Устройство для подавления широкополосных активных шумовых помех
Полезная модель относится к радиолокации и предназначена для защиты РЛС от широкополосных активных шумовых помех (АШП), действующих по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны. Предлагаемое техническое решение, устройство для подавления широкополосных АШП, позволяет получить значительное подавление активной помехи на промежуточной частоте в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний. Технический результат достигается тем, что в устройстве для подавления широкополосных активных шумовых помех, представляющем собой аналого-цифровой квадратурный автокомпенсатор с цифровым управлением, используются фазовращатели на поверхностных акустических волнах (ПАВ), между выходными каналами которого обеспечивается стабильный фазовый сдвиг на 
/2 во всей полосе сигнала. Устройство для подавления широкополосных активных шумовых помех состоит из антенн основного и компенсационного каналов, двух малошумящих усилителей высокой частоты, двух делителей напряжения, трех ограничителей, трех фазовращателей на ПАВ, регулируемых аттенюаторов, двух преобразователей, гетеродина, четырех усилителей промежуточной частоты, трех фазовых манипуляторов, двух фазовых детекторов, двух аналого-цифровых преобразователей, двух схем вычитания постоянной составляющей, двух интеграторов и вычитающего сумматора, соединенных определенным образом. При этом выход вычитающего сумматора является выходом всего устройства,
Полезная модель относится к радиолокации и предназначена для защиты РЛС от широкополосных активных шумовых помех (АШП), действующих по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны.
Устройствами для подавления АШП являются автокомпенсаторы (АК). Создание аналоговых АК для работы в широкой полосе частот представляет значительные трудности. Для увеличения широкополосности аналоговые АК конструируют на базе аттенюаторов в сочетании с переключателями и фазовращателями. Проектирование АК для работы на промежуточной частоте (ПЧ) вызывает дополнительные трудности, связанные с узкополосностью основных компонентов АК, таких как фазовращатель на /2.
В журнале "Радиотехника", 
12 за 1984 год (с.10, 11), и в статье White B.et al. Intern. Conf. on Sat. Commun. Syst. Technology (1975 г.) описан компенсатор помех на высокой частоте (ВЧ). В этом компенсаторе к выходам антенн подключены малошумящие усилители. Далее в основном тракте включен направленный ответвитель, выполняющий функции вычитателя, на второй вход которого с блока автоматической регулировки весов (АРВ) заводится компенсирующий сигнал. В этом блоке формируются из входного сигнала 4 копии: синфазная с ним, противофазная и две, отличающиеся от них по фазе на ±90°. В каждой из этих четырех ветвей включены аттенюаторы. Выходы аттенюаторов соединены с сумматором, выход которого является выходом блока АРВ. Управляющие напряжения на аттенюаторы подаются с помощью управляющих цепей (УЦ). Сигналы, подаваемые на УЦ, образуются в результате корреляции сигналов основного и дополнительного каналов.
Недостатком этого устройства является низкая стабильность работы устройства в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний из-за флюктуации весовых коэффициентов во время переходных процессов при больших интенсивностях помех.
Повысить устойчивость к самовозбуждению в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний, т.е. повысить стабильность работы устройства подавления боковых лепестков и обеспечить высокий коэффициент подавления помехи при воздействии помех большой интенсивности, позволяет техническое решение, описанное в патенте РФ 2139627, заявка 98119406/09 от 29.10.1998, опубликованном 10.10.1999, патентообладатель - ЗАО "Центр технического сотрудничества радиоэлектронного комплекса".
Устройство содержит основную и дополнительную антенны, соединенные последовательно с малошумящими усилителями, делитель на 4, фазовращатели на ноль, 90, 180 и 270 градусов, управляемые аттенюаторы, сумматор, вычитающее устройство, смесители сигналов, гетеродин, усилители промежуточной частоты основного и дополнительного каналов, ограничитель сигнала промежуточной частоты, фильтр промежуточной частоты, фазовращатель на 90 градусов промежуточной частоты, синфазный и квадратурный блоки управления.
В данной схеме в вычитающем устройстве на высокой частоте осуществлена когерентная компенсация помехи, принятой основной антенной, что позволяет получить значительное подавление помехи в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний на высокой частоте возможно, но когерентной компенсации помехи на ПЧ в данной схеме без переделок достичь нельзя. Этот АК взят в качестве прототипа.
Предлагаемое техническое решение, устройство для подавления широкополосных АШП (аналого-цифровой автокомпенсатор), позволяет получить значительное подавление активной помехи на промежуточной частоте в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для подавления широкополосных активных шумовых помех, представляющем собой аналого-цифровой квадратурный автокомпенсатор с цифровым управлением, используются фазовращатели на поверхностных акустических волнах (ПАВ), патент на полезную модель "Фазовращатель на ПАВ" 95926, заявка 2010106578/22 от 24.02.2010; патентообладатель - ОАО "ФНПЦ "ННИИРТ". В используемом фазовращателе между выходными каналами обеспечивается стабильный фазовый сдвиг на /2 во всей полосе сигнала.
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фигуре. На схеме приняты следующие обозначения:
1, 3 - антенны основного и компенсационного каналов Аок, Акк;
2 - гетеродин;
4, 7 - малошумящие усилители основного и компенсационного каналов МШУ 1, МШУ 2;
5 - первый делитель напряжения Д 1;
6, 8 - преобразователи компенсационного и основного каналов Пр 1, Пр 2;
9 - первый фазовращатель Ф 1;
10 - фазовращатель основного канала Ф;
11, 13 - аттенюаторы компенсационного канала Атт 1, Атт 2;
12 - первый усилитель промежуточной частоты УПЧ 1;
14 - аттенюатор основного канала Атт;
15, 19 - фазовые манипуляторы компенсационного канала ФМ 1, ФМ 2;
16, 18- цифровые интеграторы Инт 1, Инт 2;
17 - первый ограничитель Огр 1;
20 - фазовый манипулятор основного канала ФМ;
21, 23 - второй и третий ограничители Огр 2, Огр 3;
22 - второй делитель напряжения Д 2;
24 - усилитель промежуточной частоты основного канала УПЧ;
25. 29 - второй и третий усилители промежуточной частоты УПЧ 2, УПЧ 3;
26. 28 - схемы вычитания постоянной составляющей ВПС 1, ВПС 2;
27 - второй фазовращатель Ф 2;
30, 33 - аналого-цифровые преобразователи АЦП 1, АЦП 2;
31, 32 - фазовые детекторы ФД 1, ФД 2;
34 - вычитающий сумматор 
.
Устройство для подавления широкополосных АШП представляет собой аналого-цифровой автокомпенсатор квадратурного типа, выполненный на базе фазовращателей на ПАВ, управляемых весовыми коэффициентами в виде цифрового кода аттенюаторов и фазовых манипуляторов, имеющих два значения фазы - ноль и . Автокомпенсатор имеет два подканала - синфазный и квадратурный, которые формируются с помощью делителя напряжения на два и фазовращателя на ПАВ.
Предлагаемое устройство содержит антенну основного канала 1 и антенну компенсационного канала 2. К выходам антенн соответственно подключены последовательно соединенные малошумящие усилители высокой частоты 4, 7 и преобразователи 6, 8, второй вход которых соединен с выходом гетеродина 2.
В основном канале к выходу преобразователя 8 подсоединены последовательно соединенные фазовращатель 10, аттенюатор 14, фазовый манипулятор 20 и усилитель промежуточной частоты 24, выход которого соединен с одним из входов вычитающего сумматора 34.
В компенсационном канале выход преобразователя 6 соединен с входом первого делителя напряжения 5 и входом первого усилителя промежуточной частоты 12. Выходы первого делителя напряжения 5 подключены к соответствующим входам первого фазовращателя 9. При помощи делителя 5 и фазовращателя 9 формируются две квадратуры компенсационного канала.
К выходам первого фазовращателя 9 подсоединены две идентичные цепи, состоящие, соответственно, из последовательно соединенных аттенюатора компенсационного канала 11 (13), фазового манипулятора компенсационного канала 15 (19) и второго (третьего) усилителя промежуточной частоты 25 (29), выходы которых соответственно соединены с входами 2 и 3 вычитающего сумматора 34.
Для выработки цифровых кодов выход первого усилителя промежуточной частоты 12 соединен с последовательно соединенными: первым ограничителем 17, вторым делителем напряжения 22 и вторым фазовращателем 27. К выходам второго фазовращателя 27 подключены идентичные цепи, образующие синфазный и квадратурный каналы обратной связи. Цепи состоят из последовательно соединенных фазовых детекторов 31 (32), АЦП 30 (33), схемы вычитания постоянной составляющей 26, (28), второго и третьего ограничителей 21 (23) и цифровых интеграторов 16 (18). В цифровых интеграторах вырабатываются весовые коэффициенты в виде цифрового кода, знак которого управляет фазой фазовращателей, а абсолютное значение управляет степенью затухания аттенюаторов компенсационного канала. При этом выходы цифровых интеграторов 16 (18) соединены с входами управления аттенюаторов компенсационного канала 11 (13) и фазовых манипуляторов 15 (19). А именно, первые выходы цифровых интеграторов 16 (18) соединены со вторыми входами аттенюаторов компенсационного канала 11 (13), а вторые их выходы - со вторыми входами фазовых манипуляторов 15 (19). Выход вычитающего сумматора 34 является выходом всего устройства и, кроме того, подключен ко второму входу фазовых детекторов 31 и 32.
Устройство для подавления широкополосных активных шумовых помех работает следующим образом.
Полезный сигнал и помеха принимаются антенной основного канала 1, усиливаются малошумящим усилителем основного канала 4, преобразуются при помощи гетеродина 2 в преобразователе 8 на промежуточную частоту и поступают через последовательно включенные фазовращатель основного канала 10 (без сдвига фазы), открытый полностью аттенюатор основного канала 14, фазовый манипулятор основного канала 20 с постоянным нулевым значением фазы и усилитель промежуточной частоты основного канала 24 на первый вход вычитающего сумматора 34. Фазовращатель, аттенюатор и фазовый манипулятор включены для обеспечения идентичности основного и компенсационного каналов.
Помеха, принятая антенной компенсационного канала 3, усиленна я малошумящим усилителем компенсационного канала 7 и преобразованная с помощью гетеродина 2 в промежуточную частоту преобразователем компенсационного канала 6, подается на первый делитель напряжения 5, который вместе с последовательно включенным первым фазовращателем 9 образуют две квадратуры компенсационного канала.
С выходов первого фазовращателя 9 сигналы шума компенсационного канала (синфазная и квадратурная составляющие) поступают, соответственно, на аттенюаторы компенсационного канала 11 и 13, затухание которых регулируется с помощью цифровых кодов. Меняя затухание аттенюаторов компенсационного канала 11, 13, можно плавно поворачивать фазу шумового вектора сигнала компенсационного канала в пределах от нуля до /2. С выходов аттенюаторов компенсационного канала 11, 13 сигналы шума соответственно поступают на фазовые манипуляторы компенсационного канала 15 и 19, которые при изменении знака цифрового управляющего кода обеспечивают поворот фазы шумового сигнала на ноль или . Аттенюаторы компенсационного канала 11 и 13 вместе с фазовыми манипуляторами компенсационного канала 15 и 19 обеспечивают вращение общего вектора шумового сигнала компенсационного канала в диапазоне углов от нуля до 2. После фазовых манипуляторов компенсационных каналов 15, 19 шумовые сигналы, усиленные вторым и третьим усилителями промежуточной частоты 25 и 29, подаются на второй и третий входы вычитающего сумматора 34, в котором, складываясь с шумовым сигналом основного канала, обеспечивают его компенсацию.
Для создания цифровых управляющих кодов сигнал, принятый компенсационной антенной 3, с преобразователя компенсационного канала 6 через первый усилитель промежуточной частоты 12, первый ограничитель 17 и второй делитель напряжения 22 подается на второй фазовращатель 27, с выходов которого сигналы двух квадратур поступают соответственно на первый вход фазовых детекторов 31, 32. на второй вход которых подается сигнал обратной связи с выхода вычитающего сумматора 34. Полярность сигналов на выходе фазовых детекторов 31 и 32 зависит от разности фаз шумовых сигналов, подаваемых со второго фазовращателя 27, и сигналов обратной связи с выхода вычитающего сумматора 34, а амплитуда - от степени корреляции этих сигналов.
После оцифровки в аналого-цифровых преобразователях 30, 33 и прохождения через схемы вычитания постоянной составляющей 26, 28 сигналы через второй и третий ограничители 21, 23, имеющие логарифмическую характеристику, поступают на цифровые интеграторы 16 и 18, в которых и вырабатываются управляющие цифровые коды, знак которых управляет фазовыми манипуляторами, а абсолютное значение - аттенюаторами.
Настройка устройства производится в стробе, расположенном вне рабочей зоны работы РЛС. Управляющие сигналы регулируемых цифровых аттенюаторов 11, 13, выработанные в стробе, запоминаются и сохраняются во время активной работы РЛС на рабочей дистанции. Настройка схем вычитания постоянной составляющей 26, 28 производится в стробе, расположенном перед стробом, в котором вырабатывается управляющий сигнал, при отключенном основном канале.
Применение в заявляемом устройстве фазовращателей на ПАВ, имеющих высокую идентичность амплитудно-частотных характеристик и фиксированный фазовый сдвиг на /2 в широкой относительной полосе пропускания с ошибкой 1-2 градуса по фазе, обеспечивают автокомпенсатору высокое подавление шумов на промежуточной частоте.
Использование цифровой обработки значительно упрощает схему выработки весовых коэффициентов и систему управления ими.
Применение ограничителей с логарифмической характеристикой, имеющей начальный линейный участок, позволяет стабилизировать суммарную динамическую постоянную времени автокомпенсатора.
Применение предлагаемого устройства в разрабатываемом изделии позволило получить коэффициент подавления шумовой помехи более 20 Дб в полосе 20 МГц на центральной частоте порядка 80 МГц.
Устройство для подавления широкополосных активных шумовых помех, состоящее из антенны основного и антенны компенсационного каналов, двух малошумящих усилителей высокой частоты, делителя напряжения, трех ограничителей, фазовращателей, регулируемых аттенюаторов, двух преобразователей, второй вход которых соединен с гетеродином, двух усилителей промежуточной частоты, сумматора и вычитающего устройства (далее - вычитающий сумматор), при этом выходы антенн подключены к малошумящим усилителям, выход малошумящего усилителя антенны компенсационного канала соединен с первым входом преобразователя, выход которого подключен к делителю напряжения, каждый из выходов которого соединен с фазовращателем и, последовательно включенным с ним, соответствующим аттенюатором, при этом выход вычитающего сумматора является выходом всего устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены три фазовых манипулятора, второй делитель напряжения, два фазовых детектора, два аналого-цифровых преобразователя, две схемы вычитания постоянной составляющей, два усилителя промежуточной частоты и два интегратора, к выходу малошумящего усилителя в основном канале подключен преобразователь, выход которого через последовательно соединенные фазовращатель с нулевым сдвигом, полностью открытый аттенюатор, фазовый манипулятор с постоянным нулевым значением фазы и усилитель промежуточной частоты соединен с одним из входов вычитающего сумматора, выходы аттенюаторов синфазной и квадратурной составляющих компенсационного канала подключены каждый к своим последовательно соединенным фазовым манипуляторам и усилителям промежуточной частоты, выходы которых соединены с соответствующими входами вычитающего сумматора, кроме того, выход преобразователя компенсационного канала соединен с последовательно включенными усилителем промежуточной частоты, ограничителем, вторым делителем напряжения и фазовращателем, выходы которого подключены к первому входу фазовых детекторов, второй вход которых соединен с выходом вычитающего сумматора, а выход - с соответствующими последовательно включенными аналого-цифровыми преобразователями, схемами вычитания постоянной составляющей, ограничителями и интеграторами, первый выход которых соединен со вторым входом соответствующего аттенюатора компенсационного канала, а второй - со вторым входом фазового манипулятора, при этом используются ограничители с логарифмической характеристикой, а в качестве фазовращателей - фазовращатели на ПАВ.
