СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании радиопередающих систем различных диапазонов волн (преимущественно КВ-УКВ диапазонов), предназначенных для одновременной радиосвязи с группой корреспондентов от одного до четырех.

Известен способ формирования диаграмм направленности фазированных антенных решеток (ФАР) активного типа, так называемых АФАР (Проблемы антенной техники. /Под ред. Л.Д.Бахраха и Д.И.Воскресенского. М. Радио и связь, 1989, гл. 1). В АФАР каждый излучатель возбуждается от отдельного фазируемого генератора (радиопередатчика), и формирование (в частности, повороты) диаграмм направленности АФАР осуществляются путем изменения фаз сигналов на выходах генераторов.

Мощность P, излучаемая АФАР, в приближении независимых излучателей, определяется при этом соотношением
P n²P₁,
где n количество излучателей ФАР, равное количеству радиопередатчиков,
P₁ мощность, излучаемая от одного радиопередатчика, работающего на одиночный излучатель (мощности радиоперадатчиков считаются одинаковыми).

Пропорциональность P квадрату количества излучателей ФАР обусловлена тем, что суммарная напряженность излученного поля определяется соотношением E nE₁, где E₁ напряженность поля, излучаемого одним (каждым) излучателем ФАР, а мощность P (P₁), в свою очередь, пропорциональна E² (E21

Выигрыш в n² раз в мощности P, излучаемой от n радиопередатчиков, работающих на АФАР, по сравнению с мощностью P₁, излучаемой от одного радиопередатчика, работающего на одиночный излучатель, имеет место в том случае, если все n радиопередатчиков работают на одной (общей) частоте и передают одну и ту же информацию, то есть работают на радиосвязь с одним корреспондентом. При необходимости осуществить одновременно радиосвязь более чем с одним корреспондентом, то есть при одновременной работе на нескольких частотах, выигрыш становится меньше, чем n². Так, при работе с двумя корреспондентами половина (n'= n/2) радиопередатчиков будет работать на одну половину АФАР, а вторая половина радиоперадатчиков на другую половину АФАР и в соответствии с соотношением (1) мощность, излученная для радиосвязи с каждым корреспондентом P' (n')²P₁, составит 0,25P, то есть выигрыш уменьшится в 4 раза. При необходимости же осуществить радиосвязь с n корреспондентами, каждый радиоперадатчик должен будет работать на один излучатель и, соответственно, P P₁, то есть выигрыш будет отсутствовать.

Существует другой способ формирования диаграмм направленности, основанный на работе нескольких радиоперадатчиков на общую ФАР через диаграммообразующую систему (ДОС), имеющую несколько входов. Такой способ описан, например, в книге Сазонова Д.М. Антенны и устройства СВЧ, 1988, М. Высшая школа, гл. 15. При этом способе формирования диаграмм направленности каждый радиопередатчик работает на ФАР через ДОС, будучи подключенным к одному из входов ДОС. При одновременной работе нескольких (m) радиопередатчиков на несовпадающих частотах в рассматриваемом случае формируется m диаграмм направленности и обеспечивается одновременная радиосвязь с m корреспондентами: от каждого радиопередатчика с одним корреспондентом. Мощность, излучаемая в направлении главного максимума каждой диаграммы направленности (то есть от каждого радиопередатчика) при оптимальном фазировании антенной решетки, определяется соотношением
P nP₁,
где n количество излучателей ФАР, в общем случае не равное количеству m радиопередатчиков,
P₁ мощность, излучаемая одним (каждым) радиопередатчиком при подключении его к одиночному излучателю.

Пропорциональность мощности P первой степени количества излучателей ФАР обусловлена тем, что мощность P₁ каждого радиопередатчика распределяется через ДОС на n излучателей; соответственно, каждый излучатель излучает мощность P₁/n; напряженность поля, излученного каждым излучателем, составит напряженность суммарного поля E составит и мощность суммарного сигнала, будучи пропорциональной E², окажется в n раз больше, чем P₁.

Если используемая ДОС имеет p≥n входов, то с помощью n радиопередатчиков, работающих на ФАР через ДОС, может быть одновременно осуществлена радиосвязь с n корреспондентами с выигрышем в n раз (по мощности) для каждого радиоканала, то есть более эффективно, чем при способе, основанном на использовании АФАР.

Указанный способ формирования диаграмм направленности, основанный на работе нескольких радиопередатчиков на общую ФАР через ДОС, выбран в качестве ближайшего аналога.

ФАР могут быть построены различным образом.

Одним из наиболее распространенных типов излучателей, используемых в ФАР, является турникетный излучатель (см. например, с. 251 указанной книги Д. М.Сазонова). Турникетный излучатель (ТИ) имеет четыре плеча, возбуждаемых токами равных амплитуд с фазами 0, π/2, π, 3π/2. В этом случае ТИ создает круговую диаграмму направленности (последнее обстоятельство позволяет использовать ТИ для радиосвязи в любом направлении).

Известно, что для того, чтобы происходило независимое сложение полей, излучаемых от каждого излучателя, то есть для того, чтобы излучатели могли рассматриваться как независимые, расстояние "a" между соседними излучателями должно быть достаточно большим, а для того, чтобы диаграммы направленности ФАР не были бы слишком изрезанными (с большими паразитными лепестками), расстояние "b" между крайними излучателями (база ФАР) должно быть достаточно малым. Эти два взаимопротиворечивых требования наилучшим образом совмещаются в решетке, состоящей из четырех излучателей, фазовые центры которых расположены в вершинах квадрата. Такая решетка является частным случаем прямоугольной сетки расположения излучателей решетки (с количеством излучателей n 4), описанной в той же книге Д.М.Сазонова (с. 330).

Таким образом, в качестве ближайшего аналога выбирается способ формирования диаграмм направленности радиопередающей системы, состоящей из ФАР, включающей в себя четыре турникетных излучателя с фазовыми центрами, расположенными в вершинах квадрата, диаграммо-образующую систему (ДОС) и m радиопередатчиков, основанный на возбуждении ФАР радиопередатчиками через ДОС (Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ). При этом ДОС, используемые в ближайшем аналоге, строятся на базе трехдецибельных квадратурных направленных ответвителей (см. с. 408 указанной книги Д.М.Сазонова). Каждый квадратурный направленный ответвитель (КНО) имеет два входа и два выхода. При подаче сигнала на любой из входов КНО происходит расщепление сигнала на два (выходных), сдвинутых по фазе относительно друг друга на π/2. Соответственно ДОС, состоящая на КНО, расщепляет сигнал, подведенный к любому из ее входов, на q сигналов, фазы которых кратны π/2 (где q количество выходов ДОС, равное количеству входов излучателей ФАР). При использовании ФАР, состоящей из четырех ТИ, ДОС должна иметь шестнадцать выходов. При подключении радиопередатчика к любому из входов ДОС на этих выходах должны образовываться четыре сочетания (группы) фаз выходных сигналов так, чтобы в каждой группе имелось четыре сигнала с фазовыми соотношениями 0, π/2, π, 3π/2, необходимыми для возбуждения каждого ТИ ФАР. Кроме того, групповые соотношения фаз выходных сигналов (при подключении радиопередатчика к любому входу ДОС) должны образовывать последовательности, обеспечивающие сложение полей, излучаемых каждым ТИ в том или ином направлении.

Способ формирования диаграмм направленности для ближайшего аналога имеет определенный недостаток. При наличии значительных помех или при неблагоприятных условиях распространения радиоволн мощности nP₁ может оказаться недостаточно для надежной радиосвязи ни с одним корреспондентом.

В основу изобретения положена задача создать способ формирования диаграмм направленности радиопередающей системы, состоящей из ФАР, содержащей четыре турникетных излучателя (n 4), m радиопередатчиков (m≅8) и ДОС, который позволил бы формировать полезные для радиосвязи диаграммы направленности с одновременным увеличением излучаемой мощности по сравнению с величиной nP₁.

В зависимости от количества одновременно обслуживаемых корреспондентов поставленная задача имеет несколько вариантов решения.

В первом варианте способа формирования диаграмм направленности радиопередающей системы, состоящей из ФАР, включающей в себя четыре турникетных излучателя с фазовыми центрами, расположенными в вершинах квадрата, ДОС и m радиопередатчиков (m≅8), основанном на возбуждении ФАР радиопередатчиками через ДОС, путем соответствующего соединения плеч (входов) турникетных излучателей ФАР с выходами ДОС формируют фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков на плечах каждого турникетного излучателя в виде групп противофазно-квадратурного типа (то есть в виде циклических распределений фаз типа 0, π/2, π, 3π/2 или 3π/2, π, π/2, 0), образующих групповые фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков по турникетным излучателям в виде циклических последовательностей типа 0, π/2, π, π/2 или 0, π/2, π/2, 0, и выходные сигналы двух из указанных радиопередатчиков устанавливают равноамплитудными и либо когерентно-синфазными, либо когерентно-противофазными, либо когерентно-квадратурными.

Во втором варианте способа формирования диаграмм направленности указанной системы путем соответствующего соединения плеч (входов) турникетных излучателей ФАР с выходами ДОС формируют фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков на плечах каждого турникетного излучателя также в виде групп противофазно-квадратурного типа, но образующих групповые фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков по турникетным излучателям в виде циклических последовательностей типа 0, π/2, π/2, π или типа p/2, 0, π, π/2 и выходные сигналы четырех из указанных радиопередатчиков устанавливают когерентными и радиоамплитудными, объединяя их либо в квадратурные пары квадратурного типа (то есть типа 0, π/2, π/2, π, либо в синфазные пары синфазного типа (то есть типа 0, 0, 0, 0), либо в синфазные пары противофазного типа (то есть типа 0, p 0, p), либо в квадратурные пары синфазного типа (то есть типа 0, 0, p/2, π/2), либо в противофазные пары квадратурного типа (то есть типа 0, π/2, π, 3π/2), либо в четвертку из трех синфазных и одного противофазного сигналов (то есть типа 0, 0, 0, π).

В третьем варианте способа формирования диаграмм направленности указанной системы формируют идентичные предыдущему варианту фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков на плечах излучателей, но устанавливают когерентными и радиоамплитудными выходные сигналы восьми радиопередатчиков, объединяя их либо в две синфазные четвертки квадратурно-противофазного типа каждая (то есть 0, p/2, π, 3π/2, 0, π/2, π, 3π/2), либо в две синфазные четверки, состоящие из квадратурных пар квадратурного типа (то есть 0, π/2, π/2, π, 0, π/2, π/2, π), либо в две синфазные четверки синфазного типа каждая (то есть 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0), либо в две противофазные четверки синфазного типа каждая (то есть 0, 0, 0, 0, p, π, π, π), либо в две квадратурные четверки, состоящие каждая из квадратурных пар квадратурного типа (то есть 0, p/2, π/2, π, π/2, π, π, 3π/2).

Сущность изобретения заключается в следующем.

Пусть ДОС, построенная с использованием трехдецибельных квадратурных направленных ответвителей, автоматически создает на своих шестнадцати выходах шестнадцать сигналов, четыре из которых имеют фазы 0, 0, 0, 0, четыре π/2, π/2, π/2, π/2, четыре π, π, π, π и четыре 3π/2, 3π/2, 3π/2, 3π/2 при подключении любого радиопередатчика к любому входу ДОС. В соответствии с предлагаемыми вариантами способа формирования диаграмм направленностей соединения выходов ДОС и входов (плеч) излучателей указанной ФАР производят определенным образом. Эти соединения определяются указанными выше распределениями фаз выходных сигналов любого радиопередатчика по входам (плечам) излучателей, так как соответствие этих фазовых распределений и номеров соединяемых входов ФАР и выходов ДОС является однозначным. Далее устанавливают когерентными и равноамплитудными выходные сигналы пар, четверок или восьми радиопередатчиков и придают этим сигналам определенные указанные выше фазовые соотношения, то есть производят подфазировки радиопередатчиков. В этих случаях на входах (плечах) излучателей ФАР образуются соответствующие результирующие сигналы (суперпозиции когерентных сигналов от двух, четырех или восьми радиопередатчиков). Фазовое распределение по входам (плечам) излучателей ФАР этих результирующих сигналов оказывается таким, что оно формирует определенную (соответствующую определенной подфазировке) диаграмму направленности ФАР, обеспечивая при этом излучение сигнала в том или ином направлении с соответствующим энергетическим выигрышем. Для некоторых подфазировок результирующие сигналы на некоторых входах (плечах) излучателей ФАР обнуляются, и это создает возможность работы радиопередатчиков на неполную, например поврежденную, ФАР.

Предлагаемые варианты способа формирования диаграмм направленности позволяют для одной и той же радиопередающей системы, состоящей из ФАР, ДОС и радиопередатчиков, реализовать не только многочастотную радиосвязь одновременно с m (m≅8) корреспондентами с мощностью излучаемого сигнала P 4P₁ (n 4) для каждого корреспондента, но также и увеличить величину излучаемой мощности до 16P₁, 32P₁ или 64P₁, обеспечив при этом одновременную радиосвязь соответственно с четырьмя, двумя или одним корреспондентом. При этом способ позволяет формировать различные по форме диаграммы направленности, полезные для определенных частотных диапазонов, и в зависимости от конкретных задач может быть выбран наиболее подходящий, в том числе наиболее выгодный по энергетике, вариант.

Предлагаемый способ может быть реализован в радиопередающей системе, представленной на фиг.1. На фиг.2 показана структурная схема ДОС, позволяющая реализовать варианты предложенного способа; на фиг.3 расчетные диаграммы направленности ФАР, состоящей из четырех турникетных излучателей при различных групповых распределениях фаз токов, питающих излучатели.

Радиопередающая система, реализующая предлагаемые варианты способа формирования диаграмм направленности (фиг.1), содержит фазированную антенную решетку 1, включающую в себя четыре турникетных излучателя 2, 3, 4, 5 с фазовыми центрами, расположенными в вершинах квадрата, m радиоперадатчиков (на фиг. 1 m 8) 6, 7,13, диаграммообразующую систему (ДОС) 14. Плечи (входы) 15, 16,30 турникетных излучателей соединены с выходами 31, 32, 46 ДОС 14 с помощью коммутатора 47 так, чтобы на плечах каждого турникетного излучателя образовалось соответствующее данному варианту способа фазовое распределение сигналов от радиопередатчиков 6,13. Радиопередатчики подключены к ДОС 14 через коммутатор 48 и аппаратуру контроля фаз сигналов 49 на выходах радиопередатчиков. Коммутатор 48 позволяет подключить любой из радиопередатчиков к любому входу ДОС. Подфазировки когерентных радиопередатчиков (обеспечение необходимых фазовых соотношений сигналов на выходах радиопередатчиков) производятся с помощью аппаратуры 50 управления фазами сигналов радиопередатчиков.

Структурная схема ДОС, позволяющая реализовать варианты предложенного способа (фиг.2), содержит тридцатидвухполюсники 51, 52, идентичные по конструкции, каждый из которых образован из двенадцати квадратурных направленных ответвителей (КНО) 53-64 и 65-76, равномерно распределенных по трем уровням (КНО первого и второго уровней, соединенные между собой попарно каскадно-перекрестно, образуют шестнадцатиполюсники 77, 78, 79, 80, выходы которых соединены соответственно с левыми и правыми входами КНО третьего уровня, входящими в группы 81, 82). В ДОС входят также восемь симметрирующих устройств (СУ) 83-90. При этом входы тридцатидвухполюсников 51 и 52 подключены соответственно к левым и правым выходам указанных СУ и входы СУ соответствуют входам 91, 92,98 ДОС.

Структурная схема ДОС, обеспечивающая широкий набор фазовых распределений на ее выходах 31, 32, 46 содержит, кроме того, четыре согласующих трансформатора 99-102 и восемь переключателей 103-110, четыре из которых (103, 106, 107, 110) имеют по одному выходу и по два входа, а четыре (104, 105, 108, 109) по одному выходу и по три входа, причем выходы переключателей 103-110 соединены с входами симметрирующих устройств 83-90, один вход каждого двухвходового переключателя 103, 106, 107, 110 и два входа каждого трехвходового переключателя 104, 105, 107, 109 соединены с соответствующими выходами согласующих трансформаторов 99-102, а остальные входы 91-98 переключателей и входы 111-118 согласующих трансформаторов являются входами ДОС. При этом входы согласующих трансформаторов (ДОС) отвечают номерам 111, 113, 115, 117 для соответственно левых положений перемычек переключателей 104, 106, 108, 110 и правых положений перемычек переключателей 103, 105, 107, 109, а входы этих же трансформаторов (ДОС) для соответственно правых положений перемычек переключателей 103, 104, 107, 108 и левых положений перемычек переключателей 105, 106, 109, 110 отвечают номерам 112, 114, 116, 118.

Представленные на фиг. 3 расчетные диаграммы направленностей (ДН) ФАР, состоящей из четырех ненаправленных (в частном случае, турникетных) излучателей, зависят из соотношения фаз Φ₁, Φ₂, Φ₃, Φ₄ токов, питающих указанные излучатели (для турникетных излучателей от группового соотношения фаз токов, питающих плечи излучателей), и от отношения a/λ, где λ длина волны, a расстояния между фазовыми центрами соседних излучателей ФАР, расположенных в вершинах квадрата. Числа возле ДН на фиг.3 обозначают отношение напряженности поля, создаваемого одним радиопередатчиком, работающим на ФАР в данном направлении, к напряженности поля, создаваемого тем же радиопередатчиком, работающим на один ненаправленный (турникетный) излучатель. На фиг.3 f обозначает частоту излучаемого сигнала, f₀ среднюю частоту рабочего диапазона, то есть частоту, при которой вдоль диагонали квадрата укладывается половина длины волны в среде распространения радиоволн. ДН представлены в приближении независимых излучателей (для заглубленных в полупроводящую среду излучателей такое приближение справедливо при a/λ > 0,15).

Каждый трехдецибельный квадратурный направленный ответвитель (КНО) (поз. 53-76), имеющий по два входа и по два выхода, расщепляет сигнал, поданный на любой из входов, на два равноамплитудных выходных сигнала, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90^o. Каждое симметрирующее устройство (СУ) (поз. 83-90), имеющее по одному входу и по два выхода, расщепляет сигнал, поданный на вход СУ, на два равноамплитудных выходных сигнала, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 180^o. Каждый шестнадцатиполюсник (поз.77-80), образованный попарным каскадно-перекрестным соединением КНО, имеющий по четыре входа и по четыре выхода, расщепляет сигнал, поданный на любой из входов, на четыре равноамплитудных выходных сигнала, имеющих относительные фазы 0, p/2, π/2, π. Каждый согласующий трансформатор (СТ) (поз.99-102), имеющий по одному входу и одному выходу, осуществляет трансформацию импедансов в соотношении 1:0,5 и обеспечивает согласование в радиопередающем тракте при запараллеливании (соединении в общую точку) с помощью переключателей (поз.103-110) двух входов СУ.

Указанные свойства КНО, СУ и СТ приводят к фазовому распределению сигналов на выходах 31-46 ДОС и соответственно на входах (плечах) 15-30 турникетных излучателей (ТИ), показанному в табл.1. Соответствующие соединения выходов 31-46 ДОС и входов (плеч) 15-30 ФАР производят с помощью коммутатора 47.

Как следует из табл.1 и фиг.3, групповые распределения фаз токов, возбуждающих турникетные излучатели, при соответствующем табл.1 соединении выходов ДОС и входов (плеч) ТИ отвечают различным ориентациям ДН в зависимости от того, к какому входу ДОС подключен радиопередатчик.

Соответствующие табл. 1 соединения выходов ДОС и входов ТИ ФАР таковы, что от каждого радиопередатчика на плечах (входах) ТИ образуются циклические распределения (группы) фаз типа 0, p/2, π, 3π/2 или 3π/2, π, π/2, 0, то есть группы противофазно-квадратурного (квадратурно-противофазного) типов, а групповые фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков по турникетным излучателям образуют циклические последовательности типа 0, π/2, π, π/2 или 0, π/2, π/2, 0.

Предлагаемое техническое решение заключается в реализации такой когерентной работы нескольких (двух, четырех, восьми) радиопередатчиков через ДОС на ФАР, при которой формируется общая диаграмма направленности для заданного направления. В этом случае излучаемая в заданном направлении мощность увеличивается.

Предлагаются три варианта способа формирования общих диаграмм направленности, различающиеся количеством когерентно-работающих радиопередатчиков.

Первый вариант: попарно-когерентное формирование диаграмм направленности. При этом соединения плеч (входов) ТИ ФАР и выходов ДОС производят так, что на плечах (входах) ТИ образуются циклические распределения (группы) фаз типа 0, π/2, π, 3π/2 или 3π/2, π, π/2, 0, а групповые фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков по турникетным излучателям образуют циклические последовательности типа 0, π/2, π, π/2 или 0, π/2, π/2, 0, и выходные сигналы пар радиопередатчиков устанавливают когерентными и равноамплитудными, придавая им фазовые сдвиги, указанные в табл.2, то есть выполняя соответствующие подфазировки радиопередатчиков. Соответствующие фазовые распределения суммарных сигналов на выходах ДОС (входах ТИ) также представлены в табл.2 (Соединяемые с помощью коммутатора 47 входы ТИ и выходы ДОС в табл. 2 обозначены в виде дроби, например, 15/31 означает соединение входа 15 ТИ с выходом 31 ДОС). Подфазировки могут осуществляться на уровне возбудителей (задающих генераторов) радиопередатчиков.

Как видно из табл. 2, варианты подфазировок N 1-8 дают круговые ДН на каждом ТИ, так как токи, питающие плечи каждого ТИ, имеют фазовые соотношения типа 0, π/2, π, 3π/2 или 3π/2, π, π/2, 0. Соответствующие ДН ФАР имеют типы Д9-Д12 (по классификации фиг.3) и обеспечивают энергетические выигрыши до 9 дБ (8 раз) относительно мощности, излучаемой в направлении максимума ДН одним радиопередатчиком, работающим на один ТИ.

Варианты подфазировок N 9-12 позволяют обнулить сигналы на четных или нечетных входах (плечах) ФАР и изменить тем самым ДН ТИ с круговой на "восьмерку". Для излучателей, находящихся в воздухе, "восьмерка" будет расположена перпендикулярно оси возбуждаемых плеч; для излучателей, находящихся в полупроводящей среде вдоль оси плеч. Так как формула изобретения охватывает оба варианта, в дальнейшем для упрощения описания будем рассматривать только второй случай (полупроводящей среды). Переход от одного случая к другому осуществляется простым изменением нумерации плеч излучателей. Изменение ДН ТИ с круговой на "восьмерку" позволяет получить дополнительный энергетический выигрыш 3 дБ (2 раза) для направлений "вдоль стороны квадрата".

Варианты подфазировок N 13-16 табл.2 позволяют запитать соседние плечи каждого ТИ синфазно, например плечи 15 и 16, 19 и 20 и т.д. В этом случае ДН каждого ТИ также превратится в "восьмерку", повернутую на 45^o по отношению к предыдущему случаю. При этом также получается дополнительный выигрыш 3 дБ, но уже для направлений "вдоль диагонали квадрата". В итоге варианты подфазировок N 9-16 табл. 2 обеспечивают энергетический выигрыш 12 дБ (16 раз) и возможность одновременной радиосвязи с четырьмя корреспондентами (см. пп. 1.2 и 1.3 Приложения).

Варианты подфазировок N 17-30 табл.2 обеспечивают новые возможности: работу радиопередатчиков только на половину ФАР. Это означает, что при выходе из строя половины излучателей ФАР все восемь радиопередатчиков все равно смогут работать на связь с четырьмя корреспондентами.

Как видно из табл. 2, варианты подфазировок N 1-8, 13, 15, 22, 29 и т.п. соответствуют когерентно-синфазным сигналам на выходах радиопередатчиков, варианты подфазировок N 14, 16, 21, 28 и т.п. когерентно-противофазным, остальные варианты когерентно-квадратурным.

Второй вариант способа формирования диаграмм направленности: квартетно-когерентное формирование. При этом соединения плеч (входов) ТИ ФАР и выходов ДОС производят в соответствии с табл. 3. (Соединяемые с помощью коммутатора 47 входы ТИ и выходы ДОС в табл. 3 обозначены в виде дроби: например, 19/31 означает соединение входа 19 ТИ с выходом 31 ДОС), то есть так, что фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков на плечах каждого ТИ образуют вновь группы противофазно-квадратурного типа, но групповые фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков по турникетным излучателям, в отличие от предыдущего способа, образуют циклические последовательности типа 0, π/2, π/2, π или p/2, 0, π, π/2. Кроме того, выходные сигналы четверок радиопередатчиков устанавливают когерентными и равноамплитудными, придавая им фазовые сдвиги, указанные в табл. 3, то есть выполняя соответствующие подфазировки радиопередатчиков. Соответствующие фазовые распределения суммарных сигналов на выходах ДОС (входах ТИ) также представлены в табл. 3.

Варианты подфазировок N 1-21 табл. 3 дают круговые ДН на каждом ТИ. Соответствующие ДН ФАР имеют типы Д1-Д12 (фиг. 3) и обеспечивают энергетические выигрыши до 12 дБ (16 раз) (см. п. 2 Приложения). Важно то, что для любого направления радиосвязи можно выбрать такую подфазировку из указанных, которая на заданной частоте дает практически максимальный выигрыш. Это обеспечивается за счет того, что рассматриваемые ДН ФАР имеют максимальные выигрыши на различных частотах в зависимости от варианта фазирования излучателей (фиг. 3). В итоге рабочий диапазон частот рассматриваемого сложения мощностей ДОС'ом практически не ограничивается.

Варианты подфазировок N 22-24 табл. 3 позволяют обнулить сигналы на четных или нечетных входах ФАР. Как указывалось выше, это позволяет получить дополнительный выигрыш 3 дБ (2 раза). В этих вариантах для направлений "вдоль стороны квадрата" достигается выигрыш до 15 дБ (32 раза) и радиосвязь с двумя корреспондентами одновременно (см. п. 2 Приложения).

Варианты подфазировок N 25-32 табл. 3 позволяют (как и при попарно-когерентном варианте способа фазирования ДН) работать восемью радиопередатчиками на половину ФАР, но дают уже выигрыш не 6, а 9 дБ, обеспечивая радиосвязь с двумя корреспондентами.

Варианты подфазировок N 33-40 табл. 3 обеспечивают еще одну новую возможность: работу восьми (двух четверок) радиопередатчиков не только на половину, но и на четвертую часть (один ТИ) ФАР, обеспечивая радиосвязь с двумя корреспондентами (ДН при этом получается круговая).

Как следует из табл. 3, рассмотренные подфазировки соответствуют объединению сигналов когерентных радиопередатчиков либо в квадратурные пары квадратурного типа (подфазировки N 1-8, 33-40), либо в синфазные пары синфазного типа (подфазировки N 9, 10), либо в синфазные пары противофазного типа (подфазировки N 11-16), либо в квадратурные пары синфазного типа (или, что то же, синфазные пары квадратурного типа подфазировки N 17-26, 29 и т.п. ), либо в противофазные пары квадратурного типа (подфазировка N 30), либо в четверку из трех синфазных и одного противофазного сигналов (подфазировки N 27, 31 и т.п.).

Третий вариант способа формирования диаграмм направленности когерентное сложение мощностей восьми радиопередатчиков при работе на ФАР через ДОС. В этом случае реализуется одночастотный режим работы связь с одним корреспондентом. При фазировании системы по этому способу соединения плеч (входов) ТИ ФАР и выходов ДОС производят так же, как и в предыдущем (втором) варианте способа, но выходные сигналы восьми радиопередатчиков устанавливают когерентными и равноамплитудными, придавая им фазовые сдвиги, указанные в табл. 4, то есть выполняя соответствующие подфазировки радиопередатчиков.

Подфазировки N 1-12 табл. 4 дают ДН на каждом ТИ в виде "восьмерок", и это позволяет получить дополнительный выигрыш 3 дБ. Полный выигрыш практически для любого радионаправления достигает 18 дБ (64 раза) (см. п. 3 Приложения). Как и для предыдущего варианта, рабочий диапазон частот рассматриваемого сложения мощностей ДОС'ом практически не ограничивается.

Варианты подфазировок N 13-20 табл. 4 позволяют обеспечить работу восьми радиопередатчиков на один ТИ (то есть на четвертую часть ФАР), но в отличие от предыдущего варианта из-за обнуления сигналов на четных или нечетных выходах ДОС энергетический выигрыш достигает уже 12 дБ.

Как следует из табл. 4, рассмотренные подфазировки соответствуют объединению сигналов когерентных радиопередатчиков либо в две синфазные четверки квадратурно-противофазного типа каждая (подфазировки N 1, 3, 7, 10), либо в две синфазные четверки, состоящие из квадратурных пар квадратурного типа (подфазировки N 2, 4, 11, 12), либо в две синфазные четверки синфазного типа каждая (подфазировка N 5), либо в две противофазные четверки синфазного типа каждая (подфазировки N 6, 8, 9), либо в две квадратурные четверки, состоящие каждая из квадратурных пар квадратурного типа (подфазировки N 13-20).

Возможны также и комбинированные варианты формирования диаграмм направленности, включающие в себя сочетания пар, четверок и одиночных радиопередатчиков.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании радиопередающих систем различных диапазонов волн (преимущественно КВ-УКВ диапазонов), предназначенных для одновременной радиосвязи с группой корреспондентов - от одного до четырех. Изобретение решает задачу создания способа формирования диаграмм направленности с одновременным увеличением излучаемой мощности. В зависимости от количества одновременно обслуживаемых корреспондентов задача имеет три варианта решения: попарно-когерентное, квартетно-когерентное и когерентное сложение мощности восьми радиопередатчиков при формировании диаграмм направленности. Радиопередающая система, реализующая данный способ, содержит: фазированную антенную решетку (ФАР) 1, включающую в себя четыре турникетных излучателя (ТИ) 2, 3, 4, 5 с фазовыми центрами, расположенными в вершинах квадрата, m радиопередатчиков (m≅8) 6, 7,... , 13, диаграммообразующую систему (ДОС) 14, коммутатор 47. В соответствии с вариантами способа соединения выходов ДОС и входов ТИ ФАР производят определенным образом. Эти соединения определяются распределениями фаз выходных сигналов любого радиопередатчика по входам ТИ. Далее устанавливают когерентными и равноамплитудными выходные сигналы пар, четверок или восьми радиопередатчиков и придают этим сигналам определенные фазовые соотношения, т.е. производят подфазировки радиопередатчиков. На входах излучателей ФАР образуются соответствующие результирующие сигналы, фазовое распределение которых оказывается таким, что оно формирует определенную диаграмму направленности, обеспечивая при этом излучение сигнала в том или ином направлении с соответствующим энергетическим выигрышем. 3 с.п. ф-лы, 3 ил. 4 табл.

1. Способ формирования диаграмм направленности радиопередающей системы, состоящей из фазированной антенной решетки, включающей в себя четыре турникетных излучателя с фазовыми центрами, расположенными в вершинах квадрата, диаграммообразующую систему и m радиопередатчиков (m ≅ 8), основанный на возбуждении фазированной антенной решетки радиопередатчиками через диаграммообразующую систему, отличающийся тем, что на входах каждого турникетного излучателя с помощью указанной диаграммообразующей системы формируют фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков в виде групп противофазно-квадратурного типа, образующих групповые фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков по турникетным излучателям в виде циклических последовательностей типа 0, π/2, π, π/2 или 0, π/2, π/2, 0, и выходные сигналы двух из указанных радиопередатчиков устанавливают равноамплитудными и либо когерентно-синфазными, либо когерентно-противофазными, либо корегентно-квадратурными. 2. Способ формирования диаграмм направленности радиопередающей системы, состоящей из фазированной антенной решетки, включающей в себя четыре турникетных излучателя с фазовыми центрами, расположенными в вершинах квадрата, диаграммообразующую систему и m радиопередатчиков (m ≅ 8), основанный на возбуждении фазированной антенной решетки радиопередатчиками через диаграммообразующую систему, отличающийся тем, что на входах каждого турникетного излучателя с помощью указанной диаграммообразующей системы формируют фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков в виде групп противофазно-квадратурного типа, образующих групповые фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков по турникетным излучателям в виде циклических последовательностей типа 0, π/2, π/2, π или π/2, 0, π, π/2, и выходные сигналы четырех из указанных радиопередатчиков устанавливают когерентными и равноамплитудными, объединяя их либо в квадратурные пары квадратурного типа, либо в синфазные пары синфазного типа, либо в синфазные пары противофазного типа, либо в квадратурные пары синфазного типа, либо в противофазные пары квадратурного типа, либо в четверку из трех синфазных и одного противофазного сигналов. 3. Способ формирования диаграмм направленности радиопередающей системы, состоящей из фазированной антенной решетки, включающей в себя четыре турникетных излучателя с фазовыми центрами, расположенными в вершинах квадрата, диаграммообразующую систему и m радиопередатчиков (m 8), основанный на возбуждении фазированной антенной решетки радиопередатчиками через диаграммообразующую систему, отличающийся тем, что на входах каждого турникетного излучателя с помощью указанной диаграммообразующей системы формируют фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков в виде групп противофазно-квадратурного типа, образующих групповые фазовые распределения сигналов любого из используемых радиопередатчиков по турникетным излучателям в виде циклических последовательностей типа 0, π/2, π/2, π или π/2, 0, π, π/2, и выходные сигналы восьми радиопередатчиков устанавливают когерентными и равноамплитудными, объединяя их либо в две синфазные четверки квадратурно-противофазного типа каждая, либо в две синфазные четверки, состоящие каждая из квадратурных пар квадратурного типа, либо в две синфазные четверки синфазного типа каждая, либо в две противофазные четверки синфазного типа каждая, либо в две квадратурные четверки, состоящие каждая из квадратурных пар квадратурного типа.