УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ БОКОВЫХ ЛЕПЕСТКОВ Российский патент 1999 года по МПК H04B1/10 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для защиты радиотехнических средств различного назначения от воздействия активных маскирующих помех.

Известно устройство подавления боковых лепестков, содержащее основную и дополнительную антенны, смесители основной и дополнительной антенн, вычитающее устройство, сумматор, блок комплексного сопряжения, ограничитель сигнала промежуточной частоты, умножитель, усилитель низкой частоты и фильтр низкой частоты [1].

Общими признаками аналога и заявляемого устройства подавления боковых лепестков являются основная и дополнительная антенны, смесители основной и дополнительной антенн, вычитающее устройство, ограничитель сигнала промежуточной частоты, умножитель, усилитель низкой частоты и фильтр низкой частоты.

Работа известного устройства подавления боковых лепестков основана на когерентном вычитании на промежуточной частоте помехи, принятой основной антенной, и взвешенной помехи, принятой дополнительной антенной. Комплексный вес вырабатывается корреляционной обратной связью, созданной блоком комплексного сопряжения, ограничителем сигнала промежуточной частоты, умножителем, усилителем низкой частоты и фильтром низкой частоты.

Недостатками известного устройства подавления боковых лепестков являются малый коэффициент подавления помехи и низкая стабильность работы устройства подавления боковых лепестков в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний.

Известно устройство подавления боковых лепестков, содержащее основную и дополнительную антенны, смесители основной и дополнительной антенн, управляющие смесители, два гетеродина, два ограничителя сигнала промежуточной частоты, вычитающее устройство, корреляционный смеситель, смеситель гетеродинов, три усилителя промежуточной частоты и три фильтра промежуточной частоты [2].

Общими признаками аналога и заявляемого устройства подавления боковых лепестков являются основная и дополнительная антенны, смесители основной и дополнительной антенн, вычитающее устройство, ограничитель сигнала промежуточной частоты, два усилителя промежуточной частоты, гетеродин.

Работа известного устройства подавления боковых лепестков основана на когерентном вычитании на промежуточной частоте помехи, принятой основной антенной, и взвешенной помехи, принятой дополнительной антенной. Комплексный вес на радиочастоте вырабатывается корреляционной обратной связью, созданной двумя усилителями и ограничителями сигнала промежуточной частоты, корреляционным смесителем и тремя фильтрами промежуточной частоты.

Недостатками известного устройства подавления боковых лепестков являются малый коэффициент подавления помехи и необходимость управления уровнем ограничения ограничителя сигнала промежуточной частоты при изменении помехи в большом динамическом диапазоне.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство подавления боковых лепестков, содержащее основную и дополнительную антенны, два малошумящих усилителя, делитель на четыре, четыре фазовращателя на 0, 90, 180 и 270 градусов, соответственно, четыре управляемых аттенюатора, сумматор, гетеродин, смесители основной и дополнительной антенн, ограничитель сигнала промежуточной частоты, вычитающее устройство, два усилителя промежуточной частоты, ограничитель и фильтр промежуточной частоты, синфазный и квадратурный умножители, фазовращатель промежуточной частоты на 90 градусов, два фильтра низких частот, синфазный и квадратурный блоки управления [3].

Общими признаками аналога и заявляемого устройства подавления боковых лепестков являются основная и дополнительная антенны, два малошумящих усилителя, делитель на четыре, четыре фазовращателя на 0, 90, 180 и 270 градусов, соответственно, четыре управляемых аттенюатора, сумматор, гетеродин, смесители основной и дополнительной антенн, ограничитель сигнала промежуточной частоты, вычитающее устройство, два усилителя промежуточной частоты, ограничитель и фильтр промежуточной частоты, синфазный и квадратурный умножители, фазовращатель промежуточной частоты на 90 градусов, два фильтра низких частот, синфазный и квадратурный блоки управления.

Работа известного устройства подавления боковых лепестков основана на когерентном вычитании на высокой частоте помехи, принятой основной антенной, и взвешенной помехи, принятой дополнительной антенной. Комплексный вес на видеочастоте вырабатывается корреляционной обратной связью, созданной гетеродином, двумя смесителями и усилителями промежуточной частоты, ограничителем и фильтром сигнала промежуточной частоты, синфазным и квадратурным умножителями, фазовращателем промежуточной частоты на 90 градусов, двумя фильтрами низких частот, синфазным и квадратурным блоками управления.

Недостатком известного устройства подавления боковых лепестков являются низкая стабильность работы устройства в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний из-за флюктуаций весовых коэффициентов во время переходных процессов при больших интенсивностях помех.

Задачей настоящего изобретения является ограничение флюктуаций весовых коэффициентов во время переходных процессов при большом коэффициенте усиления цепи корреляционной обратной связи, что позволит повысить устойчивость к самовозбуждению в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний, то есть повысить стабильность работы устройства подавления боковых лепестков и обеспечить высокий коэффициент подавления помехи при воздействии помех большой интенсивности.

Поставленная задача решается тем, что в устройство подавления боковых лепестков, состоящее из основной и дополнительной антенн, выходы которых подключены к малошумящим усилителям основной и дополнительной антенн, выход малошумящего усилителя дополнительной антенны подключается к смесителю дополнительной антенны, на второй вход которого подключен выход гетеродина, и к делителю на четыре, все четыре выхода которого через фазовращатели на 0, 90, 180 и 270 градусов, соответственно, и управляемые аттенюаторы подключены к сумматору, а выход последнего подключен ко входу вычитающего устройства, на второй вход которого подключен выход малошумящего усилителя основной антенны, причем выход вычитающего устройства подключен ко входу смесителя основной антенны, а также является выходом устройства подавления боковых лепестков, второй вход смесителя основной антенны подключен к выходу гетеродина, а выход смесителя дополнительной антенны через последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты дополнительной антенны, ограничитель сигнала промежуточной частоты и фильтр промежуточной частоты подключен к первым входам синфазного и квадратурного умножителей, а выход смесителя основной антенны через усилитель промежуточной частоты основной антенны соединен со вторым входом синфазного умножителя и через фазовращатель промежуточной частоты на 90 градусов с вторым входом квадратурного умножителя, выходы синфазного и квадратурного умножителей подключены через фильтры низких частот к входам синфазного и квадратурного блоков управления, соответственно, выходы синфазного и квадратурного блоков управления подключены к соответствующим управляющим входам управляемых аттенюаторов, дополнительно введены два последовательно соединенных усилителя низких частот и ограничители напряжения низких частот, причем вход одного усилителя низких частот подключен к выходу синфазного умножителя, а вход второго усилителя низких частот к выходу квадратурного умножителя, а выход каждого ограничителя подключен к входу соответствующего фильтра низких частот.

Признаки, отличающие предлагаемое устройство от прототипа - наличие дополнительных двух последовательно соединенных усилителей низких частот и ограничителей напряжения, входы которых подключены к выходам синфазного и квадратурного умножителей соответственно, а выходы - ко входам фильтров низких частот, что повышает стабильность работы устройства подавления боковых лепестков и обеспечивает высокий коэффициент подавления при воздействии помехи большой интенсивности.

Структурная схема устройства подавления боковых лепестков приведена на фиг. 1.

Результаты моделирования устройства подавления боковых лепестков приведена на фиг. 2...5.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит основную антенну 1 и дополнительную антенну 2, малошумящие усилители основной антенны 3 и дополнительной антенны 4, делитель на четыре 5, фазовращатели на 0 градусов 6, на 90 градусов 7, на 180 градусов 8 и на 270 градусов 9, управляемые аттенюаторы 10, 11, 12, 13, сумматор 14, вычитающее устройство 15, смесители основной антенны 16 и дополнительной антенны 17, гетеродин 33, усилители промежуточной частоты основной антенны 18 и дополнительной антенны 19, ограничитель сигнала промежуточной частоты 20, фильтр промежуточной частоты 21, фазовращатель промежуточной частоты на 90 градусов 22, синфазный умножитель 23 и квадратурный умножитель 24, усилители низких частот 25 и 26, ограничители напряжения низких частот 27 и 28, фильтры низких частот 29 и 30, синфазный блок управления 31 и квадратурный блок управления 32.

Устройство подавления боковых лепестков работает следующим образом.

Полезный сигнал и помеха принимаются основной антенной 1, усиливаются в малошумящем усилителе 3 и поступают на вход вычитающего устройства 15. На второй вход вычитающего устройства подается взвешенная блоками 5...14 помеха, принятая дополнительной антенной 2 и усиленная малошумящим усилителем 4. При помощи блоков 5...14 осуществляется управление амплитудой и фазой помехи, принятой дополнительной антенной 2, таким образом, чтобы в вычитающем устройстве 15 была осуществлена когерентная компенсация помехи, принятой основной антенной, на высокой частоте. Когерентная компенсация помехи на высокой частоте позволяет получить значительное подавление помехи в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний. Управление амплитудой и фазой осуществляется с помощью управляемых аттенюаторов 10...13. В каждый момент времени открыты не более двух из них. Они определяются номером квадранта требуемого комплексного коэффициента передачи помехи, принятой дополнительной антенной 2. Величины ослабления выбранных управляемых аттенюаторов определяются требуемым комплексным коэффициентом передачи в выбранном квадранте. Выбор управляемых аттенюаторов и передача управляющих сигналов осуществляется синфазным 31 и квадратурным 32 блоками управления. Управляющие сигналы вырабатываются корреляционной обратной связью, которая включает блоки 18. ..30. Для повышения стабильности работы устройства подавления боковых лепестков на выходах синфазного 23 и квадратурного 24 умножителей установлены последовательно соединенные усилитель низкой частоты 25, 26 и ограничитель напряжения низкой частоты 27,28. Усилители низкой частоты 25, 26 обеспечивают малые переходные процессы устройства подавления боковых лепестков при не больших интенсивностях помех, а ограничители напряжения низкой частоты 25, 26 ограничивают флюктуации выходных сигналов усилителей низкой частоты при большой интенсивности помех. Причем уровень ограничения устанавливается независимо от интенсивности помех, а определяется только превышением диаграммы направленности дополнительной антенны над максимальным боковым лепестком основной антенны. Это позволяет устранить возможность возбуждения устройства при большой интенсивности помех и обеспечить постоянство времени переходных процессов в устройстве подавления боковых лепестков.

Для проверки стабильности работы устройства подавления боковых лепестков в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний было проведено математическое моделирование, результаты которого приведены на фиг. 2.. . 5. В качестве помехового колебания и внутренних шумов использовался некоррелированный гауссовский шум. Фиг. 2...5 соответствуют различным отношениям помеха / внутренний шум (фиг. 2 - 10, фиг. 3 -1000, фиг. 4 - 10⁷ фиг. 5 - 10¹⁰). На фиг. 2...5 показаны входные помеховые колебания (а), выходные помеховые колебания предлагаемого устройства (б), выходные помеховые колебания прототипа (в), управляющие сигналы в предлагаемом устройстве (г), управляющие сигналы в прототипе. Результаты моделирования показывают, что в прототипе устойчивое подавление помех осуществляется до отношения помеха / внутренний шум, равное 10⁷ (фиг. 4в), а в предлагаемом устройстве превышает 10¹⁰ (фиг. 5б). При малых интенсивностях помех в прототипе переходные процессы более затянуты, чем в предлагаемом устройстве (фиг. 2г, 2д). Переходные процессы в предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, не зависят от интенсивности входной помехи.

В предлагаемом устройстве, по сравнению с прототипом, введены усилители низких частот 25, 26 и ограничители напряжения низких частот 27, 28. Техническая реализация их не представляет трудностей. Например, они могут быть выполнены на операционных усилителях с малым дрейфом нуля и стандартных двуполярных диодных ограничителях.

Таким образом, использование новых элементов и связей в заявленном устройстве подавления боковых лепестков позволило значительно повысить стабильность его работы при большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний по сравнению с прототипом.

Источники информации
1. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь, 1986. - 198 с.

2. Патент США N 4204211, МКИ G 01 S 3/06, НКИ 343-100LE, 1980.

3. Быховский М.А. Применение многоканальных компенсаторов помех в системах связи. - Радиотехника, 1984, N 12, с. 9...16.

Устройство подавления боковых лепестков включает основную и вспомогательную антенны, к каждой из которых подключены цепи из последовательно соединенных малошумящего усилителя, смесителя с подключенным к нему гетеродином и усилителя промежуточной частоты (УПЧ), ограничитель, подключенный к выходу УПЧ цепи дополнительной антенны, а также синфазную и квадратурную цепи формирования управляющих сигналов для управления ослаблением управляемых аттенюаторов, включенных в цепи управления амплитудой и фазой помехи, обеспечивающей ее когеренную компенсации в вычитающем устройстве. Каждая из упомянутых цепей формирования включает последовательно соединенные усилитель низкой частоты и ограничитель, включенные после умножителя. Ограничитель ограничивает флуктуации выходных сигналов усилителей низкой частоты при большой интенсивности помех. Технический результат заключается в повышении стабильности работы и обеспечении высокого коэффициента подавления помехи при воздействии помех большой интенсивности. 5 ил.

Устройство подавления боковых лепестков, состоящее из основной и вспомогательной антенн, выходы которых подключены к малошумящим усилителям основной и вспомогательной антенн, выход малошумящего усилителя вспомогательной антенны подключается к смесителю вспомогательной антенны, на второй вход которого подключен выход гетеродина, и к делителю на четыре, все четыре выхода которого через фазовращатели на 0, 90, 180 и 270^o соответственно и управляемые аттенюаторы подключены к сумматору, а выход последнего подключен ко входу вычитающего устройства, на второй вход которого подключен выход малошумящего усилителя основной антенны, причем выход вычитающего устройства подключен ко входу смесителя основной антенны, а также является выходом устройства подавления боковых лепестков, второй вход смесителя основной антенны подключен к выходу гетеродина, а выход смесителя вспомогательной антенны через последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты вспомогательной антенны, ограничитель сигнала промежуточной частоты и фильтр промежуточной частоты подключен к первым входам синфазного и квадратурного умножителя, а выход смесителя основной антенны через усилитель промежуточной частоты основной антенны соединен с вторым входом синфазного умножителя и через фазовращатель промежуточной частоты на 90^o с вторым входом квадратурного умножителя, выходы синфазного и квадратурного умножителей подключены через фильтры низких частот к входам синфазного и квадратурного блоков управления соответственно, выходы синфазного и квадратурного блоков управления подключены к соответствующим управляющим входам управляемых аттенюаторов, отличающееся тем, что дополнительно введены два последовательно соединенных усилителя низких частот и ограничителя напряжения низких частот, причем вход одного усилителя низкий частот подключен к выходу синфазного умножителя, вход второго усилителя низких частот к выходу квадратурного умножителя, а выход каждого ограничителя подключен к входу соответствующего фильтра низких частот.