ИМИТАТОР ДОППЛЕРОВСКОГО СДВИГА ЧАСТОТЫ Российский патент 1998 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано, например, для калибровки и контроля допплеровских РЛС.

Более конкретно оно относится к устройствам, имитирующим допплеровский "сдвиг" частоты, работающим на принципе электромеханического отражательного фазовращателя непрерывного действия.

Такие имитаторы известны (см. Виницкий А.С. Очерк основ радиолокации при непрерывном излучении. М. Советское радио, 1961, с. 462). Они чрезвычайно просты и надежны в работе. Принцип действия этих имитаторов основан на приеме зондирующего сигнала РЛС с помощью антенны, допплеровского "cдвига" частоты этого сигнала за счет отражения его от движущегося внутри волновода СВЧ-отражателя (в виде мембраны, штырька, диэлектрической неоднородности, отверстия связи и т.д.) и ретрансляции этого сигнала в направлении контролируемой РЛС.

Известен допплеровский имитатор указанного типа (см. патент ПНР N 54810, НКИ 21 a⁴ 48/01, МКИ G 01 G).

Отражательным элементом в этом устройстве служит мембрана, расположенная в торце антенно-волноводного тракта. В мембране возбуждаются синусоидальные колебания при помощи поляризованного электромагнита, питаемого синусоидальным напряжением. Из-за колебаний этой мембраны, отраженный сигнал модулируется по фазе с частотой, равной требуемому допплеровскому "сдвигу".

Известен также имитатор цели для контроля допплеровских РЛС (см. патент США N 3216014, МКИ G 01 G), представляющий из себя скрученный в кольцо волновод, разрезанный по широкой стенке. Одна часть волноводного кольца - ротор вращается с помощью электромотора относительно другой части статора.

Внутри подвижного кольца ротора помещен отражатель в виде диэлектрической неоднородности. Зондирующий сигнал РЛС вводится в кольцо в месте его разрыва. При движении роторной части волновода относительно статорной, отраженный от неоднородности СВЧ-сигнал приобретает допплеровский сдвиг частоты и ретранслируется через антенну, подсоединенную к волноводу в месте разрыва кольца.

Известные устройства, основанные на применении электромеханического отражательного фазовращателя непрерывного действия имеют недостатки:
1. Мал диапазон имитируемых допплеровских частот (практически не более 10 кГц из-за ограниченной механической прочности движущихся элементов устройства при больших скоростях.

2. Наличие скачка фазы в месте разрыва волноводного кольца.

Наиболее совершенным устройством, в котором устранен последний из вышеуказанных недостатков, является допплеровский имитатор (см. патент США N 3142059, МКИ G 01 G), взятый за прототип.

Устройство содержит антенно-волноводный тракт и электромеханический отражательный фазовращатель непрерывного действия, выполненный в виде скрученного в кольцо волновода с отражательным подвижным элементом. Один конец волновода подсоединен к антенно-волноводному тракту, а второй кончается согласованной нагрузкой. Отражательным подвижным элементом в имитаторе являются три штырька, расположенные по окружности ротора электромотора, введенные в щель, прорезанную в широкой стенке волновода. Волновод скручен таким образом, что он окружает ротор на 2/3 его окружности.

При вращении ротора штырьки последовательно входят в волновод через щель и, двигаясь внутри волновода, выходят из него. Форма скрутки выбрана такой, что время входа в волновод первого штырька на полную его длину, равно времени выхода из волновода третьего штырька. Этим достигается отсутствие скачка фазы в месте разрыва волноводного кольца, т.е. устраняется один из недостатков, присущих непрерывным отражательным фазовращетелям.

Однако первый недостаток, а именно малый диапазон имитированных допплеровских частот (практически не более 10 мгц), продолжает иметь место.

Указанный недостаток существенно снижает область применения устройств. Например, они не могут быть применены для контроля самолетных допплеровских РЛС перехвата и прицеливания, где допплеровский сдвиг частоты эхо-сигнала при реальной атаки цели (в переднюю полусферу) достигает десятков килогерц.

Целью настоящего изобретения является расширение диапазона имитации допплеровских частот.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее антенно-волноводный тракт и отражательный электромеханический фазовращатель непрерывного действия введен n-плечий циркулятор и n-2 аналогичных электромеханических отражательных фазовращателей непрерывного действия, причем антенно-волноводный тракт подключен к первому плечу циркулятора, а каждое из n-1 плечей циркулятора соединено с соответствующим фазовращаетелем. При этом заданная имитируемая частота Допплера F_g, количество плеч циркулятора n и допплеровский сдвиг частоты f_gi каждого i-го циркулятора связаны соотношением

Использование новых элементов;
n-плечего циркулятора и n-1 отражательных электромеханических фаховращателей непрерывного действия, подсоединенных каждый к соответствующему плечу циркулятора, выгодно отличает предлагаемое устройство от известных, т.к. расширяется диапазон имитированных допплеровских частот из-за суммирования допплеровских частот из-за суммирования допплеровских сдвигов частоты каждого фазовращателя.

На чертеже представлена блок-схема, предлагаемого имитатора допплеровского сдвига частоты.

Имитатор содержит антенно-волноводный тракт 1, n-плечий циркулятор-2, n-1 отражательных электромеханических фазовращателей непрерывного действия 3-1, 3-2,3-2,3-(n-1), причем антенно-волноводный тракт 1 подключен к первому плечу циркулятора-2, а каждое из n-1 плечей циркулятора-2, начиная со второго, соединенено с соответствующим фазовращетелем 3-1, 3-2, 3-3.3-i.3-(n-1).

Устройство работает следующим образом:
СВЧ-сигнал, например зондирующий сигнал РЛС, принимается системой антенно-волноводного тракта 1 и попадает в первое плечо циркулятора 2, к которому подсоединен первый фазовращатель 3-1. Отразившись от подвижного отражателя фазовращателя 3-1, сигнал приобретает допплеровский "сдвиг" частоты, пропорциональный скорости перемещения отражателя и возвращается обратно во второе плечо циркулятора 2, откуда поступает через третье плечо циркулятора на вход фазовращателя 3-2. В фазовращетеле 3-2 сигнал приобретает дополнительный "сдвиг" частоты, обусловленный движением отражателя фазовращателя 3-2. Пройдя последовательно все n-1 фазовращателей, сигнал приобретает допплеровский "сдвиг" частоты, равный сумме допплеровских "сдвигов" каждого i-го фазовращателя в отдельности (см. формулу (1).

Таким образом с помощью вновь введенных циркулятора 2 и модуляторов 3-2, 3-2,3-i.3-(n-1), включенных в плечи этого циркулятора, достигается расширение диапазона имитации допплеровских частот.

С выхода p-1 плеча циркулятора 2 СВЧ-сигнал вновь поступает в первое плечо цирокулятора 2 и через антенно-волноводный тракт 1 ретранслируется в направлении контролируемой РЛС.

Изменяя количество плеч циркулятора (практически это можно сделать, например, с помощью каскадного соединения обычных 3-х плечих циркуляторов), число фазовращателей и скорость перемещения отражателя в каждом фазовращетеле, можно получить эхо-сигнал с заданным допплеровским сдвигом.

Пример. Для контроля допплеровской РЛС необходимо имитировать эхо сигнал с допплеровским сдвигом частоты F_g=40 кГц с помощью имитатора фиг. 1 Для простоты фазовращетели в имитаторе фиг. 1 возьмем с одинаковыми параметрами.

Например, пусть каждый фазовращатель обеспечивает сдвиг частоты f_g=8 кГц.

Тогда согласно (1) F_g=(n-1)f_g, откуда необходимое количество плеч циркулятора должно быть:

Шестиплечий циркулятор можно реализовать, например, с помощью 2-х трехплечих циркуляторов, соединенных каскадно.

Таким образом, имитатор фиг. 1 (в данном примере с шестиплечим циркулятором) создает допплеровской частоты, равный 40 кГц, хотя каждый из пяти фазовращателей, входящих в имитатор, способен создать допплеровский сдвиг частоты практически не более 10 кГц.

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано, например, для калибровки и контроля допплеровской РЛС. Имитатор допплеровского сдвига частоты содержит антенно-волноводный тракт и отражательный электромеханический фазовращатель непрерывного действия. Отличие заключается в том, что в него введены n-плечий циркулятор и дополнительно n-2 аналогичных отражательных электромеханических фазовращателей непрерывного действия, причем антенно-волноводный тракт подсоединен к первому плечу циркулятора, а каждое из оставшихся n-1 плечей циркулятора соединено с соответствующим фазовращателем, при этом имитируемая частота Допплера, количество плеч циркулятора и допплеровский сдвиг частоты каждого i-го фазовращателя связаны соотношением:
,
где T_g - имитируемая частота Допплера; n - количество плеч циркулятора; f_gi - допплеровский сдвиг частоты i-го фазовращателя i=1, 2, 3...(n-1). 1 ил.

Имитатор допплеровского сдвига частоты, содержащий антенно-волноводный тракт и отражательный электромеханический фазовращатель непрерывного действия, отличающийся тем, что в него введены n-плечий циркулятор и дополнительно n-2 аналогичных отражательных электромеханических фазовращателей непрерывного действия, причем антенно-волноводный тракт подсоединен к первому плечу циркулятора, а каждый из оставшихся n 1 плеч циркулятора соединен с соответствующим фазовращателем, при этом имитируемая частота допплера, количество плеч циркулятора и допплеровский сдвиг частоты каждого i-го фазовращателя связаны соотношением

где F_д имитируемая частота допплера;
n количество плеч циркулятора;
f_дi доплеровский сдвиг частоты i-го фазовращателя;
i 1,2,3, (n-1).