Способ формирования диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для создания преднамеренных радиопомех большой мощности устройствам приема навигационной аппаратуры потребителей (НАП), работающей по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) и размещаемой на мобильных средствах.

Качество координатно-временного навигационного обеспечения (КВНО) является одним из доминантных факторов, определяющих эффективность применения современного вооружения и военной техники в вооруженных конфликтах. Поэтому важной задачей защиты от средств нападения противника, использующих КВНО, является задача подавления устройств приема НАП ГНСС противника.

Один из эффективных способов ухудшения качества КВНО объекта носителя боеприпасов и снижения эффективности его целевого применения состоит в радиоподавлении НАП ГНСС, либо излучении ложных навигационных сигналов.

Известен мобильный передатчик радиопомех [1], содержащий активную передающую фазированную антенную решетку (АПФАР) [2]. Ширина диаграммы направленности АПФАР в вертикальной плоскости θ_В по уровню 3 дБ приближенно определяется выражением

и при n=8 составляет примерно 13°.

Недостаток известной АПФАР состоит в провале диаграммы направленности в вертикальной плоскости, так как она предназначена только для подавления устройств приема НАП ГНСС наземных целей, а также невозможности оперативного управления диаграммой направленности, поскольку в этой АПФАР выравнивание фаз сигналов обеспечивается путем подбора длин коаксиальных кабелей.

Целью предлагаемого изобретения является способ увеличения ширины диаграммы направленности АПФАР в вертикальной плоскости и обеспечения возможности оперативного управления диаграммой направленности.

Технический результат предлагаемого способа состоит в расширении зоны подавления устройств приема НАП ГНСС, как наземных так и воздушных, и оперативном управлении диаграммой направленности.

Технический результат обеспечивается тем, что необходимая диаграмма направленности активной фазированной антенной решетки, содержащей формирователь синхронных помеховых сигналов, вертикальную антенную решетку, содержащую K антенн, K-1 фазовращателей, блок управления фазовращателями, обеспечивает формирование диаграммы направленности с помощью фазовращателей, создающих сдвиги фаз излучаемых сигналов по правилу Δϕ, 2Δϕ, …, (K-1)Δϕ, начиная со второй антенны, которые можно реализовать способом цифрового формирования требуемой диаграммы направленности путем выбора лишь одного параметра Δϕ.

На фиг. 1 показана укрупненная функциональная схема устройства, реализующего способ формирования диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки, на фиг. 2 приведена диаграмма направленности АПФАР с синхронным излучением, на фиг. 3 приведена диаграмма направленности АПФАР, формируемая предлагаемым способом.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит формирователь синхронных помеховых сигналов 1, вертикальную антенную решетку 2, имеющую горизонтально расположенные антенны 2₁, 2₂, …, 2_k, где k=1, 2, …, K, фазовращатели 3₁ 3₂, …, 3_k-1, создающие сдвиги фаз Δϕ, 2Δϕ, …, (K-1)Δϕ, блок управления фазовращателями 4.

Антенна 2₁ соединена с формирователем синхронных помеховых сигналов 1. Антенны 2₂, …, 2_k соединены с формирователем синхронных помеховых сигналов 1 через фазовращатели 3₁ 3₂, …, 3_k-1, которые в свою очередь соединены с блоком управления фазовращателями 4.

Наличие фазовращателей 3₁ 3₂, …, 3_k-1 в каналах АПФАР обеспечивает возможность расширения диаграммы направленности в вертикальной плоскости. С помощью блока управления фазовращателями 4 путем подбора одного параметра обеспечивается оперативное управление фазовращателями 3₁, 3₂, …, 3_k-1, реализуемое способом цифрового формирования [3].

Для примера рассчитана диаграмма направленности вертикальной АПФАР, имеющей горизонтально расположенные антенны 2₁, 2₂, …, 2_k в виде полуволновых вибраторов. Диаграмма направленности определяется формулой [4]

где U_k - сигнал от k-го антенного элемента, λ - длина волны, d_k - расстояние от антенного элемента относительно фазового центра антенной решетки, θ - направление фронта волны.

На Фиг. 2 приведена форма диаграммы направленности в вертикальной плоскости вертикальной АПФАР с 8 горизонтально расположенными антеннами 2₁, 2₂, …, 2₈ без сдвига фаз, т.е U_k=1, k=1, 2, …, 8. В качестве антенн использовались полуволновые вибраторы, расположенные друг от друга на расстояниях, равных 0,2 длины волны.

Из диаграммы видно, что она имеет два лепестка в горизонтальных направлениях θ=0° и θ=180°, шириной ±20°, величиной до 18дБ, и провал в вертикальном направлении шириной более 120° и глубиной до 15дБ, что значительно ослабляет уровень помех для устройств приема НАП ГНСС в этом направлении.

На Фиг. 3 приведена форма диаграммы направленности в вертикальной плоскости вертикальной АПФАР с 8 горизонтально расположенными антеннами 2₁, 2₂, …, 2₈ в виде полуволновых вибраторов, в которой фазовращатели 3₁, 3₂, …, 3₇, начиная с антенны 2₂, создают сдвиги фаз излучаемых сигналов на 8°, 16°, …, 56°. В этом случае

U_k=ехр[j2π(k-1)Δϕ/360],

где Δϕ=8°.

Из диаграммы видно, что она имеет один лепесток шириной около 180° с неравномерностью 6 дБ.

Таким образом, предложенный способ формирования необходимой диаграммы направленности позволяет обеспечить непрерывность зоны подавления устройств приема НАП ГНСС по мере увеличения высоты его полета и уменьшения дальности до постановщика помех.

Литература

1. Журавлев А.В. Новые способы обеспечения электромагнитной совместимости техники радиоподавления и аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем. - Воронеж. Издательско-полиграфический центр «Научная книга». 2017 г. 152 с.

2. Патент №82693 РФ, МКПО 14-03. Активная передающая фазированная антенная решетка / Журавлев А.В., Ревнев С.Н., Киселев А.П., Красов Е.М. (РФ); Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» (РФ). - №2011503610; Заявлено 23.11 2011. Опубл. 16.08.2012, Бюл. №8, - 4 с.: 4 ил.

3. Гуськов Е.Н. и др. Патент RU 2516683 Способ цифрового формирования диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки. Заявл. 07.10.2012. Опубл. 20.05.2014. Бюл. №14. 22 с.

4. Монзинго Р.А. Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию:. Пер. с англ.. - М.: Радио и связь, 1986. - 448 с.