01.07.2020
220.018.2d91

Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к антеннам или антенным системам с изменяющейся ориентацией диаграммы направленности и может быть использовано для формирования равносигнального направления в радиосистемах автосопровождения скоростных летательных аппаратов и объектов. Для формирования в зеркальной антенне равносигнального направления на отражающей поверхности рефлектора устанавливают пассивные рассеиватели, управляемые с блока управления. Реализация изобретения не требует применения специальных антенных облучателей и обеспечивает возможность многократного включения-выключения режима формирования равносигнального направления без изменения конструкции антенны. Отсутствие инерционных элементов в конструкции пассивных рассеивателей позволяет проводить операции по формированию равносигнального направления с высоким быстродействием. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к антеннам или антенным системам с изменяющейся ориентацией диаграммы направленности и может быть использовано для формирования равносигнального направления в радиосистемах автосопровождения скоростных летательных аппаратов и объектов.

Известен способ управления диаграммой направленности (ДН) с помощью размещения на зеркальной поверхности антенны пассивных рассеивателей [1]. В известном изобретении, целью которого является подавление пространственных помех, при известной функции нормированного амплитудного распределения электромагнитного поля в плоской апертуре антенны формируют множество двумерных ортонормированных полиномов и определяют, какие изменения необходимо внести в фазовое распределения поля в плоской апертуре антенны, чтобы обеспечить максимальный провал в ДН в направлении прихода помех. Определяют координаты точек на зеркальной поверхности антенны, в которые необходимо поместить пассивные рассеиватели, и значения вносимых рассеивателями фазовых сдвигов, обеспечивающих формирование требуемых изменений фазового распределения электромагнитного поля в плоской апертуре антенны.

К недостаткам известного изобретения относится то, что в нем не рассмотрена возможность управления направлением главного лепестка ДН с помощью размещения пассивных рассеивателей на зеркальной поверхности антенны.

Признаки патентуемого изобретения, совпадающие с признаками известного изобретения:

- управление ДН путем размещения на зеркальной поверхности антенн пассивных рассеивателей;

- определение величины изменений, которые необходимо внести в фазовое распределение поля в плоской апертуре антенны, чтобы обеспечить формирование необходимой ДН;

- определение положения точек на зеркальной поверхности антенны, в которые помещают центры пассивных рассеивателей;

- определение необходимых величин, вносимых пассивными рассеивателями фазовых сдвигов.

Известно изобретение - способ формирования пеленгационной характеристики апертурной антенны [2], которое принято за прототип патентуемого изобретения. В известном изобретении равносигнальное направления ДН и симметрию пеленгационной характеристики обеспечивают симметричными относительно равносигнального направления отклонениями направления главного луча ДН. Управляют направлением главного луча ДН с помощью специализированных облучателей: либо рупорного облучателя, в котором возбуждают две различных моды электромагнитных волн, либо составного облучателя, состоящего из нескольких слабонаправленных излучателей установленных вблизи центрального рупора.

Недостатком прототипа является то, что для его использования в уже находящихся в эксплуатации зеркальных антеннах, необходимы замена или доработка облучающего устройства.

Признак патентуемого изобретения, совпадающий с признаком прототипа - формирование равносигнального направления обеспечивают симметричными относительно равносигнального направления отклонениями направления главного луча ДН.

Настоящее изобретение - способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления решает задачу формирования равносигнального направления путем использования пассивных рассеивателей.

Технический результат настоящего изобретения - обеспечение формирования равносигнального направления без применения специальных антенных облучателей и обеспечение возможности многократного включения-выключения режима формирования равносигнального направления без изменения конструкции антенны. Отсутствие инерционных элементов в конструкции пассивных рассеивателей позволяет проводить операции по формированию равносигнального направления с высоким быстродействием.

Сущность патентуемого изобретения поясняется описанием, чертежами и рисунками, на которых представлены:

Фиг. 1. Структурная схема зеркальной антенны с пассивными рассеивателями и блоком управления.

Фиг. 2. Расположение локальных областей Ω1i в плоскости апертуры рефлектора

Фиг. 3. К выделению локальных зон Ω2i на поверхности рефлектора.

Фиг. 4. Щелевой рассеиватель.

Фиг. 5. Направления главного лепестка ДН в плоскости у=0.

На фиг. 1-5 введены следующие обозначения:

1 - рефлектор; 2 - облучатель; 3i - пассивный рассеиватель под номером i; 4 - блок управления; щелевой рассеиватель 5; 6 - диэлектрическая пластина; 7 - щель; 8 - металлизация; 9 - СВЧ ключ; r - радиус апертуры рефлектора; X,Y,Z - оси координат рефлектора 1, ось Z является фокальной осью рефлектора, оси X, Y лежат в плоскости апертуры; θрс - координата равносигнального направления, заданная в сферических координатах точки наблюдения (θ, ϕ); θ0 - величина отклонения направления главного луча ДН от фокальной оси рефлектора, используемая при формировании равносигнального направления θрс; Ω1i - локальная область под номером i в плоскости апертуры рефлектора; Ω2i - локальная область под номером i на отражающей поверхности рефлектора 1; (η1, 0) - координаты в плоскости апертуры рефлектора центра локальной области Ω11; (0, η2) - координаты в плоскости апертуры рефлектора 1 центра локальной области Ω12; (-η0) - координаты в плоскости апертуры рефлектора 1 центра локальной области Ω13; (0, η2,) координаты в плоскости апертуры рефлектора 1 центра локальной области Ω14; L, Н, d - размеры диэлектрической пластины 6; ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрической пластины 6; λ - длина волны в воздухе на рабочей частоте зеркальной антенны.

Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления включает создание зеркальной антенны, состоящей, как показано на фиг. 1, из рефлектора 1, представляющего собой параболоид вращения с плоской круговой апертурой радиуса r, облучателя 2, размещенного на оси Z рефлектора 1, и пассивных рассеивателей 3i установленных на отражающей поверхности рефлектора и управляемых с помощью блока управления 4.

Известными являются r - радиус апертуры рефлектора, ρ(х, у) - симметричное относительно фокальной оси Z и осей X, Y в плоскости апертуры рефлектора 1 и нормированное относительно своего максимального значения распределение основой поляризационной составляющей напряженности поля в апертуре рефлектора 1, Р10(х,у)=а11х+а10 и P01(x,y)=b11y+b01x+b10 - определяемые по известной методике [3, стр. 377] линейные ортонормированные гармоники разложения функции ρ(х, у) в области апертуры, значения θ0, θрс=0 и λ.

Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность многократного включения-выключения режима формирования равносигнального направления без изменения конструкции зеркальной антенны.

В режиме формирования равносигнального направления последовательно ориентируя с главный лепесток диаграммы направленности в направлениях (θ01=0), (θ02=0,5π), (θ03=π), (θ04=1,5π), формируют равносигнальное направление θрс=0, в котором величина выходного сигнала зеркальной антенны оказывается одинаковой при каждом из указанных выше направлении главного лепестка ДН. На фиг. 5 показаны ориентация главного лепестка ДН в направлениях (θ01=0), (θ03=π) и равносигнальное направление θрс=0 в плоскости у=0.

Направления главного лепестка ДН устанавливают, задавая с помощью блока управления 4 в пассивных рассеивателях 3i, где i=1, …, 4, необходимые значения фазовых поправок для переизлученных ими сигналов по отношении к значениям фаз, которые были бы у сигналов, отраженных непосредственно поверхностью рефлектора 1.

Требования к размещению пассивных рассеивателей 3i, где i=1, …, 4, и значениям фазовых поправок определяют по следующей процедуре.

Определяют координаты эффективных точек в апертуре рефлектора 1, в которых изменения фазы напряженности поля оказывают максимальное влияние на ориентацию главного луча ДН. В силу симметрии ρ(х, у) относительно осей X, Y таких точек четыре, две лежат на оси X, две - на оси Y, при этом известная методика определения координат эффективных точек [3, стр. 400] упрощается. Из уравнения находят координаты эффективных точек, лежащих на оси X, x11 и x1=-η1, где η1>0. Из уравнения находят координаты эффективных точек, лежащих на оси Y, y12 и y1=-η2, где η2>0. В плоскости апертуры рефлектора 1 выделяют локальную область Ω11 с координатами центра (η1,0), локальную область Ω12 с координатами центра (0,η2), локальную область Ω13 с координатами центра (-η1,0), локальную область Ω14 с координатами центра (0, -η2,), при этом область Ω11 конгруэнтна области Ω13, область Ω12 конгруэнтна области Ω14. Расположение локальных областей Ω1i в плоскости апертуры рефлектора 1 показано на фиг. 2.

По формуле находят значение С10 - модуля коэффициента Фурье разложения функции фазового распределения напряженности поля в плоской апертуре рефлектора 1 по линейной ортонормированной гармонике P10(x,y)=a11x+a10, при котором главный лепесток ориентирован в направлениях (θ01=0) или (θ03=π).

По формуле находят значение C01 - модуля коэффициента Фурье разложения функции напряженности фазового распределения поля в плоской апертуре рефлектора 1 по линейной ортонормированной гармонике P01(x,y)=b11y+b01x+b10, при котором главный лепесток ориентирован в направлениях (θ02=0,5π) или (θ04=1,5π).

Формулы получены на основании известной методики [3, стр. 363] с учетом значений ϕi где i=l, …,4.

В соответствии с [3, стр. 399] по формуле определяют Ф1 модуль фазовой поправки в фазу напряженности поля в областях Ω11, Ω13, при которой главный лепесток ориентирован в направлениях (θ01=0), (θ03=π).

По формуле определяют Ф2 модуль фазовой поправки в напряженности фазу поля в областях Ω12, Ω14, при которой главный лепесток ориентирован в направлениях (θ02=0,5π) или (θ04=1,5π).

Поскольку непосредственно в областях Ω11, Ω12, Ω13, Ω14 плоскости апертуры рефлектора 1 установить материальные устройства для внесения фазовых поправок в фазу напряженности поля практически невозможно, в настоящем изобретении взамен коррекции фазы в плоскости апертуры рефлектора 1 проводят эквивалентную ей коррекцию фазы на зеркальной поверхности рефлектора 1 с помощью пассивных рассеивателей 3i.

На отражающей поверхности рефлектора 1 выделяют, как показано на фиг. 3, локальные области Ω21, Ω22, Ω23, Ω24, проецируя на нее перпендикулярно плоскости апертуры рефлектора 1 локальные области Ω11, Ω12, Ω13, Ω14 соответственно. В областях Ω21, Ω23 размещают, соответственно, пассивные рассеиватели 31 33, каждый из которых позволяет вносить в фазу рассеиваемого поля два значения фазовой поправки Ф1 или минус Ф1. В областях Ω22, Ω24 размещают, соответственно, пассивные рассеиватели 32, 34, каждый из которых позволяет вносить в фазу рассеиваемого поля два значения фазовой поправки Ф2 или минус Ф2. С помощью блока управления 4 последовательно ориентируют главный лепесток диаграммы направленности в направлениях (θ01=0), (θ02=0,5π), (θ03=π), (θ04=1,5π), как показано на фиг. 5, в результате чего формируется равносигнальное направление. Для установки направления (θ01=0) устанавливают в пассивном рассеивателе 31 фазовую поправку, равную минус Ф1 в пассивном рассеивателе 33 - фазовую поправку, равную Ф1, при этом в пассивных рассеивателях 32, 34 устанавливают одинаковое значение фазовой поправки либо Ф2, либо минус Ф2. Для установки направления (θ02=0,5π) устанавливают в пассивном рассеивателе 32 фазовую поправку, равную минус Ф2, в пассивном рассеивателе 34 - фазовую поправку, равную Ф2, при этом в пассивных рассеивателях 31 33 устанавливают одинаковое значение фазовой поправки либо Ф1, либо минус Ф1. Для установки направления (θ03=π) устанавливают в пассивном рассеивателе 31 фазовую поправку, равную Ф1, в пассивном рассеивателе 33 - фазовую поправку, равную минус Ф1 при этом в пассивных рассеивателях 32, 34 устанавливают одинаковое значение фазовой поправки либо Ф2, либо минус Ф2. Для установки направления (θ04=1,5π), устанавливают в пассивном рассеивателе 32 фазовую поправку, равную Ф2, в пассивном рассеивателе 34 - фазовую поправку, равную минус Ф2, при этом в пассивных рассеивателях 31 33 устанавливают одинаковое значение фазовой поправки либо Ф1 либо минус Ф1.

Для выхода из режима формирования равносигнального направления в пассивных рассеивателях 31 33 устанавливают одинаковое значение фазовой поправки либо Ф1, либо минус Ф1, в пассивных рассеивателях 32, 34 устанавливают одинаковое значение фазовой поправки либо Ф2, либо минус Ф2.

Актуальным вариантом настоящего изобретения является использование при его реализации в качестве пассивных рассеивателей 3i щелевого рассеивателя 5, структурная схема которого приведена на фиг. 4.

В состав щелевого рассеивателя 5 входят диэлектрическая пластина 6 с размерами L=0,5λ, Н=0,26λ, d, который определяется для каждого пассивного рассеивателя 3i, и с диэлектрической проницаемостью ε=4, металлизация 7 диэлектрической пластины 6 с прорезанной в ней щелью 8 длиною 0,5λ, и переключаемый с блока управления 4 СВЧ ключ 9, подсоединенный к сторонам щели 8. В СВЧ ключе 9 используют быстродействующий коммутационный СВЧ диод.

Как показано на фиг. 4 у щелевого рассеивателя 5, установленного на отражающей поверхности рефлектора 1, плоскость металлизация 7 с прорезанной в ней щелью 8 поднята на высоту d над отражающей поверхностью рефлектора 1.

При замыкании СВЧ ключа 9 щелевой рассеиватель 5 эквивалентен проводящей площадке с эффективной поверхностью S1=LH=0,13λ2, от которой падающая электромагнитная волна отражается с фазой меньше фазы волны, отраженной от отражающей поверхности рефлектора 1, на величину

При размыкании СВЧ ключа 8 щелевой рассеиватель 5 эквивалентен полуволновому вибратору, у которого согласно [4] эффективная поверхность определяется по формуле При этом падающая электромагнитная волна проходит через диэлектрическую пластину 6, отражается от отражающей поверхности рефлектора 1 и проходит через диэлектрическую пластину 6 в обратном направлении, что приводит к увеличению ее фазы по сравнению с фазой волны, отраженной от отражающей поверхности рефлектора 1 на величину а с учетом того, что ε=4, на величину

Таким образом, при замыкании и размыкании СВЧ ключа 9 площадь эффективной отражающей поверхности щелевого рассеивателя 5 остается неизменной, а фазовая поправка в фазу напряженности поля в области его установки на отражающей поверхности рефлектора 1, оставаясь неизменными по модулю, меняет знак.

В данном варианте изобретения, в силу равенства S1=S2, при определении значений Ф1, Ф2 - модулей фазовых поправок в фазу напряженности поля в областях Ω11, Ω12, Ω13, Ω14 плоскости апертуры рефлектора 1 указанные области задают в виде прямоугольников со сторонами L=0,5λ, Н=0,26λ, для пассивных рассеивателей 31 33 значение размера d щелевых рассеивателей 5 берут равным а для пассивных рассеивателей 32, 34 - равным

Для ориентации главного лепестка диаграммы направленности в направлении (θ01=0) в пассивном рассеивателе 31 СВЧ ключ 9 замыкают, в пассивном рассеивателе 33 СВЧ ключ 9 размыкают, при этом в пассивных рассеивателях 32, 34 СВЧ ключи 9 устанавливают в одинаковое состояние либо замкнутое, либо разомкнутое. Для установки направления (θ02=0,5π) в пассивном рассеивателе 32 СВЧ ключ 9 замыкают, в пассивном рассеивателе 34 СВЧ ключ 9 размыкают, при этом в пассивных рассеивателях 31 33 СВЧ ключи 9 устанавливают в одинаковое состояние либо замкнутое, либо разомкнутое. Для установки направления (θ03=π) в пассивном рассеивателе 31 СВЧ ключ 9 размыкают, в пассивном рассеивателе 33 СВЧ ключ 9 замыкают, при этом в пассивных рассеивателях 32, 34 СВЧ ключи 9 устанавливают в одинаковое состояние либо замкнутое, либо разомкнутое. Для установки направления (θ04=1,5π), т в пассивном рассеивателе 32 фазовую СВЧ ключ 9 размыкают, в пассивном рассеивателе 34 СВЧ ключ 9 замыкают, при этом в пассивных рассеивателях 31, 33 СВЧ ключи 9 устанавливают в одинаковое состояние либо замкнутое, либо разомкнутое.

Для выхода из режима формирования равносигнального направления в пассивных рассеивателях 31, 32, 33, 34 СВЧ ключи 9 устанавливают в одинаковое состояние либо замкнутое, либо разомкнутое.

Таким образом:

- заявленные изобретение позволяет формировать в зеркальной антенне равносигнальное направление с использованием пассивных рассеивателей;

- обеспечивается возможность многократного включения-выключения режима формирования равносигнального направления без изменения конструкции антенны;

- высокая скорость переключения лучей обеспечивается использованием в пассивных рассеивателях быстродействующих коммутационных СВЧ диодов.

Литература

1. Гусевский В.И., Моисеев М.В., Чадов С.Е., Степанов А.А., Поляков Е.М. Автономная система защиты станций с зеркально-параболическими антеннами от воздействия помеховых сигналов и способ ее построения. Патент RU 2311708, 2006 г.

2. В.П. Вальд, С.М. Веревкин, В.П. Давыдов и А.Е. Соколов. Способ формирования пеленгационной характеристики апертурной антенны, патент SU 1467633, 1989 г.

3. Зелкин Е.Г., Кравченко В.Ф., Гусевский В.И. Конструктивные методы аппроксимации в теории антенн. - М.: Сайнс-пресс, 2005, стр. 363, 399, 400

4. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: - М.: Высшая школа, 1988, стр. 213


Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Способ формирования в зеркальной антенне равносигнального направления
Источник поступления информации: Роспатент

Всего документов: 10
Всего документов: 7

Похожие РИД в системе



Похожие не найдены



Защитите авторские права с едрид