RU2130674C1 - Антенная система с управляемой диаграммой направленности (варианты) - Google Patents
Антенная система с управляемой диаграммой направленности (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2130674C1 RU2130674C1 RU97121529A RU97121529A RU2130674C1 RU 2130674 C1 RU2130674 C1 RU 2130674C1 RU 97121529 A RU97121529 A RU 97121529A RU 97121529 A RU97121529 A RU 97121529A RU 2130674 C1 RU2130674 C1 RU 2130674C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna element
- antenna
- output
- phase shifter
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Изобретение относится к антенной технике и может использоваться в составе радиолиний, преимущественно УКВ- диапазона, работающих в условиях воздействия помех других радиостанций. Техническим результатом является разработка антенной системы, обеспечивающей возможность управления формой диаграммы направленности (формирование направленного минимума приема, угла его ориентации, формирование двух минимумов и т.п.) и повышение устойчивости работы канала радиосвязи в сложной помехово-сигнальной обстановке. Первый вариант антенной системы состоит из двух антенных элементов, один из которых - через первый фазовращатель, а второй непосредственно подключены к входам первого мостового устройства, выходы которого один - через второй фазовращатель, другой непосредственно подключены к входам второго мостового устройства. Один антенный элемент ненаправленный, второй - направленный. Описаны 5 вариантов, реализующих схему антенной системы. 5 с. и 5 з.п.ф-лы, 14 ил.
Description
Группа изобретений объединена единым изобретательским замыслом, относится к области радиотехники, а именно к антенной технике и в частности заявляемые варианты антенной системы с управляемой диаграммой направленности (ДН) могут использоваться в составе радиолиний, преимущественно ультракоротковолнового (УКВ) диапазона, работающих в условиях воздействия помех других радиостанций или отраженных сигналов.
Известны антенные системы, обеспечивающие возможность снижения воздействия мешающих сигналов других радиостанций (отраженных сигналов) за счет управления ДН, см., например, Пат. США N 4100496 от 11.12.75, опубл. 11.07.78; Заявка Японии N 55-13166, опубл. 7.04.1980; Заявка Японии N 55-15124, опубл. 21.04.80 г.
Известное устройство по пат. США N 4100496 включает две идентичные направленные антенны, пространственно разнесенные на расстояние λ/4 где λ - длина рабочей волны, и подключенные соответственно через фазовращатель и аттенюатор на входы смесителя. Такая схема позволяет путем изменения параметров трактов антенн изменять форму ДН, чем достигается частичное подавление мешающего отраженного сигнала.
В антенной системе по заявке Японии N 55-13166 подавление мешающего сигнала достигается тем, что две идентичные антенны размещены на определенном расстоянии друг от друга, ориентируют под углом направления прихода помехи и подключают через фазосдвигающие элементы к смесителю, в котором сигналы помехи, принятые каждой антенной, вычитаются.
Аналогичное решение содержится и в устройстве по заявке Японии N 55-15124.
Общим недостатком рассмотренных аналогов является недостаточное подавление мешающего (отраженного) сигнала в условиях изменяющейся электромагнитной обстановки (ЭМО).
Наиболее близким аналогом к заявляемым вариантам антенной системы с регулируемой ДН (прототипом) является известное устройство по пат. США N 4007461, МПК H 01 Q 21/06, опубл. 08.02.1977.
Антенная система-прототип состоит из двух согласованных по поляризации ненаправленных антенных элементов, т.е. антенн, имеющих в какой-либбо плоскости ( в данном случае горизонтальной) круговую ДН, двух сумматоров, выполненных на основе трансформаторов, и двух фазовращателей, выполненных в виде фиксированных линий задержки. Первый антенный элемент (АЭ) подключен одновременно к первому входу первого сумматора непосредственно, а к первому входу второго сумматора - через первый фазовращатель (линию задержки). Аналогично, второй АЭ подключен к вторым входам сумматоров. Выходы первого и второго сумматоров являются выходами антенной системы.
Благодаря такой схеме на выходах устройства формируются кардиоидные ДН, причем направления минимального приема по этим выходам ориентированы ортогонально. При известных направлениях прихода мешающего сигнала и соответствующей ориентации антенной системы обеспечивается частичное его подавление.
Однако известное устройство обладает недостатками:
- отсутствие возможности регулирования глубины минимума ДН; фиксированное значение направления минимума ДН;
- по двум входам обеспечиваются идентичные кардиоидные ДН с отличающимися лишь направлениями минимума, т.е. отсутствует возможность формирования по разным выходам системы ДН различной формы;
- отсутствует возможность формирования по одному из входов ДН с двумя направлениями нулевого приема.
- отсутствие возможности регулирования глубины минимума ДН; фиксированное значение направления минимума ДН;
- по двум входам обеспечиваются идентичные кардиоидные ДН с отличающимися лишь направлениями минимума, т.е. отсутствует возможность формирования по разным выходам системы ДН различной формы;
- отсутствует возможность формирования по одному из входов ДН с двумя направлениями нулевого приема.
Перечисленные недостатки сужают область применения известной антенной системы, в частности в условиях воздействия нескольких мешающих сигналов, при изменениях их амплитуд и направлений прихода.
Целью заявляемых изобретений является разработка антенной системы с управляемой ДН, обеспечивающей возможность регулирования глубины ее минимума, при наличии двух выходов системы формировании на этих выходах различных по форме ДН, а при одном выходе системы формирование ДН с двумя направлениями нулевого приема.
В первом варианте заявляемого устройства поставленная цель достигается тем, что в известной антенной системе с управляемой ДН, содержащей первый антенный элемент, выполненный ненаправленным и подключенный к входу второго фазовращателя, второй антенный элемент, согласованный по поляризации с первым антенным элементом, и первый фазовращатель, дополнительно введены первое и второе мостовое устройство. Второй АЭ выполнен направленным. Первый и второй входы первого мостового устройства подключены соответственно к выходу второго фазовращателя и к второму АЭ. Первый и второй выходы первого мостового устройства подключены соответственно к входу первого фазовращателя и второму входу второго мостового устройства, первый вход которого подключен к выходу первого фазовращателя. Первый и второй выходы второго мостового устройства являются выходами антенной системы.
Первый и второй фазовращатели могут быть выполнены регулируемыми, т.е. с возможностью регулирования величины фазового сдвига проходящего через него сигнала.
Во втором варианте заявленного устройства поставленная цель достигается тем, что в известной антенной системе с управляемой ДН, содержащей первый АЭ, выполненный ненаправленным, фазовращатель и второй АЭ, согласованный по поляризации с первым АЭ, дополнительно введены первое и второе мостовое устройство. Второй АЭ выполнен направленным. Первый и второй входы первого мостового устройства подключены соответственно к первому и второму АЭ. Первый выход первого мостового устройства через фазовращатель подключен к первому входу второго мостового устройства. Второй вход второго мостового устройства подключен к второму выходу первого мостового устройства. Первый и второй выходы второго мостового устройства являются выходами антенной системы. Антенные элементы установлены с возможностью изменения расстояния между ними. Фазовращатель может быть выполнен регулируемым.
В третьем варианте заявленного устройства поставленная цель достигается тем, что в известной антенной системе с управляемой ДН, содержащей первый антенный элемент, выполненный ненаправленным, фазовращатель, второй антенный элемент, согласованный по поляризации с первым АЭ, и сумматор, выход которого является выходом антенной системы, дополнительно введен аттенюатор. Второй АЭ выполнен направленным. Первый АЭ подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через последовательно включенные аттенюатор и фазовращатель подключен к второму антенному элементу. Фазовращатель и аттенюатор могут быть выполнены регулируемыми.
В четвертом варианте заявленного устройства поставленная цель достигается тем, что в известной антенной системе с регулируемой ДН, содержащей первый АЭ, выполненный ненаправленным, второй АЭ, согласованный по поляризации с первым АЭ, и сумматор, выход которого является выходом антенной системы, дополнительно введен аттенюатор. Второй АЭ выполнен направленным. Первый антенный элемент подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через аттенюатор подключен к второму АЭ. Антенные элементы установлены с возможностью изменения расстояния между ними. Аттенюатор может быть выполнен регулируемым, т.е. с возможностью регулирования степени затухания мощности проходящего через него сигнала.
В пятом варианте заявляемого устройства поставленная цель достигается тем, что в известной антенной системе с управляемой ДН, содержащей первый АЭ, выполненный ненаправленным, фазовращатель, второй АЭ, согласованный по поляризации с первым АЭ, и сумматор, выход которого является выходом антенной системы, дополнительно введены первый и второй аттенюаторы, первый и второй усилители. Второй АЭ выполнен направленным. Первый антенный элемент через последовательно включенные первый аттенюатор и первый усилитель подключен к первому входу сумматора. Второй вход сумматора через последовательно включенные второй усилитель, второй аттенюатор и фазовращатель подключен к второму АЭ. Первый и второй аттенюаторы и фазовращатель могут быть выполнены регулируемыми, также регулируемыми могут быть выполнены первый и второй усилители, т. е. выполнены с возможностью регулирования их коэффициентов усиления.
Указанная совокупность существенных признаков в каждом из рассмотренных пяти вариантов реализации заявленного устройства обеспечивает равноамплитудное и противофазное деление полезного сигнала и его сложение с взвешенным сигналом (сигналами) помехи, чем достигается формирование на выходах системы ДН с ориентированным в требуемом направлении ее минимумом. Причем угловой сектор минимума ДН на заданном уровне и глубина минимума могут быть изменены с целью достижения наилучшего соотношения сигнал/помеха.
Анализ известных решений по источникам технической и патентной литературы показал, что в них отсутствуют технические решения, содержащие совокупность существенных признаков каждого из вариантов заявленного устройства, что указывает на его соответствие условию патентоспособности "новизна".
Также в известных источниках информации не обнаружены отличительные признаки заявленного устройства, обеспечивающие достижение технического результата, который достигнут заявленным устройством, что указывает на его соответствие условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - структурная схема устройства - 1 вариант;
на фиг. 2 - структурная схема устройства - 2 вариант;
на фиг. 3 - структурная схема устройства - 3 вариант;
на фиг. 4 - структурная схема устройства - 4 вариант;
на фиг. 5 - структурная схема устройства - 5 вариант;
на фиг. 6 - варианты схемы мостового устройства;
на фиг. 7 - вариант построения фазовращателя;
на фиг. 8 - вариант построения сумматора;
на фиг. 9 - вариант конструкции устройства взаимного перемещения АЭ;
на фиг. 10-14 - рисунки, поясняющие работу антенной системы.
на фиг. 1 - структурная схема устройства - 1 вариант;
на фиг. 2 - структурная схема устройства - 2 вариант;
на фиг. 3 - структурная схема устройства - 3 вариант;
на фиг. 4 - структурная схема устройства - 4 вариант;
на фиг. 5 - структурная схема устройства - 5 вариант;
на фиг. 6 - варианты схемы мостового устройства;
на фиг. 7 - вариант построения фазовращателя;
на фиг. 8 - вариант построения сумматора;
на фиг. 9 - вариант конструкции устройства взаимного перемещения АЭ;
на фиг. 10-14 - рисунки, поясняющие работу антенной системы.
Первый вариант заявленного устройства, структурная схема которого показана на фиг. 1, состоит из ненаправленного антенного элемента (ННАЭ) 1, направленного антенного элемента (НАЭ) 2, первого мостового устройства (МУ) 3, второго мостового устройства (МУ) 4, первого фазовращателя (ФВ) 5, второго фазовращателя (ФВ) 6.
ННАЭ 1 подключен через второй ФВ 6 к первому входу (вход-а) МУ 3. К второму входу (вход-а') МУ 3 подключен НАЭ 2. Первый выход (выход-б) первого МУ 3 через первый ФВ 5 подключен к первому входу (вход-а) второго МУ 4. Второй выход (выход-б') первого МУ 3 подключен к второму входу (вход-а') второго МУ 4. Выходы второго МУ 4 (выходы б-б') являются выходами антенной системы. НАЭ 1 и НАЭ 2 установлены на расстоянии d друг от друга.
Второй вариант заявленного устройства, структурная схема которого показана на фиг. 2, состоит из ненаправленного антенного элемента (ННАЭ) 1, направленного антенного элемента (НАЭ) 2, первого мостового устройства (МУ) 3, второго мостового устройства (МУ) 4, фазовращателя (ФВ) 5.
ННАЭ 1 подключен к первому входу (вход-а) МУ 3. К второму входу (вход-а') МУ 3 подключен НАЭ 2. Первый выход (выход-б) первого МУ 3 через ФВ 5 подключен к первому входу (вход-а) второго МУ 4. Второй выход (выход-б') первого МУ 3 подключен к второму входу (вход-а') второго МУ 4. Выходы второго МУ 4 (выходы б-б') являются выходами антенной системы. ННАЭ 1 и НАЭ 2 установлены с возможностью изменения расстояния d между ними.
Третий вариант заявленного устройства, структурная схема которого показана на фиг. 3, состоит из ненаправленного антенного элемента (ННАЭ) 1, направленного антенного элемента (НАЭ) 2, установленных на расстоянии d между ними фазовращателя (ФВ) 3, аттенюатора 4 и сумматора 5. ННАЭ 1 подключен к первому входу (вход-а) сумматора 5. НАЭ 2 через последовательно включенные ФВ 3 и аттенюатор 4 подключен к второму входу (вход-а') сумматора 5, выход которого является выходом антенной системы.
Четвертый вариант заявленного устройства, структурная схема которого показана на фиг. 4, состоит из ненаправленного антенного элемента (ННАЭ) 1, направленного антенного элемента (НАЭ) 2, аттенюатора 3 и сумматора 4. ННАЭ 1 подключен к первому входу (вход-а) сумматора 4. НАЭ 2 через аттенюатор 3 подключен к второму входу (вход-а') сумматора 4, выход которого является выходом антенной системы. НАЭ 1 и ННАЭ 2 установлены с возможностью изменения расстояния d между ними.
Пятый вариант заявленного устройства, структурная схема которого показана на фиг. 5, состоит из ненаправленного антенного элемента (ННАЭ) 1, направленного антенного элемента (НАЭ) 2, установленных на расстоянии d между ними фазовращателя (ФВ) 3, первого аттенюатора 4, второго аттенюатора 5, первого усилителя 6, второго усилителя 7 и сумматора 8, выход которого является выходом антенной системы. ННАЭ 1 через последовательно включенные первый аттенюатор 4 и первый усилитель 6 подключен к первому входу (вход-а) сумматора 8. НАЭ 2 через последовательно включенные ФВ 3, второй аттенюатор 5 и второй усилитель 7 подключен к второму входу (вход-а') сумматора 8.
В качестве ненаправленного антенного элемента во всех пяти рассмотренных вариантах устройства может быть использован несимметричный или симметричный вибраторы, петлевой и шунтовой вибраторы и т.п. В качестве направленного антенного элемента могут быть использованы антенна волновой канал, логопериодическая антенна, любая зеркальная антенна с линейной поляризацией и т.п.
Во всех вариантах ННАЭ 1 и НАЭ 2 должны быть согласованы по поляризации, т. е. оба элемента должны принимать поле приходящей волны одной поляризации. Например, в случае приема электромагнитной волны с вертикальной поляризацией и применении в качестве ННАЭ 1 несимметричного вибратора, а в качестве НАЭ 2 вибраторной антенны - волновой канал, их вибраторы должны быть установлены вертикально.
Мостовое устройство, входящее в схемы вариантов 1 и 2 антенной системы, предназначены для равноамплитудного деления сигнала, поступающий на любой из входов, на его выходах.
В качестве мостового устройства могут быть использованы квадратурный или кольцевой мосты.
Схемы построения квадратурных мостов известны (см., например, В.Фуско "СВЧ Цепи". - М.: Радио и связь, 1990, с. 262-266.
В частности, квадратурный мост, используемый в вариантах 1, 2 заявленного устройства, может быть реализован на отрезках коаксиального кабеля, как показано на фиг. 6а. Длина отрезков в плечах моста L′ = 0,25λ из кабеля РК-50, а в плечах L = 0,25λ из двух включенных в параллель отрезков кабеля РК-75, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона волн.
Также известны схемы построения кольцевых мостов, описанные, например, в книге: В.Фуско "СВЧ Цепи". - М.: Радио и связь, 1990, с. 266-269.
В частности, кольцевой мост, используемый в вариантах 1, 2 заявленного устройства, может быть реализован из отрезков коаксиального кабеля с использованием последовательного соединения образующих плечи отрезков с кольцевым коаксиальным кабелем на фиг. 6 б. Длина окружности кольца равна 1.5 средней длины волны рабочего диапазона волн, а расстояние между местами соединения образующих плечи отрезков равно 1/4 средней длины волны.
Схемы построения фазовращателей известны (см., например, А.А.Липатов "Техника сверхвысоких частот." Киев, - 1979, с. 240-241.
В частности, фазовращатели, используемые в вариантах 1, 2, 3, 5, могут быть реализованы также на отрезке коаксиального кабеля с коммутируемой длиной Lф, как показано на фиг. 7. Пределы изменения длины отрезка кабеля фазовращателя ΔLф = Lф max-Lф min определяются частотным диапазоном, в котором используется антенная система. Так, фазовращатель на любой рабочей частоте должен обеспечить сдвиг по фазе принятого сигнала не менее, чем на 180o. Это условие будет обеспечено, если на любой рабочей длине волны λ размер Lф может изменяться в пределах, при которых выполняется условие 0 ≤ 2πLф/λ ≤ 180o.
Аттенюатор, используемый в вариантах 3, 4, 5 заявленного устройства, может быть реализован на переменном резисторе.
В качестве сумматора может быть использована любая известная схема, например, описанная в книге: В.Фуско "СВЧ Цепи". - М.: Радио и связь, 1990, с. 272-273. Например, сумматор, используемый в вариантах 3, 4, 5, может быть выполнен из отрезков стандартного кабеля с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом. Первые концы отрезков коаксиального кабеля РК-75 длиной по λ/4 подключены в параллель к кабелю РК-50, являющемуся выходом сумматора. Вторые концы этих же отрезков коаксиального кабеля подключены центральными проводниками к выходам активного сопротивления R=100 Ом. Кроме того, к выводам сопротивления R подключены центральные проводники отрезков коаксиального кабеля РК-50, которые являются выходами сумматора (фиг. 8).
В качестве усилителя может быть использована любая известная схема антенного усилителя, например, описанная в книге: В.В.Никитченко "Функциональные узлы адаптивных компенсаторов помех" - Л.: ВАС, 1990, с. 57-62.
На фиг. 9 показана реализация возможности взаимного перемещения антенн в антенной системе (вариант 2, 4), в которых предусмотрена возможность регулировки взаимного разноса антенных элементов. Конструкция включает ННАЭ 1 в виде вертикально симметричного вибратора 9, НАЭ 2 в виде антенны волновой канал 15. Симметричный вибратор на вертикальной штанге 11 крепится к подвижной платформе 12, положение подвижной платформы на продольной штанге 14 фиксируется крепежным болтом 13.
Заявленное устройство работает следующим образом. Общим принципом работы пяти предлагаемых вариантов реализации заявленного изобретения является формирование по двум (или по одному) выходам суммарной ДН, обеспечивающей следующие возможности:
формирование направленного минимума приема с требуемым уровнем (т.е. с возможностью изменения уровня минимума в ДН);
формирование двух минимумов приема с возможностью изменения угла между ними.
формирование направленного минимума приема с требуемым уровнем (т.е. с возможностью изменения уровня минимума в ДН);
формирование двух минимумов приема с возможностью изменения угла между ними.
Эти возможности реализуются следующим образом. При наличии двух выходов антенной системы сигнал E1, принятый на ННАЭ 1, пройдя тракт до выхода б (фиг. 1, 2), принимает значение E1 
где E1, φ1 - соответственно амплитуда и фаза сигнала принятого ННАЭ 1 и прошедшего тракт антенной системы до выхода б. На другом выходе значение сигнала, принятого ННАЭ 1, равно E1 
где E1, φ1 - амплитуда и фаза сигнала на выходе б', принятого ННАЭ 1 и прошедшего тракт антенной системы до выхода б'. Аналогично сигнал E2(θ), принятый НАЭ 2, пройдя тракт антенной системы, на ее первом выходе принимает значение 
Здесь E2(θ) - амплитуда сигнала; φd - фазовый сдвиг, обусловленный пространственным разносом ННАЭ 1 и НАЭ 2; φ2 - сдвиг фазы, обусловленный прохождением сигнала от НАЭ 2 по тракту до выхода б антенной системы; θ - угловая координата, являющаяся аргументом функции ДН НАЭ 2. Сигнал от НАЭ 2 на втором выходе антенной системы принимает значение 
Суммарный сигнал на первом выходе
определяется выражением:
а на втором выходе (выход б')
Из приведенных выражений (1) и (2) видно, что при изменении амплитудных и фазовых соотношений между сигналами, прошедшими на тот или иной выход антенной системы от ННАЭ 1 и НАЭ 2, можно сформировать следующие виды ДН:
1. С одним направлением минимума приема. Для формирования на выходе б ДН с одним минимумом необходимо обеспечить на этом выходе требуемое соотношение
и разность фаз φ1-(φ2′+Δφd) = π. Глубина провала в ДН будет определяться соотношением 
причем при 
будет сформирован "ноль" ДН. Ширина провала ДН определяется шириной ДН НАЭ 2. θmax - направление максимума приема НАЭ 2 (фиг. 10).
Суммарный сигнал на первом выходе
а на втором выходе (выход б')
Из приведенных выражений (1) и (2) видно, что при изменении амплитудных и фазовых соотношений между сигналами, прошедшими на тот или иной выход антенной системы от ННАЭ 1 и НАЭ 2, можно сформировать следующие виды ДН:
1. С одним направлением минимума приема. Для формирования на выходе б ДН с одним минимумом необходимо обеспечить на этом выходе требуемое соотношение
2. С двумя направлениями нулевого приема. ДН с двумя направлениями образуется на выходе б при φ1-(φ2′+Δφd) = π, в тех направлениях θ1 и θ2, где выполняется условие 
При этом 
Вид такой ДН показан на фиг. 11.
3. ДН с частично ослабленным главным лепестком НАЭ 2. Такая ДН формируется на одном из выходов (например, на выходе б), если на другом выходе (выход б') сформирована ДН с нулевым приемом (фиг. 12).
4. ДН НАЭ 2 с ослабленным средним уровнем боковых лепестков или нулем приема по одному из боковых лепестков будет сформирована, к примеру, на выходе б' при выполнении условия φ1-(φ2′+Δφd) = π, 
где 
cигнал, принятый НАЭ 2 по боковому лепестку и прошедший тракт до выхода б', θб - направление ориентации максимума подавляемого бокового лепестка ДН, ДН такого вида изображена на фиг. 13.
Указанные возможности реализуются в первом варианте заявленной антенной системы с помощью двух мостовых устройств, выполненных, в частности, в виде квадратурных мостов (КМ), и двух фазовращателей. Сигнал E1, принятый ННАЭ 1, пройдя до выхода б антенной системы (фиг. 1, 2), принимает значение 
где E1', 
амплитуда и фаза сигнала, принятого ННАЭ 1 и прошедшего тракт антенной системы от входа до выхода б. На выходе б' антенной системы тракт антенной системы от входа до выхода б. На выходе б' антенной системы значение сигнала, принятого ННАЭ 1, равно 
(фиг. 1, 2). Принимая во внимание, что сигнал, поступивший на вход квадратурного моста, на его выходе делится равноамплитудно и со сдвигом по фазе на π/2, сигнал от ННАЭ 1, прошедший на выход б антенной системы, принимает значение
где Δφ2, Δφ1 - разности фаз, вносимые первым и вторым фазовращателями соответственно, а сигнал от ННАЭ 1, прошедший на выход б' антенной системы, принимает значение:
Сигнал, принятый НАЭ 2, зависит от угловой координаты θ и сдвинут по фазе относительно сигнала E1 вследствие пространственного разноса ННАЭ 1 и НАЭ 2 на величину Δφd. Сигнал
принятый НАЭ 2, пройдя до выхода б (фиг. 1, 2) антенной системы, принимает значение 
где 
амплитуда и фаза сигнала, принятого НАЭ 2 и прошедшего тракт антенной системы. На выходе б' антенной системы значение сигнала, принятого НАЭ 2, равно 
(фиг. 1, 2). Принимая во внимание свойства квадратурного моста сигнал от НАЭ 2, прошедший на выход б антенной системы, принимает значение:
а сигнал от НАЭ 2, прошедший на выход б' антенной системы, принимает значение:
С учетом этого суммарный сигнал на выходе б (фиг. 1, 2) антенной системы будет определяться выражением:
а на втором выходе (выход б' фиг. 1, 2)
С помощью первого фазовращателя подбирается требуемое соотношение амплитуд сигналов от ННАЭ 1 и НАЭ 2 на том выходе антенной системы, на котором требуется сформировать ДН с направлением ослабленного приема. Это соотношение определяется требуемым ослаблением сигнала в заданном направлении. После этого фазовый сдвиг, вносимый вторым фазовращателем, подбирается таким образом, чтобы обеспечить противофазность сигналов от ННАЭ 1 и НАЭ 2 на указанном выходе антенной системы.
где Δφ2, Δφ1 - разности фаз, вносимые первым и вторым фазовращателями соответственно, а сигнал от ННАЭ 1, прошедший на выход б' антенной системы, принимает значение:
Сигнал, принятый НАЭ 2, зависит от угловой координаты θ и сдвинут по фазе относительно сигнала E1 вследствие пространственного разноса ННАЭ 1 и НАЭ 2 на величину Δφd. Сигнал
а сигнал от НАЭ 2, прошедший на выход б' антенной системы, принимает значение:
С учетом этого суммарный сигнал на выходе б (фиг. 1, 2) антенной системы будет определяться выражением:
а на втором выходе (выход б' фиг. 1, 2)
С помощью первого фазовращателя подбирается требуемое соотношение амплитуд сигналов от ННАЭ 1 и НАЭ 2 на том выходе антенной системы, на котором требуется сформировать ДН с направлением ослабленного приема. Это соотношение определяется требуемым ослаблением сигнала в заданном направлении. После этого фазовый сдвиг, вносимый вторым фазовращателем, подбирается таким образом, чтобы обеспечить противофазность сигналов от ННАЭ 1 и НАЭ 2 на указанном выходе антенной системы.
Так, для формирования на выходе б' антенной системы (фиг. 1, 2) ДН с направлением нулевого приема фазовый сдвиг, вносимый первым фазовращателем, подбирается из условия равенства модулей, слагаемых в правой части выражения 4:
из которого после преобразований имеем:
Вычислив фазовые соотношения между сигналами от ННАЭ 1 и НАЭ 2 на выходе б' и фазовый сдвиг первого фазовращателя Δφ1, определяемый выражением (5), можно найти фазовый сдвиг второго фазовращателя Δφ2. Он должен быть таким, чтобы фазы слагаемых в выражении (4) отличались на π. Из анализа слагаемых в формуле (4) следует, что условие противофазности выполняется при
из которого видно, что подбором величин Δφ2 (с помощью второго фазовращателя) или Δφd (т.е. изменением пространственного разноса ННАЭ 1 и НАЭ 2) можно обеспечить противофазность сигналов от ННАЭ 1 и НАЭ 2 на выходе антенной системы.
Вычислив фазовые соотношения между сигналами от ННАЭ 1 и НАЭ 2 на выходе б' и фазовый сдвиг первого фазовращателя Δφ1, определяемый выражением (5), можно найти фазовый сдвиг второго фазовращателя Δφ2. Он должен быть таким, чтобы фазы слагаемых в выражении (4) отличались на π. Из анализа слагаемых в формуле (4) следует, что условие противофазности выполняется при
из которого видно, что подбором величин Δφ2 (с помощью второго фазовращателя) или Δφd (т.е. изменением пространственного разноса ННАЭ 1 и НАЭ 2) можно обеспечить противофазность сигналов от ННАЭ 1 и НАЭ 2 на выходе антенной системы.
Таким образом, изменением Δφ1 регулируется соотношение между сигналами от ННАЭ 1 и НАЭ 2 и, следовательно, глубина провала в результирующей ДН. Второй фазовращатель обеспечивает сложение сигналов от антенных элементов в противофазе.
Работа второго варианта схемы аналогична работе первого. Отличие состоит в том, что разность фаз между сигналами регулируется не с помощью фазовращателя, а за счет механического перемещения элементов антенной системы относительно друг друга, т.е. изменением Δφd.
В третьем варианте, когда схема заявленного устройства имеет один выход, суммарный сигнал имеет вид
где K - амплитудный коэффициент передачи тракта антенной системы для сигнала НАЭ 2. Сигналы будут в противофазе при Δφd+Δφ2 = π, где Δφ2- разность фаз, вносимая фазовращателем. Изменяя аттенюатором величину "K", получаем ДН с одним минимумом (фиг. 10) или с двумя минимумами ДН, образованными в тех направлениях θ1,2, в которых |E1| = |-KE2(θ1,2)| (фиг.11). Изменяя значение K, можно изменять угол между минимумами ДН. При K''>K' θ″ > θ′ где K'', K' - амплитудные коэффициенты передачи тракта антенной системы, а θ″, θ′ - углы между минимумами ДН. (фиг. 14).
В третьем варианте, когда схема заявленного устройства имеет один выход, суммарный сигнал имеет вид
где K - амплитудный коэффициент передачи тракта антенной системы для сигнала НАЭ 2. Сигналы будут в противофазе при Δφd+Δφ2 = π, где Δφ2- разность фаз, вносимая фазовращателем. Изменяя аттенюатором величину "K", получаем ДН с одним минимумом (фиг. 10) или с двумя минимумами ДН, образованными в тех направлениях θ1,2, в которых |E1| = |-KE2(θ1,2)| (фиг.11). Изменяя значение K, можно изменять угол между минимумами ДН. При K''>K' θ″ > θ′ где K'', K' - амплитудные коэффициенты передачи тракта антенной системы, а θ″, θ′ - углы между минимумами ДН. (фиг. 14).
Работа четвертого варианта схемы, аналогична работе третьего. Отличие состоит в том, что разность фаз между сигналами регулируется не с помощью фазовращателя, а за счет механического перемещения элементов антенной системы относительно друг друга.
В пятом варианте заявленного устройства, когда схема имеет один выход, суммарный сигнал на выходе антенной системы будет иметь вид:
где K1 и K2 - амплитудные коэффициенты передачи тракта антенной системы для сигналов от ННАЭ 1 и НАЭ 2 соответственно. Изменяя амплитудные коэффициенты передачи, можно управлять соотношением уровней сигналов на входе сумматора, т.е. формировать ДН, как показано на фиг. 10-14.
где K1 и K2 - амплитудные коэффициенты передачи тракта антенной системы для сигналов от ННАЭ 1 и НАЭ 2 соответственно. Изменяя амплитудные коэффициенты передачи, можно управлять соотношением уровней сигналов на входе сумматора, т.е. формировать ДН, как показано на фиг. 10-14.
Подбором соотношений коэффициентов передачи трактов ННАЭ 1 и НАЭ 2 можно не только создавать направление ослабленного приема в ДН ННАЭ 1, но и формировать направления нулевого приема в главном или боковых лепестках ДН НАЭ 2. Для этого необходимо обеспечить противофазность сигналов от НАЭ 2 и ННАЭ 1 на выходе суммирующего устройства и равенство амплитуд сигналов, приходящих с направления θ и принятых НАЭ 2 и ННАЭ 1, т.е. |K1E1| = |K2E2(θ)|.
Если обеспечить равенство амплитуд сигналов, принимаемых ННАЭ 1 и среднего уровня сигналов, принимаемых по боковым лепесткам НАЭ 2, то при их противофазном сложении обеспечивается уменьшение среднего уровня боковых лепестков.
Если обеспечить равенство амплитуд сигналов, принимаемых ННАЭ 1 и среднего уровня сигналов, принимаемых по боковым лепесткам НАЭ 2, то при их противофазном сложении обеспечивается уменьшение среднего уровня боковых лепестков.
Таким образом, использование предлагаемых вариантов антенной системы обеспечивает возможность подавления мешающего сигнала в различных условиях электромагнитной обстановки и, как следствие, расширение области применения заявленного объекта.
Claims (10)
1. Антенная система с управляемой диаграммой направленности, содержащая первый антенный элемент, выполненный ненаправленным и подключенный к входу второго фазовращателя, второй антенный элемент, согласованный по поляризации с первым антенным элементом, и первый фазовращатель, отличающаяся тем, что в нее введены первое и второе мостовые устройства, первый и второй входы первого мостового устройства подключены соответственно к выходу второго фазовращателя и к второму антенному элементу, который выполнен направленным, первый выход первого мостового устройства через первый фазовращатель подключен к первому входу второго мостового устройства, второй вход которого подключен к второму выходу первого мостового устройства, причем первый и второй выходы второго мостового устройства являются выходами антенной системы.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй фазовращатели выполнены регулируемыми.
3. Антенная система с управляемой диаграммой направленности, содержащая первый антенный элемент, выполненный ненаправленным, фазовращатель и второй антенный элемент, согласованный по поляризации с первым антенным элементом, отличающаяся тем, что в нее заведены первое и второе мостовые устройства, первый и второй входы первого мостового устройства подключены соответственно к первому антенному элементу и второму антенному элементу, который выполнен направленным, первый выход первого мостового устройства через фазовращатель подключен к первому входу второго мостового устройства, второй вход которого подключен к второму выходу первого мостового устройства, первый и второй выходы второго мостового устройства являются выходами антенной системы, причем антенные элементы установлены с возможностью изменения расстояния между ними.
4. Система по п.3, отличающаяся тем, что фазовращатель выполнен регулируемым.
5. Антенная система с регулируемой диаграммой направленности, содержащая первый антенный элемент, выполненный ненаправленным, фазовращатель, второй антенный элемент, согласованный по поляризации с первым антенным элементом, и сумматор, выход которого является выходом антенной системы, отличающаяся тем, что дополнительно введен аттенюатор, а второй антенный элемент выполнен направленным, первый антенный элемент подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через последовательно включенные аттенюатор и фазовращатель подключен к второму антенному элементу.
6. Система по п.5, отличающаяся тем, что фазовращатель и аттенюатор выполнены регулируемыми.
7. Антенная система с регулируемой диаграммой направленности, содержащая первый антенный элемент, выполненный ненаправленным, второй антенный элемент, согласованный по поляризации с первым антенным элементом, и сумматор, выход которого является выходом антенной системы, отличающаяся тем, что дополнительно введен аттенюатор, а второй антенный элемент выполнен направленным, первый антенный элемент подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через аттенюатор подключен к второму антенному элементу, причем антенные элементы установлены с возможностью изменения расстояния между ними.
8. Система по п.7, отличающаяся тем, что аттенюатор выполнен регулируемым.
9. Антенная система с управляемой диаграммой направленности, содержащая первый антенный элемент, выполненный ненаправленным, фазовращатель, второй антенный элемент, согласованный по поляризации с первым антенным элементом, и сумматор, выход которого является выходом антенной системы, отличающаяся тем, что дополнительно введены первый и второй аттенюаторы, первый и второй усилители, а второй антенный элемент выполнен направленным, первый антенный элемент через последовательно включенные первый аттенюатор и первый усилитель подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через последовательно включенные второй усилитель, второй аттенюатор и фазовращатель подключен к второму антенному элементу.
10. Система по п.9, отличающаяся тем, что первый и второй аттенюаторы, первый и второй усилители и фазовращатель выполнены регулируемыми.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97121529A RU2130674C1 (ru) | 1997-12-23 | 1997-12-23 | Антенная система с управляемой диаграммой направленности (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97121529A RU2130674C1 (ru) | 1997-12-23 | 1997-12-23 | Антенная система с управляемой диаграммой направленности (варианты) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2130674C1 true RU2130674C1 (ru) | 1999-05-20 |
Family
ID=20200439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97121529A RU2130674C1 (ru) | 1997-12-23 | 1997-12-23 | Антенная система с управляемой диаграммой направленности (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2130674C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535507C2 (ru) * | 2012-07-09 | 2014-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕЛЕКОНТА" | Способ увеличения пропускной способности радиолинии |
| RU2577198C2 (ru) * | 2013-10-15 | 2016-03-10 | Открытое акционерное общество "Военно-инженерная корпорация" (ОАО "ВИКор") | Малогабаритная сверхнаправленная антенна вч диапазона с кардиоидной диаграммой направленности |
| RU2576493C2 (ru) * | 2014-06-17 | 2016-03-10 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Способ синтеза формы отражающей поверхности антенной системы зеркального типа |
| EA032876B1 (ru) * | 2017-10-25 | 2019-07-31 | Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" | Антенная система с управляемой диаграммой направленности |
-
1997
- 1997-12-23 RU RU97121529A patent/RU2130674C1/ru active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535507C2 (ru) * | 2012-07-09 | 2014-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕЛЕКОНТА" | Способ увеличения пропускной способности радиолинии |
| RU2577198C2 (ru) * | 2013-10-15 | 2016-03-10 | Открытое акционерное общество "Военно-инженерная корпорация" (ОАО "ВИКор") | Малогабаритная сверхнаправленная антенна вч диапазона с кардиоидной диаграммой направленности |
| RU2576493C2 (ru) * | 2014-06-17 | 2016-03-10 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Способ синтеза формы отражающей поверхности антенной системы зеркального типа |
| EA032876B1 (ru) * | 2017-10-25 | 2019-07-31 | Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" | Антенная система с управляемой диаграммой направленности |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI634759B (zh) | 在相位天線陣列中用以產生具有較寬波束寬度之波束場型的方法和裝置 | |
| US6992622B1 (en) | Wireless communication method and antenna system for determining direction of arrival information to form a three-dimensional beam used by a transceiver | |
| KR101111467B1 (ko) | 제어가능한 전기적 틸트를 갖는 위상 어레이 안테나 시스템 | |
| US8644367B2 (en) | Antenna beam scan unit and wireless communication system using antenna beam scan unit | |
| US11700056B2 (en) | Phased array antenna for use with low earth orbit satellite constellations | |
| US10340604B2 (en) | Method of forming broad radiation patterns for small-cell base station antennas | |
| JPH01212035A (ja) | 電磁界ダイバ−シチ受信方式 | |
| US9899736B2 (en) | Low cost active antenna system | |
| US6894657B2 (en) | Bi-directional vector modulator | |
| EP1657831A1 (en) | Antenna and receiver apparatus using the same | |
| IL259786B2 (en) | Conformal antenna | |
| RU2130674C1 (ru) | Антенная система с управляемой диаграммой направленности (варианты) | |
| JP7005009B2 (ja) | アンテナ装置 | |
| US11575200B2 (en) | Conformal antenna | |
| US4607259A (en) | Adaptive antenna for reducing multipath fades | |
| US4638318A (en) | Small angular beamwidth antenna system | |
| US10790883B2 (en) | MIMO system and method utilizing interferometric pattern | |
| JPH0629719A (ja) | フェーズドアレーアンテナ | |
| JP2563291B2 (ja) | アダプティブアンテナ装置 | |
| JP2008125000A (ja) | アクティブフェーズドアレイアンテナ装置 | |
| JPH06125216A (ja) | アレーアンテナ | |
| JP2604093B2 (ja) | アレイアンテナ指向性適応送受信装置 | |
| JP3331350B2 (ja) | 和パターンと差パターンを有するフェーズドアレーアンテナシステムとその電力合成方法 | |
| JP2540979B2 (ja) | パラボラアンテナシステム | |
| Alfred et al. | A schematic for broadband beam formation using time-delay technique |