Устройство для управления четырехгранной антенной решеткой на цилиндре квадратного сечения

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в радиотехнических системах с сигналами с круговой или линейной поляризацией. Предлагаемая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в максимизации излучаемой (принимаемой) мощности полезного сигнала при совместном использовании двух смежных подрешеток четырехгранной антенной решетки. В состав устройства входят коммутационная матрица с аналого-цифровым преобразователем, блок управления режимами работы антенной решетки, вычислительное устройство, состоящее из блока вычисления элементов вектора, первого, второго и третьего блоков решения системы линейных алгебраических уравнений, блока вычисления коэффициентов и блока умножения и суммирования, - устройство хранения исходных данных, состоящее из блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки, блока хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки, блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов. Блок управления режимами работы антенной решетки соединен с управляющими входами блоков устройства хранения исходных данных и управляющими входами коммутационной матрицы с аналого-цифровым преобразователем. Входы блока вычисления элементов вектора вычислительного устройства подключены к выходу блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки и первому выходу блока хранения диаграмм излучателей антенной решетки, а выход - к первому входу первого блока решения системы линейных алгебраических уравнений. Ко второму входу первого блока решения системы линейных алгебраических уравнений и первым входам второго и третьего блоков решения системы линейных алгебраических уравнений подключен первый выход блока хранения элементов матрицы коэффициентов. К вторым входам второго и третьего блоков решения системы алгебраических уравнений подключены соответственно выходы блока хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки. Выходы блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов соединены также с первым и вторым входами блока вычисления коэффициентов, а выходы первого, второго и третьего блоков решения системы линейных алгебраических уравнений и первый и второй выходы блока вычисления коэффициентов электрически связаны с входами блока умножения и суммирования. Выходы блока умножения и суммирования посредством коммутационной матрицы с аналого-цифровым преобразователем подключены к управляющим входам аттенюаторов и фазовращателей антенной решетки.

Полезная модель относится к области антенной техники и может использоваться для управления четырехгранной антенной решеткой, расположенной на цилиндре квадратного сечения, систем радиорелейной связи и радиосвязи.

Антенные решетки широко используются в составе радиотехнических систем различного назначения. Дальнейшее совершенствование техники требует развития теории и практики многогранных антенных решеток, расположенных на выпуклых телах-носителях, обеспечивающих перемещение главного максимума диаграммы направленности в заданном угловом секторе, близком к полусфере, и, при необходимости, - управление ее формой. Известно, что многогранная антенная решетка представляет систему плоских подрешеток, установленных на гранях призмы или правильной усеченной пирамиды. Многогранная антенная решетка имеет существенные преимущества перед плоской антенной решеткой, так как на ее основе возможна реализация полусферического обзора с меньшими колебаниями усиления и лучшим использованием поверхности, занятой излучателями, по сравнению с плоской антенной решеткой [1-3].

Известно устройство управления плоскими модулями выпуклой фазированной антенной решетки [1, 2]. В состав устройства управления плоскими модулями входит специальный цифровой вычислитель. Подключение одной из граней, являющейся рабочей зоной, производится за счет присоединения модуля через коммутаторы к распределительной системе, осуществляющей формирование исходного амплитудного распределения. Управление специальным вычислителем и блоком управления коммутаторами осуществляется кодами управления из центрального вычислителя. В специальном цифровом вычислителе обычно реализуется строчно-столбцевой алгоритм управления лучом фазированной антенной решетки.

Основным недостатком известного устройства является ослабление потенциального уровня мощности выходного сигнала антенной решетки при совместном фазировании неравнозначных по значимости подрешеток, размещенных на двух смежных гранях, одна из которых включена постоянно.

В [2] описаны энергетические характеристики пирамидальной фазированной антенной решетки в режиме совместного фазирования двух смежных подрешеток. Устройство управления построено по строчно-столбцевому алгоритму. При фазировании верхней подрешетки и подрешетки, расположенной на боковой грани усеченной пирамиды, сдвиг фаз в верхней подрешетке определяется по строчно-столбцевому алгоритму для соответствующего угла ₀, где ₀ - угол отклонения максимума диаграммы направленности от нормали к раскрыву. Для подрешетки на боковой грани принято, что она является продолжением подрешетки верхней грани, т.е. сводится с учетом угла ₀ и угла наклона грани к эквивалентной апертуре.

Основным недостатком известного устройства управления является изменение расстояния между излучателями в эквивалентной апертуре, снижение общего коэффициента направленного действия и рост боковых лепестков по сравнению с аналогичным уровнем для фазированной антенной решетки на одной грани. Кроме того, большое расстояние между центрами подрешеток приводит к появлению дополнительных дифракционных лепестков (их уровень составляет - (1013) дБ и более).

Известно устройство управления выпуклой активной фазированной антенной решетки [4], основанное на строчно-столбцевом алгоритме управления. Выпуклая активная фазированная антенная решетка выполнена в виде усеченной четырехгранной пирамиды, на верхнем основании и на боковых гранях которой размещены подрешетки активной фазированной антенной решетки, верхние ребра боковых граней соединены с соответствующими ребрами верхнего основания посредством шарниров, позволяющих боковым граням разворачиваться в единую плоскость с верхним основанием. Помимо этого, активная фазированная антенная решетка имеет две оси вращения: горизонтальную (например, по углу места) и вертикальную (по азимуту). Вращая активную фазированную антенную решетку в развернутом состоянии вокруг этих осей, можно выбрать направление, по которому она работает с максимальным потенциалом и разрешающей способностью, и организовать сканирование.

Основным недостатком известного устройства управления является снижение общего коэффициента направленного действия и рост боковых лепестков при углах отклонения, больших 40°, как и в обычной плоской фазированной антенной решетке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство управления пирамидальной фазированной антенной решеткой [5]. В его состав входят коммутационная матрица с аналого-цифровым преобразователем, вычислительное устройство и блок управления режимами работы пирамидальной фазированной антенной решетки. На вход коммутационной матрицы поступают исходные координаты (₀, ₀) от устройства автосопровождения объекта или цифровой код от внешнего устройства программного управления, загружаемый в перезаписываемое запоминающее устройство вычислительного устройства. Координаты от устройства автосопровождения, поступающие в аналоговом виде, проходя через коммутационную матрицу, преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем. Коммутационная матрица постоянно включена на прием координат от устройства автосопровождения, а вычислительное устройство проводит контроль наличия данных на входе от устройства внешнего программного управления по шине управления. В вычислительном устройстве для ускорения процесса вычисления координат грани (_i, _i) может быть использовано несколько процессоров: управляющий процессор (ведущий), осуществляющий распределение данных и общее управление, процессор, выполняющий скалярное произведение, процессор, осуществляющий сравнение произведений и определения номера подрешетки, процессор, осуществляющий преобразование координат, и процессор, осуществляющий окончательное вычисление координат объекта и их выдачу для включения подрешетки (подрешеток) и задания нужного фазового распределения. Управление последним процессором производится от блока управления режимами работы пирамидальной фазированной антенной решетки.

Основным недостатком известного устройства-прототипа является ослабление мощности выходного сигнала антенной решетки при совместном фазировании подрешеток, размещенных на двух смежных гранях, и появление дополнительных дифракционных лепестков (их уровень составляет - (1013)дБ и более) вследствие большого расстояния между центрами подрешеток.

Предлагаемая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в максимизации излучаемой (принимаемой) мощности полезного сигнала при совместном использовании двух смежных подрешеток четырехгранной антенной решетки.

Рассмотрим существо предлагаемой полезной модели.

Для достижения названного выше технического результата, в состав устройства - прототипа, содержащего коммутационную матрицу с аналого-цифровым преобразователем, блок управления режимами работы антенной решетки и вычислительное устройство, дополнительно введены устройство хранения исходных данных, состоящее из блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки, блока хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки, блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов, - в состав вычислительного устройства введены блок вычисления элементов вектора, первый, второй и третий блоки решения системы линейных алгебраических уравнений, блок вычисления коэффициентов ₁, ₂, ₃ и блок умножения и суммирования. Блок управления режимами работы антенной решетки соединен с управляющими входами блоков устройства хранения исходных данных: блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки, блока хранения диаграмм излучателей антенной решетки, блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов - и управляющими входами коммутационной матрицы с аналого-цифровым преобразователем. Входы блока вычисления элементов вектора вычислительного устройства подключены к выходу блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки и первому выходу блока хранения диаграмм излучателей антенной решетки, а выход - к первому входу первого блока решения системы линейных алгебраических уравнений. К второму входу первого блока решения системы линейных алгебраических уравнений и первым входам второго и третьего блоков решения системы линейных алгебраических уравнений подключен первый выход блока хранения элементов матрицы коэффициентов. К вторым входам второго и третьего блоков решения системы алгебраических уравнений подключены соответственно выходы блока хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки. Выходы блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов соединены также с первым и вторым входами блока вычисления коэффициентов ₁, ₂, ₃. Выходы первого-третьего блоков решения системы линейных алгебраических уравнений и первый и второй выходы блока вычисления коэффициентов ₁, ₂, ₃ электрически связаны со входами блока умножения и суммирования. Выходы блока умножения и суммирования посредством коммутационной матрицы с аналого-цифровым преобразователем подключены к управляющим входам аттенюаторов и фазовращателей антенной решетки.

Проведенный сравнительный анализ заявленного устройства и прототипа показывает, что заявленное устройство отличается тем, что изменена совокупность элементов и связей между ними:

введено устройство хранения исходных данных, состоящее из блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки, формируемых для различных режимов функционирования антенной решетки, блока хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки, блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов;

в состав вычислительного устройства введены блок вычисления элементов вектора, первый, второй и третий блоки решения системы линейных алгебраических уравнений, блок вычисления коэффициентов ₁, ₂, ₃ и блок умножения и суммирования;

изменены связи блока управления режимами работы антенной решетки и вновь введенных элементов.

На фиг.1 изображена электрическая структурная схема предлагаемого устройства для управления четырехгранной антенной решеткой на цилиндре квадратного сечения.

На фиг.2 приведен вариант выполнения электрической структурной схемы блока управления режимами работы антенной решетки одного из каналов управления по углу .

На фиг.3 приведены кривые, характеризующие косинусное амплитудное распределение на раскрыве 20-элементной антенной решетки при угле =90° (неотклоненном главном максимуме диаграммы направленности).

На фиг.4 приведены диаграммы направленности 20-элементной антенной решетки при угле =90° (здесь и далее: точечная линия характеризует заданную диаграмму направленности, штриховая линия соответствует синтезированной диаграмме направленности на основе распределения токов без учета эффектов рассеяния электромагнитных волн, сплошная линия - с учетом рассеяния электромагнитных волн).

На фиг.5 и фиг.6 приведены кривые, характеризующие амплитудное распределение (здесь и на фиг.7: точечная кривая соответствует заданному амплитудному распределению, сплошная кривая - синтезированному амплитудному распределению) и диаграмму направленности 20-элементной антенной решетки соответственно при отклонении главного максимума на =135°.

На фиг.7 и фиг.8 изображены кривые, характеризующие соответственно поведение амплитудного распределения и диаграммы направленности антенной решетки при отклонении главного максимума на =135° при совместном использовании смежных подрешеток (число элементов в двух подрешетках N=39).

Устройство для управления четырехгранной антенной решеткой на цилиндре квадратного сечения (фиг.1) состоит из блока 1 управления режимами работы антенной решетки, вход которого является входом для ввода исходной информации от внешних устройств (например от центральной ЭВМ), устройства 2 хранения информации, вычислительного устройства 3 и коммутационной матрицы 4 с аналого-цифровым преобразователем. Устройство 2 хранения информации состоит из блока 5 хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки, блока 6 хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки, блока 7 хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока 8 хранения элементов матрицы коэффициентов ₁, ₂, ₃. Входы блоков 5-8 подключены к выходам блока 1 управления режимами работы антенной решетки. В состав вычислительного устройства 3 входят: блок 9 вычисления элементов вектора, первый 10, второй 11 и третий 12 блоки решения системы линейных алгебраических уравнений, блок 13 вычисления коэффициентов ₁, ₂, и ₃ и блок 14 умножения и суммирования. Входы блока 9 вычисления элементов вектора электрически соединены с выходом блока 5 хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки и с первым выходом блока 6 хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки. Выход блока 9 вычисления элементов вектора электрически связан с первым входом первого 10 блока решения системы линейных алгебраических уравнений. К второму выходу блока 6 хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки подключен первый вход второго 11 блока решения системы линейных алгебраических уравнений. Вторые входы блоков 10-12 подключены к первому выходу блока 8 хранения элементов матрицы коэффициентов.

Второй вход третьего 12 блока решения системы линейных алгебраических уравнений подключен к второму выходу блока 7 хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки. Вторые выходы блоков 7 и 8 электрически соединены со входами блока 13 вычисления коэффициентов ₁, ₂, ₃. Выходы блоков 10-12 решения системы линейных алгебраических уравнений и выходы блока 13 вычисления коэффициентов ₁, ₂, и ₃ подключены к входам блока 14 умножения и суммирования. Выходы блока 14 умножения и суммирования электрически связаны с входами коммутационной матрицы 4 с аналого-цифровым преобразователем. Управляющий вход коммутационной матрицы 4 с аналого-цифровым преобразователем подключен к одному из выходов блока 1 управления режимами работы антенной решетки. Выходы коммутационной матрицы 4 с аналого-цифровым преобразователем являются выходами устройства для управления четырехгранной антенной решеткой на цилиндре квадратного сечения и электрически соединены с соответствующими управляющими входами фазовращателей и аттенюаторов антенной решетки.

Блок управления (фиг.2) режимами работы антенной решетки (приведена электрическая структурная схема канала управления по углу ) включает последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 15, регистр 16 хранения информации, блок 17 дешифраторов, блок 18 компараторов и перепрограммируемое запоминающее устройство 19. Выходы блока 18 компараторов соединены с входами второго регистра 20 памяти, а выходы регистра 20 подключены к соответствующим входам коммутационной матрицы 4. Одновременно выходы регистра 16 хранения информации являются входами блока 21 выделения информации по углу в первой четверти. Выходы блока 21 через третий регистр 22 памяти подключены к блокам 5-8.

На фиг.1 и фиг.2 не показаны цепи синхронизации, сброса и перезаписи информации, так как они являются типовыми и их наличие затруднит понимание работы представленных структурных схем.

Прежде чем рассмотреть функционирование предлагаемого устройства, проведем теоретическое обоснование метода синтеза диаграммы направленности антенной решетки, расположенной на цилиндрической поверхности произвольного сечения, который реализует предлагаемое устройство.

Будем считать, что известны: число излучателей N антенной решетки; координаты центров (x_n, y_n , z_n) всех N излучателей; - диаграммы направленности каждого излучателя µ_n(,) в составе антенной решетки (n=1,,N); функция F_ref(,), описывающая требуемую форму диаграммы направленности, включая ширину и направление главного максимума излучения антенны, уровень боковых лепестков.

Необходимо найти такое амплитудно-фазовое распределение тока в антенной решетке, обладающее минимальной нормой вариации тока, которое формирует диаграмму F(,), удовлетворяющую следующим условиям:

- максимальное среднеквадратическое отклонение синтезируемой нормированной диаграммы F(, ) от заданной диаграммы направленности в области видимых углов

должно быть минимальным или заданная и синтезируемая диаграммы направленности должны совпадать в требуемых направлениях

Будем считать диаграммы F(,) элементами некоторого пространства L₂[0,2], а распределения токов {I₁,,I_n,,I_N} в излучающем раскрыве антенной решетки - элементами N - мерного пространства l₂.

Поскольку синтезируемая антенной решеткой диаграмма направленности является физически реализуемой, то и заданная диаграмма направленности должна относиться к классу реализуемых диаграмм направленности. Одним из способов задания диаграммы направленности F_ref (,) является выбор диаграммы направленности с заданными параметрами, формируемой плоской антенной решеткой линейных вибраторов, расположенной на цилиндре квадратного сечения [2]. Для формирования заданной диаграммы направленности F(,) взята плоская антенная решетка из K продольно ориентированных электрических вибраторов, диаграмма направленности которой имеет вид [2, 6]:

где I₀ - ток возбуждения вибратора; l - длина плеча вибратора; W₀ - волновое сопротивление свободного пространства; k=2/; - рабочая длина волны; R - расстояние между решеткой продольно ориентированных электрических вибраторов и точкой наблюдения; x_j; y_j - координаты центра j-го вибратора.

Для решения задачи синтеза (1) диаграммы направленности при заданной геометрии решетки в пространстве l₂ с минимальной нормой вариации тока искомое распределение тока в решетке определяется выражением [6]:

Первое слагаемое правой части (4) находится из решения системы уравнений относительно комплексных амплитуд токов возбуждения излучателей решетки:

() - весовая функция, позволяющая учесть различные требования к точности воспроизведения главного лепестка и уровню боковых лепестков диаграммы.

С учетом представления заданной диаграммы направленности n-го излучателя µ_n(,) запишем:

При выборе ()=1 элементы матрицы могут быть определены следующим образом:

Для элементов правой части _n (5) справедливо равенство

в котором

С учетом формул (7) и (8) система уравнений (5) имеет вид:

Перейдем к рассмотрению слагаемых , из (4). Составляющая тока может быть найдена из системы:

в которой коэффициенты матрицы S _mn определяются соотношением (7), µ_n представлены выражением (6).

С учетом данных соотношений система (10) в развернутом виде может быть записана так:

Для слагаемого по аналогии с (10) система уравнений

представлена следующим образом:

Определение коэффициентов ₁, ₂, ₃ при найденных составляющих , , , (n=1,,N) выполнено на основе решения системы уравнений:

Рассмотрим функционирование предлагаемого устройства для управления четырехгранной антенной решеткой на цилиндре квадратного сечения.

Отметим ряд особенностей, которые необходимо учесть при построении устройства для управления четырехгранной антенной решеткой на цилиндре квадратного сечения. Учитывая симметрию тела вращения (цилиндра квадратного сечения), считаем, что заданные диаграммы направленности антенной решетки одинаковы при задействовании любой из подрешеток. Аналогичное утверждение справедливо и для заданных диаграмм направленности антенной решетки при совместном использовании двух смежных подрешеток. Число заданных диаграмм определяется числом положений Q максимумов диаграммы направленности, т.е. зависит от шага по углам и .

Для конкретности считаем, что переключение подрешеток при сканировании в азимутальной плоскости производится в соответствии с данными таблицы 1. Выбор сектора сканирования отдельной подрешетки и при сов-

Таблица 1
Сектор сканирования по , град	22,5-67,5	67,5-112,5	112,5-167,5	167,5-202,5	202,5-247,5	247,5-292,5	292,5-337,5	337,5-22,5
Номер грани при использовании одной подрешетки	1		2		3		4
Номера граней при совместном использовании двух подрешеток		1,2		2,3		3,4		4,1

местном использовании смежных подрешеток определяется допустимым снижением коэффициента направленного действия при сканировании главного максимума диаграммы направленности антенной решетки в азимутальной плоскости.

На выходы блока 1 управления режимами работы антенной решетки поступает исходная информация о положении угла отклонения главного максимума ₀, ₀) диаграммы направленности, числе задействованных подрешеток, форме заданной диаграмме направленности, уровне боковых лепестков.

В соответствии с фиг.2 рассмотрим работу блока 1 при сканировании главного максимума диаграммы направленности в азимутальной плоскости. Поступившая информация об угле поступает на аналого-цифровой преобразователь 15, с выхода которого параллельный цифровой код поступает на входы первого регистра 16, где этот код запоминается до следующего цикла обновления информации. С выходов регистра 16 код, соответствующий углу , подается одновременно на восемь входов блока 17 дешифраторов. Каждый из дешифраторов настроен в соответствии с таблицей 1 на свой сектор углов. К выходам блока 17 подключены входы блока 18 компараторов. В блоке 18 производится сравнение информации, поступающей из блока 17, и информации, хранящейся в ячейках перепрограммируемого запоминающего устройства 19. При совпадении сравниваемых кодов на выходе соответствующего компаратора появляется импульс, хранящийся во втором регистре 20 и передаваемый с выхода регистра на включение соответствующей подрешетки (смежных подрешеток). Одновременно с передачей кода в блок дешифраторов код управления передается в блок 21 выделения угла в первой четверти (с учетом симметрии тела вращения управление по можно производить в первой четверти, но с учетом 90°-градусного поворота смежных решеток). Исправленный код сохраняется в третьем 22 регистре и поступает на входы управления блоков 5-8.

По соответствующим командам с учетом указанной информации в блоках 9-12 определяются произведения диаграмм направленности n-го излучателя µ_n(₀, ₀) на значения одной из заданных диаграмм направленности (на выходе блока 9 вычисления элементов вектора) в соответствии с выражением (8), находятся составляющие искомого тока на основе решения системы линейных алгебраических уравнений в блоке 10 (система уравнений (9)), - в блоке 11 (система уравнений (11)) и - в блоке 12 (система уравнений (12)). При найденных составляющих тока , , и с учетом значений производных диаграмм излучателей в блоке 13 определяются коэффициенты ₁, ₂ и ₃ (система уравнений (13)). В блоке 14 на основе соотношения вида (4) находятся комплексные амплитуды токов I _n преобразуемые в аналого-цифровом преобразователе блока 4 в цифровую форму, в виде двух кодовых последовательностей, соответствующих вычисленным значениям амплитуд и фаз токов и предназначенных для управления фазовращателями и аттенюаторами антенной решетки. Подключение излучателей необходимой подрешетки или подрешеток производится с помощью коммутационной матрицы блока 4, управление которой осуществляется с помощью блока 1 управления режимами работы антенной решетки.

Устройство для управления четырехгранной антенной решеткой на цилиндре квадратного сечения может быть реализовано на современной базе.

Устройство хранения исходных данных, состоящее из блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки, блока хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки, блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов может быть построено с использованием быстродействующей флеш памяти или электрически программируемого запоминающего устройства необходимой емкости.

Вычислительное устройство: блок вычисления элементов вектора, первый, второй и третий блоки решения системы линейных алгебраических уравнений, блок вычисления коэффициентов и блок умножения и суммирования - может быть выполнено с использованием программно-логических матриц.

Коммутационная матрица может быть построена с использованием токовых ключей, оптопар, твердотельных реле.

В качестве блока управления режимами работы антенной решетки может быть использован РIС контроллер с встроенными аналого-цифровыми преобразователями. Такой РIС контроллер содержит в своем составе оперативную память, постоянную память, арифметико-логическое устройство с регистрами и тактовый генератор.

Таким образом, устройство для управления четырехгранной антенной решеткой на цилиндре квадратного сечения состоит из стандартных блоков, реализация которых описана в известной литературе.

Рассмотрим результаты численных исследований, подтверждающие факт достижения поставленной задачи. На фиг.3, 5, 7 приведены кривые, характеризующие амплитудное распределение на раскрыве антенной решетки с числом излучателей N=20 (фиг.3, 5) и N=39 (фиг.7). Подрешетки антенной решетки размещены на цилиндре квадратного сечения со стороной 9. Задействованные излучатели располагаются на одной грани (фиг.3-6) или на двух смежных гранях (фиг.7, 8). На фиг.4, 6, 8 изображены диаграммы направленности подрешеток, соответствующие приведенным амплитудным распределениям. При проведении численного эксперимента для построения заданной диаграммы направленности использовано спадающее (косинусное) амплитудное распределение (фиг.3, 5, 7).

На фиг.3 для угла фазирования, равного =90°, а на фиг.5, 7, для угла фазирования, равного =135°, точечной линией показано заданное амплитудное распределение, сплошной линией - синтезированное амплитудное распределение. Аналогично на фиг.4, 6, 8 точечная линия обозначает заданную диаграмму направленности, штриховая - синтезированную диаграмму направленности на основе распределения токов без учета эффектов рассеяния электромагнитных волн, сплошная - синтезированную диаграмму направленности с учетом эффектов рассеяния электромагнитных волн.

При формировании неотклоненной диаграммы направленности антенной решеткой, излучатели которой размещены на одной грани, при использовании исходного равноамплитудного синфазного распределения наблюдается значительное расхождение заданного и синтезируемого амплитудного распределений. Это связано с тем, что диаграммы направленности крайних излучателей, вклад которых в формируемую диаграмму направленности достаточно велик, значительно отличаются от диаграмм направленности излучателей, находящихся в центре антенной решетки. При переходе к спадающему амплитудному распределению влияние крайних излучателей в составе антенной решетки уменьшается. На фиг.3 приведено спадающее амплитудное распределение при угле =90°, а на фиг.4 - соответствующие этому случаю диаграммы направленности. Различие заданного и синтезируемого амплитудных распределений уменьшается. Во всех случаях наблюдается значительное расхождение между синтезируемыми диаграммами направленности с учетом эффектов и без учета электродинамических эффектов.

При формировании диаграммы направленности, соответствующей краю сектора сканирования данной антенны, наблюдается более значительное возбуждение ребра цилиндрической конструкции, чем при неотклоненной диаграмме направленности. При использовании исходных спадающих амплитудных распределений вклад крайних излучателей и расхождение заданного и синтезируемого амплитудных распределений уменьшается (фиг.5). Соответствующие диаграммы направленности приведены на фиг.6. При этом уровень боковых лепестков диаграммы направленности, сформированной с учетом электродинамических эффектов, ниже, чем диаграммы направленности, сформированной без учета данных эффектов.

Результаты исследований по синтезу амплитудного распределения при совместном использовании излучателей двух подрешеток, расположенных на двух соседних гранях, приведены на фиг.7. Характерной его особенностью является малая амплитуда тока в излучающем элементе, расположенным над ребром цилиндрической конструкции квадратного сечения. Это дает возможность исключить данный излучатель из состава такой антенной системы. При формировании спадающих амплитудных распределений влияние крайних излучателей в диаграмме направленности значительно уменьшается и соответственно различие между заданным и формируемым амплитудным распределениями становится меньше. Снижение уровня боковых и задних лепестков наблюдается как для заданной, так и для синтезируемой без учета, а также с учетом электродинамических эффектов диаграмм направленности (фиг.8). При этом наиболее низкий уровень боковых и задних лепестков имеет диаграмма направленности, формируемая с учетом эффектов рассеяния волн на несущей конструкции, то есть с учетом электродинамических эффектов.

Таким образом, дополнительное введение в известное устройство для управления многогранной фазированной антенной решеткой устройства хранения исходных данных, состоящего из блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки, блока хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки, блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов, - а в состав вычислительного устройства - блока вычисления элементов вектора, первого, второго и третьего блоков решения системы линейных алгебраических уравнений, блока вычисления коэффициентов и блока умножения и суммирования, а также изменение функциональных связей между блоками и устройствами позволяет обеспечить достижение технического результата, заключающегося в максимизации излучаемой (принимаемой) мощности полезного сигнала при совместном использовании двух смежных подрешеток четырехгранной антенной решетки.

Литература

1. Самойленко В.И. Системы управления фазированными антенными решетками // Изв. вузов. Радиоэлектроника, 1979, т.22, 2, с.3-17.

2. Волошина В.А., Шацкий В.В., Назарова О.Ю. Обеспечение электромагнитной совместимости радиосредств, функционирующих в секторе углов, близком к полусфере. - В сб. научных докладов V Международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии: ЭМС-2003. С.-Петербург, 2003, с.225-228.

3. Патент 2277739 (РФ). Активная фазированная антенная решетка с изменяемой конфигурацией // А.И.Канащенков, Ю.Н.Гуськов, А.А.Дмитриев, Ф.И.Емельченков, В.В.Францев. - Опубл. 2006.06.10 - H01Q 3/00, H01Q 21/29.

4. Антенны и устройства СВЧ (Проектирование фазированных антенных решеток) / Под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1981. - 432 с.

5. Шацкий В.В., Волков В.Г., Шацкий Н.В., Березовский И.О. Особенности управления пирамидальной фазированной антенной решеткой. // В кн. Материалы Всероссийской конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ», ИРЭМВ-2001. Таганрог, Россия, 2001. - с.178-180.

6. Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем (теория и методы расчета). - М.: Сов. Радио, 1974. 232 с.

Устройство для управления четырехгранной антенной решеткой на цилиндре квадратного сечения, содержащее коммутационную матрицу с аналого-цифровым преобразователем, блок управления режимами работы антенной решетки и вычислительное устройство, отличающееся тем, что дополнительно введены устройство хранения исходных данных, состоящее из блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки, блока хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки, блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов, в состав вычислительного устройства введены блок вычисления элементов вектора, первый, второй и третий блоки решения системы линейных алгебраических уравнений, блок вычисления коэффициентов и блок умножения и суммирования, причем блок управления режимами работы антенной решетки соединен с управляющими входами блоков устройства хранения исходных данных: блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки, блока хранения диаграмм излучателей антенной решетки, блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов и управляющим входом коммутационной матрицы с аналого-цифровым преобразователем, входы блока вычисления элементов вектора вычислительного устройства подключены к выходу блока хранения заданных диаграмм направленности антенной решетки и первому выходу блока хранения диаграмм излучателей антенной решетки, а выход - к первому входу первого блока решения системы линейных алгебраических уравнений, к второму входу первого блока решения системы линейных алгебраических уравнений и первым входам второго и третьего блоков решения системы линейных алгебраических уравнений подключен первый выход блока хранения элементов матрицы коэффициентов, к вторым входам второго и третьего блоков решения системы алгебраических уравнений подключены соответственно выходы блока хранения диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки, выходы блока хранения производных диаграмм направленности излучателей антенной решетки и блока хранения элементов матрицы коэффициентов соединены также с первым и вторым входами блока вычисления коэффициентов, выходы первого, второго и третьего блоков решения системы линейных алгебраических уравнений и первый и второй выходы блока вычисления коэффициентов электрически связаны с входами блока умножения и суммирования, выходы блока умножения и суммирования посредством коммутационной матрицы с аналого-цифровым преобразователем подключены к управляющим входам аттенюаторов и фазовращателей антенной решетки.