Устройство автоматического фазирования антенной решетки Советский патент 1992 года по МПК H01Q3/26 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в антенных решетках (АР) с электрическим сканированием.

Цель изобретения - повышение точности установки луча антенной решетки при наличии отказов в усилителях мощности и фазовращателях.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства автоматического фазирования АР; на фиг. 2 - схема коммутирующего каскада.

Устройство (фиг. 1) содержит усилительный каскад 1. вход которого соединен с выходом управляемого фазовращателя 2, а выход - с одним из входов фазового дискриминатора 3 и является выходом устройства. Выход фазового дискриминатора 3 подключен к одному из входов дифференциального каскада 4, выход которого электрически связан с первым фильтром 5. Выход первого

фильтра 5соединен с одним из входов блока суммирования 6, выход которого связан с управляющим входом фазовращателя 2. Выход возбудителя 7 подключен ко входу рас- пределительной системы 8, выходы которой соединены с управляемыми фазовращателями 2. Один из входов фазового дискриминатора 3 подключен к выходу опорного генератора 9. Выход блока усреднения 10 соединен с входом второго фильтра 11 и вторым входом дифференциального каскада 4, а выход второго фильтра 11 - с вторым входом блока суммирования 6. Выходы блока управления 12 соединены с соответствующими входами каждого фазового дискриминатора 3 и коммутирующего каскада 13. Второй вход коммутирующего каскада 13 соединен с выходом блока суммирования 6, а третий вход каскада 13 является входом опорного напряжения U0. Один из входов схемы сравнения 14 связан

сл

с

XI

о

4

СА

ю

с выходом коммутирующего каскада 13, а на второй вход подается опорное напряжение Uon. Выход схемы 14 электрически связан с управляющими входами ключа 15 и выключатели напряжения 16. Информационный вход ключа 15 соединен с выходом фазового дискриминатора 3, а выход подключен к входу блока усреднения 10. Второй вход блока 16 соединен с источником питания 17, а выход- с входом усилительного каскада 1. Источники опорных напряжений Uo, Uon на схеме не приведены.

Коммутирующий каскад 13 (фиг. 2) включает дифференциальный усилитель 18, вход которого является входом каскада 13, а выход через формирователь 19 подключен ко входам схемы ИЛИ 20 и элемента задержки 21. Выход элемента 21 соединен с вторым входом схемы ИЛИ 20, выход которой электрически связан с входами схемы НЕ 22 и блока коммутаторов 23. Второй управляющий вход блока коммутаторов 23 связан с выходом схемы НЕ 22, а информационные входы блока коммутаторов 23 подключены к выходу блока суммирования 6 и к источнику опорного напряжения Uo. Выход блока коммутаторов 23 является выходом коммутирующего каскада 13 и соединен с входом сравнения 14.

Устройство работает следующим образом.

В каждом канале фаза сигнала на выходе усилительного каскада 1 подстраивается с заданным сдвигом, определяемым блоком управления 12, под фазу выходного сигнала опорного генератора 9 с помощью замкнутого контура автоматического фазирования. Контур включает также управляемый фазовращатель 2, фазовый дискриминатор 3, дифференциальный каскад 4, первый фильтр 5 и блок суммирования 6. Это позволяет компенсировать уходы фазы выходного сигнала в канале, обусловленные нестабильностью фазовых набегов в усилительном каскаде 1 и фидерных линиях передачи от возбудителя 7, в частности фазовой несбалансированностью по выходам распределительной системы 8.

Задающим воздействием на контур автоматического фазирования, которое определяет величину фазы выходного сигнала канала относительно фазы опорного генератора 9, является сигнал с выхода блока управления 12, подаваемый через управляющий вход фазового дискриминатора 3. Ве- .личина указанного сигнала в n-м канале пропорциональна требуемому сдвигу фаз, определяемому соотношением

рп 2ttj(n-1)sin0, (1)

где d - расстояние между излучателями АР;

Я-длина волны;

в - угол отклонения луча от нормали к АР.

Сигнал на выходе усилительного каскада 1 n-го канала описывается выражением

Un An cos ( + РОП + fk + Ф (t)) , (2)

где An - амплитуда сигнала; ftfe- рабочая частота; роп - фаза сигнала, определяемая фазой сигнала возбудителя 7 и набегами фазы в распределительной системе 8, фидерных линиях передачи и усилительном каскаде 1; рп - дополнительный сдвиг в фазовращателе 2 n-го канала, необходимый для управления лучом; Ф(т) - изменение фазы, обусловленное модуляцией сигнала.

Напряжение на выходе фазового дискриминатора 3 в n-м канале, на входы которого подается сигнал, пропорциональный требуемому значению фазы вида (1), и сигнал вида (2), а также сигнал с выхода опорного генератора 9 вида

U г АО cos(u)0t + р0),

(3)

5

0

где р0 - фаза сигнала с выхода блока 9,

0 пропорционально величине (, + Ф(1) - р0 - рпт.е. определяется отклонением фазы от заданной рп - у п , а также фазовыми ошибками в канале роп и полезной угловой модуляцией Ф (t) усиливаемых сигналов, осуществляемой в возбудителе 7. Таким образом, напряжение на выходе каждого фазового дискриминатора 3 содержит общую составляющую, определяемую законом модуляции сигнала и начальной фазой в опорном генераторе 9. На выходе блока усреднения 10, где происходит суммирование выходных напряжений всех фазовых дискриминаторов 3 с весовыми

коэффициентами 1/N (N - число каналов АР), происходит выделение постоянной составляющей, поскольку остальные составляющие носят случайный характер. В результате на выходе дифференциального каскада 4 формируется сигнал, равный разности выходных напряжений фазового дискриминатора 3 и блока усреднения 10, т.е. определяемый уходами фазы, описанными выше. Кроме того, корреляция фаз сигналов

на выходе усилительных каскадов 1 определяется также нестабильностью фазового набега в возбудителе 7 и распределителе 8. Для выделения этой составляющей служит контур, который замыкается через второй фильтр 11, причем его полоса пропускания

меньше минимальной ширины спектра модулирующего сигнала. Выходные сигналы фильтров 5 и 11 подаются на блок суммирования 6, на выходе которого выделяется сигнал, пропорциональный уходу фазы

рп - рп . Этот сигнал подается на управляющий вход фазовращателя 2, в результате чего фаза на выходе фазовращателя меняется на необходимую величину.

При завершении процесса перефази- ровки в каналах АР сигнал на входе коммутирующего каскада 13, связанном с выходом блока управления 12, не меняется. В этом случае каскад 13 обеспечивает прохождение с выхода блока суммирования 6 на вход схемы сравнения 14 сигнала, который при исправном контуре фазовой автоподстройки fyVi f}n) равен нулю. На второй вход схемы сравнения 14 подается опорное напряжение (Jon такое, что при исправном контуре фазовой автоподстройки на выходе схемы сравнения 14 сигнал отсутствует. В этом случае ключ 15 замкнут и обеспечивает прохождение сигнала с выхода фазового дискриминатора 3 на вход блока усреднения 10, а блок 16 - подачу напряжения от источника питания 17 на усилительный каскад 1.

При наличии неисправностей в контуре фазовой автоподстройки не обеспечивается установка требуемого значения фазы в управляемом фазовращателе 2 и сигнал на выходе блока суммирования 6 отличен от нуля. Коммутирующий каскад 13 обеспечивает прохождение данного сигнала на вход схемы сравнения 14, на выходе последней вырабатывается сигнал, по которому размыкается ключ 15, а блок 16 снимает питание с усилительного каскада 1, т.е. неисправный канал отключается.

Необходимо отметить, что в течение процесса перефазировки сигнал на выходе блока 6 даже в исправном канале отличен от нуля (это является необходимым для функционирования данного контура фазовой автоподстройки). Признаком процесса перефазировки является изменение сигнала на выходе блока управления 12. При этом на время перефазировки коммутирующий каскад 13 обеспечивает прохождение на вход схемы сравнения 14 опорного напряжения Uo, а не сигнала с выхода блока суммирования 6. Поэтому отключения канала во время перестройки фазовращателя не происходит, так как сигнал на входе схемы 14 (т.е. Uo совпадает с сигналом, вырабатываемым блоком 6 исправного контура фазовой автоподстройки.

Коммутирующий каскад (фиг, 2) 13 функционирует следующим образом.

По окончании процесса перефазировки сигналы на входе блока 18 не изменяются. При этом на выходе блоков 18, 19, 20 и 21 устанавливается нулевой потенциал, а на

5 выходе схемы НЕ 22 - потенциал высокого уровня. При таких сигналах на управляющих входах блока коммутаторов 23 обеспечивается замыкание цепи с выхода блока 6 на выход последнего, а цепь, связанная с ис0 точником опорного напряжения Uo, будет разомкнута.

В течение процесса перефазировки на выходе блока 18 присутствует сигнал, по

5 которому на выходе формирователя 19 появляется сигнал высокого уровня. Наличие элемента задержки 21 приводит к тому, что потенциал высокого уровня существует на выходе схемы ИЛИ 20 и после завершения

0 процесса перефазировки, в течение интервала времени, определяемого постоянной времени контура фазовой автоподстройки. В этом случае на выходе схемы ИЛИ 20 формируется потенциал высокого уровня, а

5 на выходе схемы НЕ 22 - потенциал низкого уровня, что обеспечивает подключение источника опорного напряжения U к выходу блока 23.

Таким образом, при возникновении от0 казов в усилителях мощности и фазовращателях одного из каналов АР производится отключение неисправного контура автоматического фазирования данного канала, что позволяет добиться повышения точности

5 установки луча АР.

Формула изобретения

Устройство автоматического фазирова0 ния антенной решетки по авт. св. 1363346, отличающееся тем, что, с целью повышения точности установки луча антенной решетки при наличии отказов в усилителях мощности и фазовращателях, в

5 каждый контур автоподстройки фазы дополнительно введены коммутирующий каскад, схема сравнения, ключ и выключатель напряжения, причем выход фазового дискриминатора контура автоподстройки фазы

0 подключен к соответствующему входу блока усреднения через ключ, выходы блока управления и блока суммирования соответствующего контура автоподстройки фазы подключен к соответствующим входам ком5 мутирующего каскада, выход которого через схему сравнения подключен к управляющему входу ключа и управляющему входу выключателя напряжения, а выход блока питания подключен к усилителям мощности каждого канала через соответствующие выключатели напряжения, при этом коммутирующих каскадов являются входа- второй вход схем сравнения и третий вход ми опорного напряжения.

с Выхода §пока {2

Использование: в антенной технике для повышения точности установки луча антенной ракетки при наличии отказов в усилителях мощности и фазовращателях. Сущность изобретения: устройство содержит N усилительных каскадов (1), N управляемых фазовращателей (2), N фазовых дискриминаторов

г на 5лока 14

Фиг. 2