Многоканальный облучатель для приемных антенн

Полезная модель относится к области антенной техники и, в частности, к технике многолучевых СВЧ антенн и может быть использовано в приемных фазированных антенных решетках (ФАР) линзового типа и приемных гибридных зеркальных антеннах, работающих в составе радиолокационных станций. Задачей заявленного изобретения является одновременное формирование приемных антенных лучей с малыми потерями мощности принимаемого сигнала в элементах каждого приемного канала, начиная от приемной апертуры и кончая его выходом.

Полезная модель относится к области антенной техники и, в частности, к технике многолучевых сверхвысокочастотных (СВЧ) антенн и может быть использована в приемных фазированных антенных решетках (ФАР) линзового типа и приемных гибридных зеркальных антеннах, работающих в составе радиолокационных станций.

Известен многоканальный облучатель для многолучевой ФАР линзового типа [1], приведенный на фиг. 1, состоящий из совокупности элементарных облучателей, выполненных, например, в виде рупоров 1 с волноводными выходами. Рупоры располагаются в фокальной плоскости ФАР 2, как правило, вплотную друг к другу, причем угловое расстояние между осями соседних лучей равно величине

где d - расстояние между центрами апертур соседних рупоров, расположенных в одном ряду (столбце) излучателей, F- фокусное расстояние фазируемой линзы. Если рупоры расположены вплотную друг к другу, то d - это один из линейных размеров рупора.

Недостатком такого многоканального облучателя является трудность формирования приемных лучей ФАР с высоким уровнем пересечения (высоким коэффициентом усиления в направлении, соответствующем пересечению лучей). С одной стороны, для реализации высокого уровня пересечения приемных лучей необходимо иметь достаточно малую величину размера d в соответствии с (1), с другой стороны, при высоком уровне пересечения лучей величина d может оказаться существенно меньше оптимальной d₀, при которой достигается высокий коэффициент усиления формируемого луча, что приводит к потере мощности принимаемого сигнала.

Этот недостаток частично устранен в конструкции многоканального облучателя, описанной в [2] и принимаемой за прототип (фиг. 2). Каждый канал облучателя содержит излучатель 1, малошумящий усилитель 2, управляемый фазовращатель 3 и управляемый аттенюатор 4. Выходы каналов подключены к сумматору сигналов 5. С помощью аттенюаторов 4 можно изменять число и состав каналов, подключенных к сумматору 5: для отключения нежелательных каналов достаточно с помощью их аттенюаторов ввести сильное ослабление сигнала.

Если линейный размер апертуры d при выбранном угле разделения лучей оказывается меньше оптимального, необходимо формировать групповые (вторичные) приемные каналы с увеличенным линейным размером апертуры. Например, чтобы сформировать вторичный канал с линейным размером апертуры 2d (на фиг. 2 - вторичный канал ), достаточно ввести сильное ослабление во все первичные каналы за исключением двух - это 1-й и 2-й каналы слева. Если сформировать вторичный канал, суммируя 2-й и 3-й каналы слева (на фиг. 2 - вторичный канал б), то без ослабления сигнала работают второй и третий каналы. Заметим, что оси антенных лучей вторичных каналов и б имеют угол разделения , соответствующей размеру d (а не 2d), а апертуры вторичных каналов перекрываются.

Таким образом, многоканальный облучатель обеспечивает высокий уровень пересечения антенных лучей (малый угол разделения лучей за счет достаточно малого размера d) и малые потери сигнала при перехвате его апертурой вторичного канала, линейный размер которого больше d.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата в многоканальном облучателе, принимаемом за прототип, являются два фактора:

1) в общем случае мощность, перехваченная апертурой вторичного канала, поступает с потерями на выход 6 сумматора 5 вследствие того, что сумматор является нерегулируемым устройством и может быть хорошо согласован только под фиксированную заранее выбранную группу первичных каналов; при изменении состава группы наступает рассогласование;

2) ввиду того, что сумматор 5 имеет один выход, невозможно сформировать одновременно все лучи вторичных каналов, формирование возможно только последовательно во времени путем введения с помощью аттенюаторов сильного ослабления в каналы, не принимающие в данный момент участие в формировании выбранного для реализации луча.

Сущность полезной модели заключается в следующем.

Задачей заявленной полезной модели является одновременное формирование приемных антенных лучей с малыми потерями мощности принимаемого сигнала в элементах каждого приемного канала, начиная от приемной апертуры и кончая его выходом.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известный многоканальный облучатель, содержащий излучатели, соединенные с малошумящими усилителями (МШУ), в каждый канал введены аналого-цифровые преобразователи, размножитель цифровой информации и микропроцессоры, у которых на выходах цифровые сигналы соответствуют сигналам сформированных приемных лучей, число которых равно числу микропроцессоров.

При этом вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) каждого канала соединен с выходом малошумящего усилителя, выходы АЦП всех каналов соединены с размножителем цифровой информации, выходы размножителя цифровой информации соединены с микропроцессорами.

Благодаря заявленной совокупности новых признаков (АЦП в каждом приемном канале, размножитель цифровой информации, совокупность микропроцессоров, число которых соответствует числу формируемых лучей) достигается технический результат: одновременное формирование приемных антенных лучей с малыми потерями мощности принимаемого сигнала во всех элементах каждого приемного канала. Потери, присущие неуправляемому сумматору прототипа, здесь отсутствуют.

Полезная модель поясняется фиг. 3, на котором изображена структурная схема многоканального облучателя для приемной антенны 7 (в виде ФАР или зеркальной антенны), где 8 - фокальная плоскость, 9 - направление к процессору сигналов РЛС.

Многоканальный облучатель приемной антенны содержит излучатели 1, подключенные ко входам МШУ 2, выходы которых соединены с АЦП 3, выходы АЦП соединены с размножителем выходной информации 4, и к выходам размножителя информации подключены микропроцессоры 5 через идентичные многоканальные линии связи 6, число линий связи равно числу формируемых лучей, а число каналов в каждой линии связи равно числу приемных каналов, подключенных ко входам размножителя цифровой информации.

В качестве АЦП используются микросхемы с числом разрядов и темпом оцифровки, определяемым требованиями к многоканальному процессору сигналов радиолокационной станции (РЛС), где используется многолучевая антенна.

Размножитель цифровой информации представляет собой цифровое устройство, осуществляющее размножение входного сигнала на требуемое число выходных сигналов.

Микропроцессоры представляют собой цифровые устройства, осуществляющие взвешенное суммирование цифровых сигналов, передаваемых по совокупности каналов каждой линии связи.

Описанный многоканальный облучатель работает следующим образом.

Благодаря тому, что раскрывы рупорных излучателей расположены в фокальной плоскости антенны, приходящие к ней сигналы фокусируются в область, занятую раскрывами излучателей, с центром фокусировки, зависящим от направления прихода конкретного сигнала. Сигналы принимаются излучателями, усиливаются МШУ, оцифровываются АЦП. Выходы АЦП назовем выходами первичных каналов.

Напряжения на выходе АЦП, то есть отсчеты, соответствующие совокупности сигналов, принимаемых каждым из первичных каналов, обозначим через u_n(t_q), где n - номер первичного канала (1nN), t_q - момент времени q-го отсчета. Оцифрованные напряжения u_n(t_q), являющиеся комплексными величинами, размножаются в размножителе 4 и идентичными группами передаются на М микропроцессоров 5, каждый из которых имеет N входов.

На каждом микропроцессоре осуществляется взвешенное суммирование напряжений u_n(t_q ). Цифровой сигнал E_m(t_q) (1mM) на выходе m-го процессора имеет вид:

где - вес, являющийся комплексным числом, который присваивается

сигналу с выхода первичного n-го канала в m-ом микропроцессоре. Выход m-го микропроцессора соответствует m-му вторичному приемному каналу, а оцифрованные напряжения Е_m соответствуют оцифрованному сигналу, принятому m-ым лучом из совокупности М лучей, формируемых многоканальным облучателем.

Таким образом, каждый m-ый микропроцессор характеризуется своим фиксированным набором из N весовых коэффициентов . Число первичных каналов, принимающих участие в формировании m-го луча, задается числом весовых коэффициентов m-ого микропроцессора, отличных от 0.

Рассмотрим пример формирования вторичных приемных каналов. На схеме, приведенной на фиг. 4, все обозначения соответствуют фиг. 3. Вторичный приемный канал (канал на фиг. 4) с выходным сигналом E₁(t_q ) формируется при участии двух первичных приемных каналов с выходными оцифрованными сигналами u₁(t_q) и u ₂(t_q), взвешенных с коэффициентом W₁ :

Аналогичным образом получаются соотношения для других вторичных приемных каналов:

В отличие от прототипа (фиг. 2), предлагаемый многоканальный облучатель осуществляет одновременное формирование совокупности приемных лучей, при этом потери сигнала, характерные для сумматора 5 прототипа (фиг. 2), в предлагаемом многоканальном облучателе отсутствуют, так как вместо аналогового суммирования на СВЧ сумматоре используется цифровое суммирование для каждого луча в своем микропроцессоре.

Литература

1. О.Г.Вендик, М.Д.Парнес, Антенны с электрическим сканированием под редакцией Л.Д.Бахраха, Сайнс-пресс, Москва, 2002, стр. 91.

2. Антенны, сборник статей под редакцией А.А.Пистолькорса, выпуск 34, «Радио и связь», Москва, 1987, стр. 21.

Многоканальный облучатель для приемных антенн, содержащий излучатели, малошумящие усилители, отличающийся тем, что в него введены аналого-цифровые преобразователи, размножитель информации и микропроцессоры, число которых равно числу формируемых приемных антенных лучей, при этом входы аналого-цифровых преобразователей соединены с выходами малошумящих усилителей, а выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к размножителю информации, имеющему число групп выходов, равное числу микропроцессоров, причем каждая группа выходов подключена ко входам своего микропроцессора.