Способ уменьшения рассеянного поля приемной вибраторной антенны Советский патент 1992 года по МПК H01Q17/00 

Изобретение относится к антеннам и может быть использовано в качестве самостоятельной приемной антенны или в антенных решетках.

Известен способ уменьшения рассеянного поля приемной вибраторной антенны путем компенсации его переизлученным полем этой антенны, причем глубину компенсации рассеянного поля ре гули- руют изменением величины нагрузки антенны.

Наиболее близок к предлагаемому способ уменьшения рассеянного поля вибраторной приемной антенны переизлученным полем этой антенны, которое формируют за счет обратного переизлучения большей части энергии, принятой антенной и отраженной от входа усилителя, являющегося нагрузкой антенны.

Недостатки известного способа и приемной вибраторной антенны, реализующей известный способ, заключаются в том, что они не обеспечивают глубокой компенсации рассеянного поля, имеют невысокий КПД (коэффициент полезного действия) входной цепи, что снижает полезную мощность сигнала в нагрузке (на входе приемника). Указанные недостатки объясняются двумя причинами. Во-первых, для компенсации используется отраженная от нагрузки энергия, причем глубина компенсации связана с величиной энергии, отраженной от нагрузки. Например, для максимальной компенса ции рассеянного поля резонансного

4j

I

со

полуволнового вибратора необходимо, чтобы от нагрузки отражалась вся энергия. Таким образом, в нагрузку энергия не передается. Во-вторых, из-за различного распределения токов в антенне в режиме приема излучения и в режиме передачи, которые близки только на частоте первого резонанса, на частотах, отличных от частоты первого резонанса, для глубокой компенсации рассеянного поля недостаточно даже энергии волны, полностью отраженной,от нагрузки.

Цель изобретения - увеличение глубины компенсации переизлученного поля при одновременном увеличении мощности сигнала, выделяемого в нагрузке.

Поставленная цель достигается тем, что в способе уменьшения рассеянного поля приемной вибраторной антенны, заключающемся в формировании компенсирующей волны из части принятого сигнала в отрезке линии передачи, связывающей вход приемной вибраторной антенны с нагрузкой, компенсирующая волна формируется путем установления фазы и усилейия части принятого сигнала до амплитуды

а b +A

1 -Га

где b - амплитуда волны, принятой приемной вибраторной антенной;

Га - коэффициент отражения от входа приемной вибраторной антенны;

A(0,1-0,3)/b/e-J(85-95 ar9(b)-амплитуда волны на входе приемной вибраторной антенны в режиме компенсации рассеянного поля;

arq(bo) фаза волны, принятой приемной вибраторной антенной на резонансной частоте вибратора.

Осуществление предлагаемого способа возможно с помощью устройства, содержащего приемную вибраторную антенну, выход которой через согласующее устройство подключен к первому входу циркулятора с передачей энергии в направлении увеличения номеров входов, между вторым и последним входом циркулятора включены последовательно соединенные усилитель, устройство выделения части принятой волны с двумя выходами и фазовращатель, а первый выход устройства выделения части принятой волны соединен с нагрузкой (приемником). При этом коэффициент передачи по замкнутому кольцу, образованному цир- кулятором, устройством выделения части принятой волны, усилителем и фазовращателем, определен соотношением

у - Ь b + ЛТ7

Предлагаемый способ осуществлен в приемной вибраторной антенне. Вибратор возбуждали волной из внешнего пространства и компенсирующей волной, полученной из части принятой, усиленной и сдвинутой по фазе волны. Контролировали распределение тока в проводниках вибра- 0 тора и результирующий ток на входе. Установлено, что на частоте первого резонанса вибратора необходимая для максимальной компенсации рассеянного поля амплитуда компенсирующего тока на входе вибратора 5 должна быть равна амплитуде тока, возбуждаемого принимаемой волной, а фаза тока должна отличаться на -170°. При этом глубина компенсации рассеянного поля не менее -26 дБ. В этом случае результирующий, ток 0 на входе вибратора составляет 0,175-0,18 от тока на входе антенны при отсутствии компенсирующего тока, а модуль коэффициента передачи К по замкнутому кольцу, образованному циркулятором, устройством 5 выделения части принятой волны, уси- лигелем и фазовращателем, равен 1. Установлено, что при изменении фазы компенсирующего тока на ± 4° и при изменении амплитуды результирующего тока на 0 входе вибратора в режиме компенсации от 0,1 до 0,3 тока на входе антенны в приемном режиме глубина компенсации рассеянного поля не менее -20 дБ. Установлено, что при параметрах а, А, определенных предлагае- 5 мыми соотношениями, в диапазоне ±30% от резонансной частоты вибратора глубина компенсации не менее -16 дБ. Снижение глубины с изменением частоты объясняется тем, что на частотах, отличных от частоты 0 первого резонанса вибратора, амплитудное распределение тока в плечах вибратора в приемном и передающем режимах различны. На всех частотах различны также фазовые распределения тока в плечах 5 вибратора.

Реализация предлагаемого способа поясняется с помощью устройств, представленных на фиг,1-4.

Устройство на фиг. 1 содержит антенну 0 1, подключенную через согласующее устройство 2 к первому входу 3 циркулятора 4, К второму входу 5 циркулятора 4 через устройство 6 выделения части принятой волны с двумя выходами 7 и 8 к выходу 7 подклю- 5 чена нагрузка 9. Между выходом 8 устройства 6 выделения части принятой волны и последним входом 10 циркулятора 4 включены последовательно соединенные усилитель 11 и фазовращатель 12. В случае

использования четырехвходового циркуля- тора к третьему входу 13 подключена согласованная нагрузка 14. В рассматриваемом примере в качестве устройства выделения части принятой волны может быть использован направленный ответвитель, третий выход 15 которого соединен с поглощающей нагрузкой 16.

При работе устройства волна с выхода антенны 1 поступает на первый вход 3 цир- кулятора 4 через согласующее устройство 2. С первого входа 3 циркулятора 4 волна проходит на его второй вход 5, делится на неравные части в устройстве 6 выделения части принятой волны, причем основная часть принятой волны поступает в нагрузку 9 (приемник), подключенную к первому выходу 7 устройства выделения части принятой волны 6. С второго выхода 8 устройства б выделения части принятой волны через усилитель 11 и фазовращатель 12 ответвленная и усиленная волна с измененной фазой поступает на последний вход 10 циркулятора 4, проходит через циркулятор на его первый вход 5 и через согласующее устройство 2 возбуждает антенну 1 с амплитудно-фазовыми соотношениями, обеспечивающими компенсацию рассеянного поля.

П р и м е р 2, Устройство для уменьшения рассеянного поля приемных вибраторных антенн (фиг.2) содержит антенну 17, подключенную через согласующее устройство 18 к первому входу 19 циркулятора 20, к второму входу 21 которого через усилитель 22 и устройство 23 выделения части принятой волны с двумя выходами 24 и 25 (направленный ответвитель) подключена нагрузка 26 (приемник). Между вторым выходом 25 направленного ответвителя 23 и последним входом 27 циркулятора 20 включен фазовращатель 28. К предпоследнему входу 29 циркулятора 20 подключена согласованная нагрузка 30. Свободный выход 31 направленного ответвителя 23 соединен с поглощающей нагрузкой 32.

Устройство работает следующим образом. Падающее на антенну 17 электромагнитное поле возбуждает ток в проводниках вибратора, с выхода которого волна через согласующее устройство 18 поступает на первый вход циркулятора 20. С второго входа 21 циркулятора 20 волна через усилитель 22 и первый выход 24 направленного ответвителя 23 поступает в приемник 26, а часть энергии принятой и усиленной волны ответвляется на второй выход 25 направленного ответвителя 23, с которого через фазовращатель 28 подается на последний вход 27 циркулятора 20. Прошедшая через циркулятор 20 волна подается на согласующее уст ройство 18, а с согласующего устройства 1Р - на вход антенны 17 и излучается в про странство.

5Пример 3. Устройство дня уменьшения рассеянного поля приемной вибраторной антенны (фиг.З) содержит антенну 33. подключенную через согласующее устройство 34 к первому входу 35 циркулятора 36, 10 к второму входу 37 которого подключена нагрузка 38 (приемник) с калибоованным отражателем на входе 39 (например, скачок волнового сопротивления линии с нагрузкой), В представленном примере в качестве 15 устройства выделения части принятой волны применены отражатель 39 (несогласованная нагрузка) и часть циркулятора 36 между вторым 37 и третьим 40 входами. Между третьим 40 и четвертым 41 входами 0 циркулятора 36 включены последовательно соединенныеусилитель42 и фазовращатель 43.

Устройство работает следующим образом. Падающее на антенну 33 электромаг- 5 китное поле возбуждает ток в проводниках вибратора, с выхода которого волна через согласующее устройство 34 поступает на первый вход 35 циркулятора 36. С второго входа 37 циркулятора 36 волна подается в 0 нагрузку 38 через калиброванный отражатель 39, Отраженная часть волны проходит через циркулятор 36 с второго входа 37 на третий вход 40, через усилитель 42 и фазовращатель 43 подается на четвертый вход 41 5 циркулятора 36. Волна, прошедшая с четвертого входа 41 циркулятора 36 на его первый вход 35, через согласующее устройство 34 возбуждает антенну 33 и излучается в пространство. В приведенном примере мо- 0 дуль произведения коэффициента усиления усилителя на коэффициент отражения калиброванного отражателя и на коэффициент затухания в элементах схемы должен быть близок к 1 или равен ей. 5П р и м е р 4. Устройство для уменьшения рассеянного поля приемных вибраторных антенн (фиг.4) содержит антенну 44, подключенную через согласующее устройство 45 к первому входу 46 циркулятора 47. 0 к второму входу 42 которого подключена нагрузка 49 (приемник) с калиброванным отражателем на входе 50. В представленном примере в качестве устройства выделения части принятой волны г мменены 5 отражатель 50 и часть циркулчтора Л1 между вторым AQ и третьим fji п одами. К третьему входу 51 циркуля i -17 подключен отражательный уги шч .;;, Г-2, а к четвертому входу 53 - F .ииифа зовращатель 54.

Устройство работает следующим образом.

Падающее на антенну 44 электромагнитное поле возбуждает ток в проводниках вибратора, с выхода которого волна через согласующее устройство 45 поступает на первый вход 46 циркулятора 47. С второго входа 48 циркулятора 47 волна подается в нагрузку 49 через калиброванный отражатель 50. Отраженная часть волны проходит через циркулятор 47 с второго входа 48 на третий вход 51, усиливается отражательным усилителем 52. Усиленная волна поступает с третьего входа 51 на четвертый вход 53 циркулятора 47, сдвигается по фазе отражательным фазовращателем 54, подается с четвертого 53 на первый 46 вход циркулятора 47 и через согласующее устройство 45 возбуждает антенну 44 и излучается в пространство.

Во всех приведенных примерах основное свойство - глубина компенсации - одинаково. Однако каждый из трех примеров устройства имеет дополнительные свойства. Устройство, изображенное на фиг.1 (первый пример), наиболее устойчиво за счет минимального влияния входных параметров приемника. Устройство, изображенное на фиг.2 (второй пример), имеет максимальную чувствительность и максимальное отношение сигнал/шум за счёт того, что потери сигнала между выходом антенны и приемником минимальны. Последние устройства (фиг.3,4) наиболее просты конструктивно.

Исследования предлагаемого способа уменьшения рассеянного поля приемной

0

5

0

вибраторной антенны показали, что по сравнению с существующим способом можно увеличить глубину компенсации рассеянного поля до -(20-30) дБ при одновременном увеличении КПД входной цепи приемных антенн с 0-5 до 60-90%.

Формула изобретения Способ уменьшения рассеянного поля приемной вибраторной антенны, заключающийся в формировании компенсирующей волны из части принятого сигнала в отрезке линии передачи, связывающем вход приемной вибраторной антенны с нагрузкой, отличающийся тем, что, с целью увеличения глубины компенсации при увеличении мощности сигнала, поступающего в нагрузку, формирование компенсирующей волны осуществляют путем установления фазы и усиления части принятого сигнала до амплитуды, равной

1 -Га

где b - амплитуда волны, принятой приемной вибраторной антенной;

Га - коэффициент отражения от входа приемной вибраторной антенны;

А - (0,1-0,3)/b/exp{-J(85-95°) - агд(Ь0)} - амплитуда волны на входе приемной вибраторной антенны в режиме компенсации рассеянного поля;

arg(bo) - фаза волны принятой приемной вибраторной антенной на резонансной частоте вибратора.

Изобретение относится к антеннам и может быть использовано для самостоятельной приемной антенны или в антенных решетках. Цель изобретения - увеличение глубины компенсации пепеиэлученного поля при одновременном увеличении мощности сигнала, выделяемого в нагрузке. Способ уменьшения рассеянного поля приемной вибраторной антенны заключается в том, что формируют компенсирующую волну из части принятого сигнала в отрезке линии передачи, связывающем вход приемной вибраторной антенны с нагрузкой, путем установления его фазы и усиления до амплитуды равной а (Ь + А)/(1 - Га), где b - амплитуда волны, принятой антенной, Га - коэффициент отражения от входа антенны, Д(0.1-0,3)/Ьехр{-Я(85-95°)-агд(Ь0)} - амплитуда волны на входе антенны в режиме компенсации рассеянного поля, arg(bo) - фаза волны, принятой антенной на ее резонансной частоте. 4 ил. сл С

Фиг /

(7

фиг 2

Фиг. 5

44