КОЛЬЦЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С СИСТЕМОЙ КОНТРОЛЯ

КОЛЬЦЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С СИСТЕМОЙ КОНТРОЛЯ


RU (11) 2106649 (13) C1

(51) 6 G01R29/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

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

(14) Дата публикации: 1998.03.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 96122587/09 
(22) Дата подачи заявки: 1996.11.22 
(45) Опубликовано: 1998.03.10 
(56) Аналоги изобретения: SU, авторское свидетельство, 1666979, кл. G 01 R 29/10, 1991. 
(71) Имя заявителя: Мануилов Борис Дмитриевич 
(72) Имя изобретателя: Мануилов Б.Д.; Мануилов М.Б.; Богачев А.Ю. 
(73) Имя патентообладателя: Мануилов Борис Дмитриевич 

(54) КОЛЬЦЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С СИСТЕМОЙ КОНТРОЛЯ 

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для поэлементного контроля работоспособности каналов кольцевых антенных решеток, фазируемых по методу кольцевых гармоник. Такие решетки содержат первую диаграммообразующую матрицу, входы которой соединены с излучателями антенной решетки, вторую диаграммообразующую матрицу, выходы которой подключены к сигнальным входам СВЧ-коммутатора, выход которого в свою очередь подключен к входу приемника, командное устройство, выход которого подключен к управляющему входу СВЧ-коммутатора, а также источник контрольного сигнала, состоящий из генератора контрольного сигнала и вспомогательной антенны. Сущность изобретения состоит в том, что в решетку дополнительно введены коммутируемые фазовращатели, входы которых подключены к выходам первой диаграммообразующей матрицы, выходы - к входам второй диаграммообразующей матрицы, а управляющие входы - к дополнительному входу командного устройства. Дополнительно введенными элементами системы контроля являются осциллограф и цифроаналоговый преобразователь, вход которого подключен к выходу командного устройства, а выход - к входу X осциллографа. Вход Y осциллографа подключен к выходу приемника. Принцип работы устройства заключается в том, что при установке коммутируемых фазовращателей в ноль на вход приемника поступает сигнал только от одного излучателя. При переключении СВЧ-коммутатора на экране осциллографа можно поочередно пронаблюдать сигналы от всех излучателей. 2 ил., 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для контроля работоспособности каналов кольцевых антенных решеток, фазируемых по методу кольцевых гармоник.

Известные устройства контроля работоспособности каналов антенных решеток (АР) можно разделить на две большие группы: устройства встроенного контроля [1] и устройства вынесенного контроля [2].

Характерной особенностью устройств вынесенного контроля является наличие источников контрольных сигналов, содержащих генератор и вспомогательную антенну.

Известные устройства вынесенного контроля функционируют на основе одного из способов: модуляционного [3] или коммутационного [4]. В обоих способах в контролируемом канале АР осуществляют переключение фазовращателя в последовательные состояния. Разница состоит в том, что в модуляционном способе контролируемые параметры оценивают после измерения спектральных компонент сигнала, что в большинстве случаев наиболее просто выполнить с помощью радиотехнических устройств. Для коммутационного же метода контролируемого канала оценивают по выборкам наблюдаемого сигнала в конечном числе точек преобразованием сигнала на ЭВМ.

Известно устройство модуляционного контроля ФАР [3], предназначенное для селективной проверки каждого элемента ФАР, содержащее передатчик, посылающий опорный сигнал на элемент АР, приемник, принимающий результирующие сигналы, измерительное устройство, оценивающее глубину амплитудной и фазовой модуляции и управляемые многоэлементные фазовращатели, связанные с каждым элементом АР, манипуляцией которых производят модуляцию сигнала опорного канала, в результате чего в спектре суммарного сигнала на выходе приемника появляются боковые гармоники, отстоящие от основной частоты на некоторые, кратные ей, интервалы.

Предложенный в [3] способ поэлементного контроля применительно к ФАР кругового обзора модифицирован в [5].

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, основанное на способе [5], принцип действия которого заключается в последовательном контроле работоспособности каждого канала ФАР путем изменения фазы в контролируемом канале ФАР и проведении измерений параметров сигнала на выходе сумматора ФАР при облучении апертуры ФАР внешним источником излучения, расположенным в минимуме ее диаграммы направленности, обеспечиваемом противофазным суммированием сигналов неконтролируемых каналов ФАР, определение по результатам измерения параметров сигнала на выходе сумматора ФАР производят путем подключения контролируемого канала ФАР к излучателю, расположенному вблизи внешнего источника излучения, а неконтролируемых каналов - к излучателям, расположенным на противоположной, затененной от внешнего источника излучения стороне апертуры ФАР.

Недостатком данного устройства является невозможность применения в АР, фазируемых по методу кольцевых, гармоник (с матричной схемой возбуждения) [6] . В качестве диаграммообразующей матрицы в этих АР могут использоваться матрицы параллельного типа (матрицы Батлера) или последовательного типа (матрицы Бласса).

На фиг. 1 представлена структурная схема цилиндрической АР, фазируемой по методу кольцевых гармоник, на фиг. 2 - структурная схема предлагаемой кольцевой АР с системой контроля.

Для правильного понимания принципа действия предлагаемого устройства контроля предварительно рассмотрим работу АР с фазированием по методу кольцевых гармоник с использованием матриц Батлера [6]. В данном случае будем рассматривать передающий режим работы АР.

Структурная схема N-элементной АР представлена на фиг. 1. Она состоит из системы излучателей 1, первой матрицы Батлера 2, фиксированных фазовращателей 3, второй матрицы Батлера 4, СВЧ-коммутатора 5, передатчика (приемника) 6 и командного устройства 7.

Для возбуждения в цилиндрической АР любой m-ой кольцевой гармоники (m=1, 2, ... , N) излучатели АР 1 могут быть подключены к выходам матричной схемы Батлера 2. Последняя представляет собой пассивную цепь без потерь с N входами и N выходами, причем N равно некоторой степени двух. Входы матрицы развязаны между собой и возбуждение любого (m-ого) их входов приводит к появлению на всех (n-ых) выходах токов равной амплитуды с линейно изменяющейся фазой, т.е.

.

Это означает, что при возбуждении m-ого входа матрицы Батлера 2 в цилиндрической АР возбуждается m-ая кольцевая гармоника (фаза N-ого излучателя mN= 2m).

Если все входы матрицы Батлера 2 возбудить синфазно, то в цилиндрической АР одновременно будут существовать N кольцевых гармоник. Каждая гармоника имеет амплитудную диаграмму направленности , которая является ненаправленной, и фазовую диаграмму направленности argFm(), значение которой при = 0 является различным для каждой гармоники.

В связи с этим на входах матрицы Батлера 2 необходимо установить фиксированные фазовращатели 3, которые должны выровнять фазы кольцевых гармоник в нулевом направлении. Тогда ток в n-ом излучателе можно записать в виде:



где

m= argFm(0). (3)

В результате диаграммы направленности решетки, возбужденной N кольцевыми гармониками, оказывается подобной диаграмме направленности N-элементной АР:



Из (4) следует, что при введении прогрессивного фазового сдвига между кольцевыми гармониками (mo) диаграмма направленности поворачивается на угол o . Для управления положением луча цилиндрической АР, в которой кольцевые гармоники формируются с помощью матричной схемы Батлера 2, используется вторая матрица Батлера 4.

Один из входов (p-й) матрицы Батлера 4 подключается через СВЧ-коммутатор 5 к передатчику (приемнику) 6 по сигналу командного устройства 7, причем m-ый выход матрицы Батлера 4 соединен с m-ым входом первой матрицы Батлера 2 через фиксированные фазовращатели 3 со сдвигом фаз, равным (3). Подобно (1) можно записать выражение для фазы на выходе m второй матрицы Батлера 4 при подаче сигнала на p-ый вход:



где

угловое положение центра p-ого излучателя.

В итоге фаза сигнала m-ой гармоники на входе излучателя с номером n при подсоединении СВЧ-коммутатора 5 к p-му входу второй матрицы Батлера 4 составит:



Как следствие, диаграмма направленности цилиндрической АР в этом случает примет вид (4), причем o= p.

Таким образом, при подключении СВЧ-коммутатора 5 к p-му входу второй матрицы Батлера 4 ориентация луча будет совпадать с угловым положением центра p-ого излучателя.

Заявленное изобретение направлено на проведение поэлементного контроля в излучателях кольцевой АР, фазируемой по методу кольцевых гармоник.

Сущность изобретения состоит в том, что в кольцевую АР с системой контроля, включающей генератор контрольного сигнала и вспомогательную антенну, причем сама кольцевая АР содержит первую диаграммообразующую матрицу, входы которой подключены к излучателям АР, вторую диаграммообразующую матрицу, выходы которой подключены к сигнальным входам СВЧ-коммутатора, выход СВЧ-коммутатора подключен к входу приемника, а управляющий вход его - к выходу командного устройства, дополнительно введены коммутируемые фазовращатели, цифроаналоговый преобразователь и осциллограф, причем входы коммутируемых фазовращателей подключены к выходам первой диаграммообразующей матрицы, их выходы - к входам второй диаграммообразующей матрицы, а управляющие входы подключены к дополнительному выходу командного устройства, вход цифроаналогового преобразователя подключен к выходу командного устройства, а его выход - к входу X осциллографа, вход Y осциллографа подключен к выходу приемника.

Кольцевая АР с системой контроля (фиг. 2) содержит систему излучателей 1, первую диаграммообразующую матрицу 2, коммутируемые фазовращатели 3, имеющие два фиксированных положения - 0 и m , вторую диаграммообразующую матрицу 4, СВЧ-коммутатор 5, приемник 6, командное устройство 7, цифроаналоговый преобразователь 8 и осциллограф 9, а также источник контрольного сигнала, состоящий из вспомогательной антенны 10 и генератора контрольного сигнала 11.

Излучатели решетки последовательно и согласно соединены с входами диаграммообразующей матрицы 2, выходы которой последовательно и согласно через коммутируемые фазовращатели 3 подключены к входам диаграммообразующей матрицы 4, выходы которой в свою очередь последовательно и согласно соединены с сигнальными входами СВЧ-коммутатаора 5, выход которого подключен к входу приемника 6. Выход командного устройства 7 параллельно подключен к управляющему входу СВЧ-коммутатора 5 и входу цифроаналогового преобразователя 8. Дополнительный выход командного устройства 7 параллельно подключен к управляющим входам коммутируемых фазовращателей 3. Вход X осциллографа 9 подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 8, а вход Y - к выходу приемника 6. Источник контрольного сигнала располагается в дальней зоне АР.

Рассмотрим работу устройства в режиме передачи. Если коммутируемые фазовращатели 3 установить в нулевое состояние, что равносильно отключению фиксированных фазовращателей 3 (см. фиг. 1), то в соответствии с формулой (6) фазу m-ой гармоники на n-ом излучателе при возбуждении p-ого выхода диаграммообразующей матрицы 4 можно представить в виде:



Преобразования в (7) выполнены с использованием формулы для суммы геометрической прогрессии.

Поскольку n и p принимают только целые значения, то числитель дроби всегда равен нулю. Знаменатель же равен нулю только при n+p=N, и лишь в этом случае отличен от нуля. Это значит, что при подаче сигнала на p-ый вход диаграммообразующей матрицы 4 отличным от нуля будет лишь сигнал на излучателе с номером n=N-p (см. табл.). Заслуживает внимания последняя графа табл. Излучатель с номером 0 - это N-ый излучатель.

В соответствии с принципом взаимности сигнал, принятый n-ым излучателем, пройдет (будет отличным от нуля) лишь на выход диаграммообразующей матрицы 4 с номером p=N-n.

Таким образом, если в дальней зоне АР расположить вспомогательную антенну 10 с генератором 11, кроме того, с помощью СВЧ-коммутатора 5 и приемника 6 подключать на вход Y осциллографа 9 поочередно p-ый выход диаграммообразующей матрицы 4, а развертку осциллографа 9 синхронизировать с работой СВЧ-коммутатора 5, то на экране осциллографа 9 можно поочередно наблюдать сигналы, принятые каждым излучателем в отдельности. Если все каналы излучателей исправны, то огибающая этих сигналов имеет форму диаграммы направленности одиночного излучателя на цилиндре. Такую диаграмму направленности можно получить на экране осциллографа, если СВЧ-коммутатор 5 переключать периодически. Ввиду направленности излучателей необходимо иметь не менее двух - трех источников контрольного сигнала, распределенных в пространстве равномерно и включаемых поочередно.

Источники информации

1. Авт. св. СССР N 417864, кл. H 01 Q 21/08. Устройство для встроенного контроля дискретно-коммутационной антенной решетки. Г.М.Сабреков, А.Е.Чалых, В.А.Черкасов. - Опубл. 28.02.74. Бюл. 8.

2. Авт.св. СССР N 675377, кл. G 01 R 29/10. Способ контроля фазированной антенной решетки. В. А. Волошин, Б. Д. Мануилов, В.В. Шацкий. - Опубл. 25.07.79. Бюл. 27.

3. Патент США N 3378846. Способ контроля фазированных антенных решеток и аппаратура для его осуществления. - Опубл. 16.04.68.

4. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР. Г.Г.Бубнов, С.М. Никулин, Ю.Н.Серяков, С.А.Фурсов. М.: Радио и связь, 1988, 120с.

5. Авт.св. СССР N 1666979, кл. G 01 R 29/10. Способ контроля работоспособности фазированной антенной решетки. В.Н.Кошечев, Н.Р.Москович, А.М.Расин. - Опубл. 30.07.1991. Бюл. 28.

6. Шелег Б. Кольцевая решетка с матричной схемой возбуждения для непрерывного сканирования. ТИИЭР, т. 56, 11, 1968, с. 287-298. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Кольцевая антенная решетка с системой контроля, включающей генератор контрольного сигнала и вспомогательную антенну, содержащая первую диаграммообразующую матрицу, входы которой соединены с излучателями антенной решетки, вторую диаграммообразующую матрицу, выходы которой подключены к соответствующим сигнальным входам СВЧ-коммутатора, выход которого в свою очередь подключен к входу приемника, а управляющий вход - к выходу командного устройства, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены осциллограф, цифроаналоговый преобразователь и коммутируемые фазовращатели, входы которых подключены к выходу первой диаграммообразующей матрицы, а выходы - к соответствующим входам второй диаграммообразующей матрицы, в свою очередь дополнительный выход командного устройства подключен к управляющим входам коммутируемых фазовращателей, вход Х осциллографа через цифроаналоговый преобразователь подключен к основному выходу командного устройства, а вход Y осциллографа подключен к выходу приемника.




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