выполнить операции 1÷4.

В результате перечисленных действий обеспечивается формирование на прием пеленгационных ДН в АКЭС, а также обеспечивается соосность приемных ДН, т.е. совпадение по направлению оси суммарной ДН с пеленгом разностной ДН.

Кроме того, при реализации заявляемого способа дополнительно достигается практически безинерционное в произвольном порядке перемещение пеленгационных ДН в круговой зоне электронного сканирования.