СПОСОБ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ШУМА АНТЕННЫ И ДВУХМОДОВАЯ АПЕРТУРНАЯ АНТЕННА

СПОСОБ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ШУМА АНТЕННЫ И ДВУХМОДОВАЯ АПЕРТУРНАЯ АНТЕННА


RU (11) 2300831 (13) C2

(51) МПК
H01Q 13/02 (2006.01)
H01Q 25/04 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005109101/09 
(22) Дата подачи заявки: 2005.03.29 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.03.29 
(43) Дата публикации заявки: 2006.09.10 
(45) Опубликовано: 2007.06.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 3461453 А, 12.08.1969. SU 1762356 A1, 15.09.1992. US 4122446 A, 24.10.1978. US 3482252 A, 02.12.1969. US 4797681 A, 01.10.1989. GB 1236766, 23.06.1971. 
(72) Автор(ы): Федосеева Елена Валерьевна (RU); Ростокина Елена Анатольевна (RU); Ростокин Илья Николаевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Федосеева Елена Валерьевна (RU); Ростокина Елена Анатольевна (RU); Ростокин Илья Николаевич (RU) 
Адрес для переписки: 602264, Владимирская обл., г. Муром, ул. Южная, 5, кв.3, Е.В. Федосеевой 

(54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ШУМА АНТЕННЫ И ДВУХМОДОВАЯ АПЕРТУРНАЯ АНТЕННА
Изобретение относится к пассивной радиолокации и может использоваться в радионавигации и при проведении радиометрических исследований. Технический результат заключается в снижении уровня шумов антенны, в том числе при широкополосных и шумовых информационных сигналах, с возможностью приема антенной сигналов от быстропротекающих процессов. Способ уменьшения уровня шума антенны основан на одновременном формировании двух диаграмм направленности антенны: игольчатой формы на волне Н11 и формы полого конуса на волне E01 с последующим разделением этих волн в модовом разделителе и формировании выходного сигнала как разности амплитудно продетектированных сигналов, принятых на волнах Н11 и E01 . Двухмодовая антенна содержит модовый разделитель, обеспечивающий разделение мощности, принимаемой на волнах Н11 и E01. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к пассивной радиолокации и может быть использовано в радионавигации и при проведении радиометеорологических исследований.

Цель изобретения - снижение уровня шума антенны.

Известны способы снижения уровня шума антенны за счет уменьшения коэффициента рассеяния антенны [1] или использованием амплитудно-фазовой компенсации в двухканальных антеннах [2]. Уменьшение коэффициента рассеяния не позволяет уменьшить уровень собственных шумов антенны и шумов объектов, находящихся на поверхности антенны (например, слой осадков). Кроме того, уменьшение коэффициента рассеяния связано с уменьшением коэффициента использования площади антенны, а это приводит к уменьшению коэффициента усиления антенны.

Использование амплитудно-фазовой компенсации применимо только к сигналам с узким спектром.

Известен способ снижения уровня шума антенны с двумя типами волн [3], выбранный в качестве ближайшего аналога, основанный на том, что в антенне, рассчитанной для работы на двух типах волн и имеющей на одном типе волны (Н 11) игольчатую ДН, на которой принимается полезный сигнал, а на другом типе (E01) - форму полого конуса, окружающего игольчатый луч, на котором принимается шумовой сигнал, равный по интенсивности шумовому сигналу, принимаемому на игольчатый луч, принятые антенной сигналы и снимаемые с селективного ответвителя антенны в синфазе и противофазе в виде сумм и где и - мощность, переносимая соответственно волнами Н 11 и E01, подаются на синхронный детектор с интегратором, выходной сигнал которого формируется как произведение [4]



где R - сопротивление цепи интегратора. Но поскольку синхронный детектор по существу представляет собой преобразователь частоты, разностная частота которого равна нулю, то статистическое среднее выходное напряжение синхронного детектора представляет только напряжение сигнала, так как шумовые напряжения при усреднении по всем относительным фазам сводятся к нулю.

Антенна, реализующая данный способ [2], выполнена в виде конического рупора, питаемого волноводом круглого сечения с волнами Н11 и E01, содержащим селективный ответвитель, состоящий из двух зондов, расположенных в диаметрально противоположных точках поперечного сечения круглого волновода в плоскости Е волны Н11.

Недостатки способа и антенны заключаются в следующем.

Использование синхронного детектирования предполагает наличие опорного сигнала, который на несущей частоте смешивается с приходящим сигналом, и сигнал на выходе СД зависит от амплитуды сигналов и от фазового сдвига между сигналом несущей частоты и опорным напряжением [5].

Таким образом, в данном способе одна часть сигнала (например, ) используется в качестве опорного сигнала, а другая часть в качестве сигнала детектирования, т.е. предполагается, что принимаемые антенной полезные сигналы должны иметь ярко выраженную несущую частоту, и, следовательно, такой способ не применим для снижения шумов антенны, когда информационный полезный сигнал имеет шумовую структуру. Кроме того, в синхронном детекторе среднестатистически поглощается только половина номинальной мощности шума, что дает ухудшение на 3 дБ, и только при наличии возможности накопления сигнала в течение достаточно длительного времени влияние шума становится пренебрежимо мало, что накладывает ограничение на использование способа при приеме сигналов, характеризующих быстро протекающие процессы.

Целью изобретения является снижение уровня шумов антенны, в том числе при широкополосных и шумовых информационных (полезных) сигналах, и снятие ограничений на прием антенной сигналов от быстро протекающих процессов, и двухмодовая антенна, реализующая данный способ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе снижения уровня шумов антенны с целью снижения уровня шумов антенны формируются два выходных сигнала, принятые на волнах Н11 и Е01 путем введения модового разделителя на основе круглого волновода на выходе конической рупорной или волноводной двухмодовой антенны.

По второму варианту, для ответвления мощности сигнала, принятого на волне Н11, выходное волноводное плечо модового разделителя ориентировано таким образом, что широкая стенка прямоугольного окна в круглом волноводе направлена вдоль оси волновода, при этом образуется трансформатор типа волн Н 11 в круглом волноводе в волну Н10 в прямоугольном волноводе, а для ответвления мощности сигнала, принятого на волне E01, выходное волноводное плечо модового разделителя ориентировано таким образом, что широкая стенка прямоугольного окна в круглом волноводе направлена перпендикулярно оси волновода, при этом образуется трансформатор типа волн E 01 в круглом волноводе в волну H10 в прямоугольном волноводе.

По третьему варианту, для осуществления разделения волн Н11 и E 01 в круглом волноводе модовый разделитель имеет следующий порядок включения трансформаторов типов волн: первоначально включается трансформатор типа волн Н11 в круглом волноводе в волну Н10 в прямоугольном волноводе, затем в круглом волноводе устанавливается режекторный фильтр, препятствующий прохождению волны Н11, далее включается трансформатор типа волн E01 в круглом волноводе в волну Н10 в прямоугольном волноводе.

По четвертому варианту, каждый из двух выходных сигналов модового разделителя по отдельности проходит операцию амплитудного детектирования с целью получения двух выходных напряжений, пропорциональных в первом случае мощности смеси сигнал + шум (Рс+Рш), а во втором случае - мощности шума (Рш).

По пятому варианту, реализация компенсации шума производится одновременной подачей продетектированных сигналов на схему вычитания, реализующую аналоговым или программным способом операцию нахождения разности сигналов пропорциональных смеси сигнал + шум (Р с+Рш) и шуму (Рш ), в результате выходной сигнал оказывается пропорциональным мощности сигнала на входе.

По шестому варианту, длительность формирования выходного сигнала обусловлена в основном длительностью накопления информационного сигнала, принимаемого на волне Н 11, без дополнительного времени на статистическое усреднение в операции компенсации, что не накладывает дополнительных ограничений на скорость изменения принимаемых сигналов.

По седьмому варианту, двухмодовая коническая рупорная антенна одновременно формирует две диаграммы направленности - игольчатую на волне Н11 и диаграмму направленности формы полого конуса, окружающего игольчатый луч, на волне Е 01, с этой целью на выходе конической или волноводной антенны установлен модовый разделитель, выполненный на питающем антенну круглом волноводе с подключением в двух взаимно перпендикулярных плоскостях к его боковой стенке двух прямоугольных волноводов через прямоугольные окна во взаимно перпендикулярных плоскостях.

По восьмому варианту, в модовом разделителе во взаимно перпендикулярных плоскостях на расстоянии четверти длины волны от конца питающего антенну волновода прорезано прямоугольное окно - трансформатор волн Е01, широкая стенка которого перпендикулярна оси круглого волновода, а на расстоянии четверти длины волны от режекторного фильтра прорезано прямоугольное окно - трансформатор волн Н11, широкая стенка которого совпадает с осью круглого волновода.

По девятому варианту, режекторный фильтр в круглом волноводе для волны Н11 реализуется в виде проводящего кольца, устанавливаемого внутри круглого волновода между трансформаторами типов волн.

На фиг.1 показана структурная схема антенны; на фиг.2 - конструкция модового разделителя.

Антенна содержит конический рупор 1; трансформатор типов волн Н11 Н10 2; модовый фильтр 3; трансформатор типов волн E01 H10 4; амплитудные детекторы 5, 6; компенсатор 7.

Устройство работает следующим образом. Широкополосный или шумовой сигнал, принимаемый коническим рупором 1, подается в круглый волновод, в котором возбуждаются волны Н 11 и Е01, в трансформаторе типов волн Н11 Н10 2, представляющим собой перпендикулярное подключение волновода, например прямоугольного, к боковой стенке круглого волновода, в которой имеется прямоугольное окно, широкая стенка которого параллельна оси круглого волновода и размеры которого ограничены размерами поперечного сечения подключенного волновода, осуществляется ответвление энергии переносимой волной Н11 и подача ее на выход второго плеча. Структура поля волны E01 в перпендикулярном плече в виде прямоугольного волновода не может возбудить волну Н10, поскольку соответствующие составляющие вектора Е параллельны узкой стенке, одинаковы по амплитуде и направлены в противоположные стороны [6]. Режекторный фильтр 3, например, в виде проводящего кольца в поперечном сечении круглого волновода препятствует прохождению волны Н11 и пропускает на вход трансформатора E01 H10 4 только энергию, переносимую волной E01. Трансформатор типов волн E 01 H10 4 представляет, например, перпендикулярное подключение прямоугольного волновода со стороны широкой стенки к круглому волноводу. Таким образом, на выходе трансформатора 4 (первое плечо) выделяется сигнал, пропорциональный только энергии волны E01.

Сигнал с плеча 1 трансформатора 4, пропорциональный мощности шумов Рш, принятой антенной, возбужденной на волне E01 , подается на амплитудный детектор 5 и далее на первый вход компенсатора (схему вычитания), а сигнал с плеча 2 трансформатора 2, пропорциональный мощности Рс+Рш, принятой антенной, возбужденной на волне Н11, подается на амплитудный детектор 6 и далее поступает на второй вход компенсатора 7. Выходной сигнал компенсатора формируется как разность



Таким образом, на выходе компенсатора сигнал, пропорциональный мощности шумов, отсутствует.

Использование предложенного способа позволяет снизить шумы антенны не только с использованием узкополосных информационных сигналов, но и при использовании широкополосных и шумовых информационных сигналов. Кроме того, в данном способе отсутствует необходимость длительного накопления сигнала для получения эффекта полного подавления шумов, и, следовательно, отсутствуют ограничения на прием сигналов от быстро протекающих процессов.

Литература

1. Цейтлин Н.М. Антенная техника и радиоастрономия. - М.: Сов. радио, 1976. - 352 с.

2. Ямпольский В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. - М.: Радио и связь, 1983. - 272 с.

3. Li Tingge. Reducing noise with dual mode antenna / Пат. США, кл. 343-100 (Н04В), №3461453, заявл. 30.08.67, опубл. 12.08.69.

4. Смогилев К.А., Воскресенский И.В., Филиппов Л.А. Радиоприемники СВЧ. - Военное издательство министерства обороны СССР, 1967. - 556 с.

5. Харвей А.Ф. Техника сверхвысоких частот. - М.: Сов. радио, 1965. - 774 с.

6. Модель А.Н. Фильтры СВЧ в радиорелейных системах. - М.: Связь, 1967. - 352 с.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Способ снижения уровня шума антенны, основанный на приеме сигнала антенной, работающей на двух типах волн и имеющей на волне Н11 игольчатую диаграмму направленности, на которую принимается полезный сигнал, а на волне E 01 - диаграмму направленности формы полого конуса, окружающего игольчатый луч, с формированием двух выходных сигналов, поступающих на амплитудные детекторы и затем на компенсатор, отличающийся тем, что формируются два выходных сигнала, принятые на волнах Н11 и Е01, путем введения модового разделителя на основе круглого волновода на выходе конической рупорной или волноводной двухмодовой антенны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для ответвления мощности сигнала, принятого на волне Н11, выходное волноводное плечо модового разделителя ориентировано таким образом, что широкая стенка прямоугольного окна в круглом волноводе направлена вдоль оси волновода, при этом образуется трансформатор типа волн Н11 в круглом волноводе в волну Н 10 в прямоугольном волноводе, а для ответвления мощности сигнала, принятого на волне Е01, выходное волноводное плечо модового разделителя ориентировано таким образом, что широкая стенка прямоугольного окна в круглом волноводе направлена перпендикулярно оси волновода, при этом образуется трансформатор типа волн E01 в круглом волноводе в волну Н10 в прямоугольном волноводе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для осуществления разделения волн Н11 и E01 в круглом волноводе модовый разделитель имеет следующий порядок включения трансформаторов типов волн: первоначально включается трансформатор типа волн Н11 в круглом волноводе в волну Н10 в прямоугольном волноводе, затем в круглом волноводе устанавливается режекторный фильтр, препятствующий прохождению волны Н11, далее включается трансформатор типа волн E01 в круглом волноводе в волну H10 в прямоугольном волноводе.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый из двух выходных сигналов модового разделителя по отдельности проходит операцию амплитудного детектирования с целью получения двух выходных напряжений, пропорциональных в первом случае мощности смеси сигнал + шум (Рс+Р ш), а во втором случае - мощности шума (Р ш).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что реализация компенсации шума производится одновременной подачей продетектированных сигналов на схему вычитания, реализующую аналоговым или программным способом операцию нахождения разности сигналов пропорциональных смеси сигнал + шум (Рс+Р ш) и шуму (Рш), в результате выходной сигнал оказывается пропорциональным мощности сигнала на входе.

6. Способ п.1, отличающийся тем, что длительность формирования выходного сигнала обусловлена в основном длительностью накопления информационного сигнала, принимаемого на волне Н 11, без дополнительного времени на статистическое усреднение в операции компенсации, что не накладывает дополнительных ограничений на скорость изменения принимаемых сигналов.

7. Двухмодовая рупорная антенна, формирующая две диаграммы направленности, с питающим волноводом круглого сечения, работающим в двухмодовом режиме на волнах Н11 и Е 01, на котором выполнен модовый разделитель, путем подключения к его боковой стенке во взаимно перпендикулярных плоскостях двух прямоугольных волноводов через прямоугольные окна - трансформаторы, отличающаяся тем, что прямоугольное окно - трансформатор волны E01, широкие стенки которого перпендикулярны оси волновода, прорезано на расстоянии четверти длины волны от закороченного конца питающего антенну волновода, а прямоугольное окно - трансформатор волны Н11, широкие стенки которого параллельны оси волновода, прорезано на расстоянии четверти длины волны от режекторного фильтра для волны Н 11 питающего волновода.

8. Двухмодовая рупорная антенна по п.7, отличающаяся тем, что режекторный фильтр в круглом волноводе для волны Н11 реализуется в виде проводящего кольца, устанавливаемого внутри круглого волновода между трансформаторами типов волн.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru