Способ формирования характеристики направленности дискретной приемной антенной решетки Советский патент 1993 года по МПК H01Q3/26 G01S3/82 

СО

с

Использование: в антенной технике для формирования диаграмм направленности дискретных приемных антенн с целью сокращения числа приемных элементов при сохранении ширины характеристики направленности. Сущность изобретения: способ заключается во временной задержке принятых приемными элементами сигналов и их последующим суммированием для каж- дОй группы элементов, перемножении уровней суммарных сигналов, причем шаг расположения первой группы приемных элементов выбирают равным di меньше/равно А/2, а шаг расположения последующих групп выбирают равным KI где I - номер группы, К - коэффициент разрежения, 4 ил,

Изобретение относится к антенной технике, в частности, к технике дискретных антенных решеток и может быть использован для формирования диаграмм направленности, например, акустических приемных антенн, сформированных из микрофонов или гидрофонов, а также в других областях науки и техники, в которых используются дискретные приемные антенны.

Для получения высокой пространственной избирательности линейной антенны используются мультипликативные антенны. Основным недостатком таких антенн является аппаратурная сложность обработки сигналов с выходов приемных элементов. Кроме того, мультипликативные антенны работают удовлетворительно только при условии высоких отношений сигнал/помеха.

В качестве прототипа целесообразно принять способ формирования диаграммы

направленности дискретной эквидистантной компенсированной антенны. Сущность его состоит в том, что сигналы от каждого приемного элемента антенны задерживают на некоторые величины, а задержанные сигналы складывают. На основании формул (5.4) и(5.36)указанной книги получаем выражение, связывающее ширину o&j характеристики эквидистантной антенны, ее длину I и число приемников п в виде:

51А 102m аол - -г-ав;ггт7 (1-)

I

п-2 между приемными эледля расстояния ментами:

н- А

О -п ,

где А- длина волны принимаемого сигнала. Таким образом, ширина характеристики направленности жестко связана с числом приемных элементов, что и является недо00 00 00 00 СП

ю

00

статком такой антенны, Действительно, если необходимо обеспечить узкую характеристику направленности приемной антенны, необходимо большое число приемных элементов, такое же число каналов связи между приемными элементами и ли ний задержки, осуществляющих .компенсацию антенны. Все это существенно усложняет реализацию дискретной приемной антенны с заданной шириной характеристики направленности.

Целью изобретения является уменьшение числа приемных элементов при сохранении ширины характеристики направленности приемной антенны.

Поставленная цель достигается тем, что приемные элементы и соответствующие им управляемые линии задержки разбивают на п групп, суммируют задержанные сигналы в каждой группе и перемножают уровни суммарных сигналов. Первую из групп составляют из приемных элементов, расположенных с шагом di, выбираемым из условия получения характеристики направленности с заданным числом главных максимумов, последующие группы составляют из приемных элементов, расположенных с шагом (M)-Ki. где I - номер группы, Kj - коэффициент разрежения. Коэффициент разрежения каждой группы выбирают таким образом, чтобы все дополнительные главные максимумы характеристик направленности последующих групп совпадали с нулями характеристики направленности хотя бы одной из групп. Фазовые центры всех групп совмещают друг с другом.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг, 2 - характеристика направленности первой группы из 7 приемников; на фиг. 3 - характеристика направленности второй группы 7 из приемников при коэффициенте разрежения на фиг. 4 - результирующая характеристика направленности дискретной антенны.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется на основе анализа работы устройства, реализующего способ формирования характеристики направленности дискретной приемной антенны, образуемой двумя группами по 7 приемных элементов (см. фиг. 1). При дальнейшем рассмотрении будем считать, что имеет место достаточно большое отношение сигнал/помеха, поэтому погрешности формирования характеристики направленности, не учитываем. Первую группу образуют приемные элементы 1i-1. Вторая группа составлена из элементов 2i-2. Выходы приемных элементов 1 i.-l соединены со входами первых

0

5

0

5

0

5

0

5

управляемых линий задержки, а выходы второй группы элементов 2i-2 соединены со входами вторых управляемых линий 4i-4 задержки. Выходы первых линий задержки соединены со входами первого сумматора 5, выход которого через первый детектор 6 соединен с первым входом перемножителя 7 уровней. Выходы второй группы линий 4t-47 задержки соединены со входами второго сумматора 8, выход которого через второй детектор 9 соединен со вторым входом перемножителя 7 уровней, выход которого является выходом устройства в целом.

Пусть требуется синтезировать диаграмму направленности дискретной прием ной антенны с одним главным максимумом. Тогда шаг расположения элементов первой

группы Ь-17 выбираем с условием d -n,

где Я - наименьшая длина волны рабочего диапазона частот. Вторую группу составляем из приемных элементов, расположенных с шагом da большим, чем шаг eh. При этом вторая группа гидрофонов будет иметь характеристику направленности, обладающую несколькими главными максимумами, ширина которых, согласно (1) определяется длиной L второй группы гидрофонов. Шаг расположения второй группы приемных элементов 2i-2r выбираем из условия совпадения угловых положений нулей характеристики направленности первой группы и максимумов характеристики второй группы, которое можно записать в виде:

St Я .

nTdv-ВТ{) где Si - порядковый номер нуля характеристики направленности первой группы, щ - число элементов первой группы, та - порядковый номер максимума характеристики направленности второй группы, d2 - шаг расположения элементов второй группы, Я - длина волны сигнала. Введем в рассмотрение отношение

d2.

эт-К2

(3).

где К2 - коэффициент разрежения второй группы (по сравнению с di) и перепишем (2) в виде

Si ГО2 П1 «2

П

откуда К2

ЗК/.)Следовательно, если, например, выбрать К2-П1, то нули характеристики направленности первой группы совпадают с максимумами того же номера характеристи

ки направленности второй группы (при Sirm2i, где ,2,,..). Перемножение двух характеристик направленности осуществляется путем измерения уровней сигналов с выходов сумматоров 5 и 8 первой и второй групп приемных элементов с помощью де- те торов 6 и 9 и перемножения этих уровней с помощью перемножителя 7 уровней. В результате перемножения характеристик направленности двух групп приемных элементов, фазовые центры которых совмещены (центральный приемный элемент первой группы является одновременно центральный элементом второй группы), получим ре- зультирующуюхарактеристику, обладающую одним главным максимумом, ширина которого определяется линейной длиной L всей дискретной антенны в целом. Следует отметить, что число групп приемных элементов может быть увеличено при выполнении условия совпадения угловых положений максимумов характеристик направленности последующих групп с угловыми положениями нулей хотя бы одной из предыдущих.

Таким образом, экономический эффект от внедрения предполагаемого изобретения определится существенным упрощением аппаратуры за счет сокращения числа рйбочих каналов. Экономический эффект теЦ выше, чем более узкой характеристикой направленности должна обладать проектируемая дискретная приемная антенна. Наибольший эффект достигается при

г

0

15

20 25

30

реализации по предлагаемому способу пространственных антенных решеток, т.к. эффекты сокращения числа элементов вдоль взаимно перпендикулярных осей перемножаются.

Формула из.обретения Способ формирования характеристики направленности дискретной приемной антенной решетки, заключающийся во временной задержке принятых приемными элементами сигналов и последующем их суммировании, отличающийся тем, что, с целью сокращения числа приемных элементов при сохранении ширины характеристики направленности, временную задержку принятых сигналов и их последующее суммирование осуществляют для каждой группы приемных элементов, уровни суммарных сигналов перемножают, причем шаг расположения приемных элементов первой группы выбирают равным ch Д/2, а шаг расположения приемных элементов последующих групп выбирают равным (H) Ki, где ,3,4. N-номер группы; Ki - коэффициент разрежения, равный числу элементов предыдущей группы, поделенному на номер нуля характеристики направленности предыдущей группы, совпадающий по направлению с первым дифракционным максимумом данной группы, при этом фазовые центры всех групп совпадают.

/f 4 Л

г;

i Фет.1.

t

I

Ъ 3

Ь

Ch |

Ј