СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ФОРМИРОВАНИЯ НУЛЕЙ В СУММАРНОЙ И РАЗНОСТНОЙ ДИАГРАММАХ НАПРАВЛЕННОСТИ МОНОИМПУЛЬСНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК Российский патент 1998 года по МПК H01Q3/26 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи формирования нулей в диаграммах направленности (ДН) моноимпульсных фазированных антенных решеток (ФАР).

Известен способ совместного формирования нулей в ДН суммарного и разностного каналов моноимпульсных ФАР.

Существо известного способа заключается во взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, их разделении на два канала, суммировании сигналов, полученных с одноименных выходов делителей с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на ± ΔU, где ΔU - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности. Недостатком известного способа является сложная процедура определения комплексных весовых коэффициентов, связанная с необходимость решения недоопределенной системы линейных алгебраических уравнений, число которых равно удвоенному числу помех (2M), а число неизвестных N - числу излучателей, причем обычно M << N.

Предлагаемый способ направлен на устранение данного недостатка. Структурная схема устройства, функционирующего по предлагаемому способу, представлена на фиг. 1. Фиг. 2 и фиг. 3 поясняют механизм формирования нулей в исходной ДН. На фиг. 4 представлены лучи моноимпульсной группы с нулями в направлении помехи.

Рассмотрим существо предлагаемого способа. Как и в прототипе, сигналы, принятые каждым излучателем, взвешивают, разделяют на два канала, суммируют сигналы, полученные с одноименных выходов делителей, с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на ± ΔU , где ΔU - расстояние лучей до равносигнального направления, после чего образуют суммарную и разностную диаграммы направленности. Однако в отличие от прототипа весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении U_о по обобщенной координате, и двух диаграмм направленности, компенсирующих помеху, действующую с направления U_п по обобщенной координате, максимумы которых ориентированы соответственно в направлениях (U_п+ΔU) и (U_п-ΔU). Результирующая диаграмма, сформированная в результате суммирования исходной и двух компенсирующих диаграмм направленности, имеет нули в направлениях (U_п+ΔU) и (U_п-ΔU). В результате разделения сигналов, принятых каждым излучателем, на два канала и суммирования сигналов, полученных с одноименных выходов делителей, с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, из результирующей диаграммы направленности образуют два луча моноимпульсной группы, в каждом из которых оказывается сформированным нуль в направлении на помеху. А это означает, что нули в направлении на помеху сформулируются как в суммарной, так в разностной диаграммах.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что заявленный способ отличается тем, что изменены условия выполнения операции взвешивания: весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении U_о по обобщенной координате, и двух диаграмм направленности, компенсирующих помеху, действующую с направления U_п по обобщенной координате, максимумы которых ориентированы соответственно в направлениях (U_п+ΔU) и (U_п-ΔU).
Рассмотрим предлагаемый способ на примере одной помехи.

Первый и второй лучи моноимпульсной группы могут быть представлены с помощью функций Котельникова. Здесь через U обозначена обобщенная угловая координата

где
N и x₀ - число излучателей и шаг решетки,
λ - длина волны,
θ - угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву.

Вначале формируют исходную ДН с максимумом в направлении U_o (по обобщенной координате)

затем регистрируют уровни исходной диаграммы направленности в направлениях, отстоящих от направления на помеху U_п в обе стороны на ΔU, .

F(U_п+ΔU) = R(U_п+ΔU-U_o), (3)
F(U_п-ΔU) = R(U_п-ΔU-U_o), (4)
создают две дополнительные компенсирующие диаграммы направленности, максимумы которых ориентируют в направлениях (U_п+ΔU) и (U_п-ΔU) (см. фиг. 2, 3). В формулах (2) - (4) приняты следующие обозначения:

где
θ_o - угол ориентации равносигнального направления,
θ_п - угловая координата помехи,
Δθ - угол смещения максимумов лучей относительно равносигнального направления.

F(U) = R(U-U_o)+H₁•R(U-U_п-ΔU)+H₂•R(U-U_п+ΔU), (5)
а веса компенсирующих диаграмм находят из выражений:


Выражения (6) и (7) вытекают из системы двух линейных алгебраических уравнений, следующей из (5) при подстановках U = U_п+ΔU и U = U_п-ΔU :

после чего из полученной таким образом диаграммы направленности формируют два луча, смещенных соответственно на ± ΔU (см. фиг. 4):


из которых образуют суммарную и разностную диаграммы направленности.

Так как каждый луч моноимпульсной решетки имеет нули в направлении на помеху, в этом направлении нули сформируются как в суммарной, так и в разностной диаграммах. Весовой коэффициент в излучателе с номером n (1≤n≤N) находят по формуле

В (11) приняты обозначения



Принятая в (11) запись номеров излучателей, как известно, обеспечивает привязку фазы центрального излучателя к нулю.

Аналогичным образом могут быть сформированы решеткой M нулей, причем M≤(N/2-1), где M - количество помех.

При этом для нахождения весов компенсирующих диаграмм придется решать систему линейных алгебраических уравнений, матрица которой является квадратной и имеет порядок 2M.

Работа устройства, функционирующего по предложенному способу, может быть проиллюстрирована с помощью фиг. 1. Принятые каждым излучателем 1 сигналы взвешиваются с помощью устройств комплексного взвешивания 2 и поступают на входы делителей 3 на два направления. Сигналы с одноименных выходов делителей поступают на входы сумматоров 4 и 5 соответственно через фиксированные фазовращатели 6. При этом на входах сумматора 4 обеспечивается прогрессивный нарастающий, а на входах сумматора 5 - убывающий фазовый сдвиг. В результате на выходах сумматоров 4 и 5 формируются лучи моноимпульсной группы. Если весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбрать в соответствии с выражением (11), а фиксированные фазовращатели 6 исключить, то на выходах сумматоров 4 и 5 будут сформированы одинаковые диаграммы направленности (фиг. 3), максимумы которых ориентированы в направлении обобщенной координаты U_о, а нули - в направлениях (U_п+ΔU) и (U_п-ΔU).
Наличие фазовращателей 6 приводит к смещению лучей, сформированных сумматорами 4 и 5, по обобщенной координате соответственно на ± ΔU (фиг. 4). При этом нули в лучах F₁(U) и F₂(U) моноимпульсной группы, как это следует из выражений (9) и (10), будут сформированы в следующих направлениях: в первом - (U_п+2ΔU) и U_п, а во втором - U_п и (U_п-2ΔU). С выходов сумматоров 4 и 5 сигналы, соответствующие лучам моноимпульсной группы, поступают на входы суммарно-разностного преобразователя 7 (например, двойного T-моста), на выходах 8 и 9 которого формируются суммарная F_Σ(U) и разностная F_Δ(U) диаграммы направленности соответственно. Поскольку в каждом из лучей моноимпульсной группы имеется нуль в направлении U_п, то нули в этом направлении сформируются как в суммарной, так и в разностной диаграммах направленности.

Таким образом, предложенный способ формирования нулей позволяет упростить процедуру определения весовых коэффициентов в излучателях моноимпульсных ФАР, обеспечивающих совместное формирование нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности, сводя ее к вычислению по известным значениям U_о, U_п и ΔU весов компенсирующих диаграмм H₁ и H₂ с помощью формул (6) и (7), после чего весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, определяют с помощью выражения (11).

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи формирования нулей в диаграммах направленности моноимпульсных фазированных антенных решеток. Способ основан на взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, их разделении на два канала, суммировании сигналов, полученных с одноименных выходов делителей с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на ±ΔU , где ΔU - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности. Весовые коэффиценты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении U_o по обобщенной координате, и двух диаграмм направленности, компенсирующих помеху, действующую с направления U_п по обобщенной координате, максимумы которых ориентированы соответственно в направлениях (U_П+ΔU) и (U_П-ΔU). 4 ил.

Способ совместного формирования нулей в суммарной и разностной диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток, основанный на взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, их разделении на два канала, суммировании сигналов, полученных с одноименных выходов делителей с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на ±ΔU , где ΔU - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности, отличающийся тем, что весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых кожффициентов, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении U₀ по обобщеной координате, и двух диаграмм направленности, компенсирующих помеху, действующую с направления U_п по обобщенной координате, максимумы которых ориентированы соответственно в направлениях (U_п+ΔU) и (U_п-ΔU) .