RU2662051C1 - Устройство формирования мощных широкополосных радиоимпульсов на волноводно-щелевых мостах - Google Patents
Устройство формирования мощных широкополосных радиоимпульсов на волноводно-щелевых мостах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662051C1 RU2662051C1 RU2016126450A RU2016126450A RU2662051C1 RU 2662051 C1 RU2662051 C1 RU 2662051C1 RU 2016126450 A RU2016126450 A RU 2016126450A RU 2016126450 A RU2016126450 A RU 2016126450A RU 2662051 C1 RU2662051 C1 RU 2662051C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- signals
- adder
- bridges
- different frequencies
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title abstract description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/29—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в радиотехнических системах различного назначения, например в радиолокации для повышения разрешающей способности РЛС. Техническим результатом является получение мощных импульсных широкополосных излучений СВЧ диапазона с меньшими потерями и массогабаритными характеристиками. Технический результат достигается тем, что в устройство формирования мощных широкополосных радиоимпульсов на основе волноводно-щелевых мостов, содержащее сетку синхронизированных по фазе сигналов разных частот, линии задержки и фазируемую антенную решетку, введен многоканальный волноводно-щелевой сумматор сигналов разных частот, состоящий из входных фазовращателей, трехдецибельных волноводно-щелевых мостов и волноводных вставок, обеспечивающий сложение всех N входных разночастотных сигналов в каждом выходном канале с синхронизированными фазами, при этом максимальная мощность излучения во всех выходных каналах за счет перераспределения энергии во времени без учета потерь равна N2P0. 2 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в радиотехнических системах различного назначения и, в частности, в радиолокации для повышения разрешающей способности РЛС по дальности и распознаванию объектов.
Уровень техники
Среди известных устройств мощного импульсного СВЧ излучения особое место занимают генераторы на основе пучков релятивистских электронов (релятивистские клистроны и магнетроны, ЛОВ, генераторы на эффекте Черенкова). В настоящее время на их основе возможно создание генераторов с рекордной мощностью более 109 Вт и с длительностью импульсов от единиц до десятков наносекунд. Однако эти генераторы имеют низкий КПД (10-20%), что негативно сказывается на их тактико-технических характеристиках. К тому же низкий КПД влечет за собой использование более мощного источника первичного питания.
Одним из возможных направлений получения мощных коротких импульсов с длительностью 1…10 не является способ временной компрессии СВЧ импульсов (см. Ю.Г. Юшков и др. Наносекундный радиолокатор с временной компрессией СВЧ импульсов передатчика - журнал «Электромагнитные волны электронные системы», №6, т. 2, стр. 71…76, 1997 г.), суть которого состоит в накоплении энергии электромагнитного поля в резонаторе, возбуждаемом от генератора, работающего в режиме относительно длинных импульсов, и быстром выводе из него запасенной энергии за время, намного меньшее, чем время накопления. В этом случае происходит увеличение пиковой мощности выходных импульсов по сравнению с мощностью возбуждающего генератора. Коэффициент усиления может достигать 102-103. Однако устройства с временной компрессией имеют значительные потери энергии и требуют наличия сложных коммутирующих устройств, и поэтому на практике они не нашли широкого применения.
Из известных мощных широкополосных устройств СВЧ диапазона близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, описанное в работе (см. Н.В. Воробьев, В.А. Грязнов и др. Принцип пространственно-временного преобразования многочастотного сигнала для формирования мощных сверширокополосных радиоимпульсов - Радиотехника, 1998 г., №2), и устройство, представленное в патенте на изобретение (см. Н.В. Воробьев, В.А. Грязнов и др. «Устройство формирования мощных широкополосных импульсных сигналов на антенной решетке отражательного типа», патент №2285317, Заявка: 2004106579/09 от 09.03.2004).
Основой построения этих устройств является многочастотная антенная решетка с пространственно-временным преобразованием многочастотного сигнала. Наиболее близким прототипом изобретения по технической сущности является устройство (см. Н.В. Воробьев, В.А. Грязнов и др. Принцип пространственно-временного преобразования многочастотного сигнала для формирования мощных сверширокополосных радиоимпульсов - Радиотехника, 1998 г., №2), структурная схема которого приведена на фиг. 1. Устройство состоит из системы формирования сетки синхронизированных по фазе частот (1), сумматора сигналов разных частот (2), линий задержки (3), управляемых фазовращателей (4) и фазируемой антенной решетки (ФАР) (5). Основой построения сумматора являются многочастотная передающая антенная решетка (6) и приемная антенная решетка (7), разнесенные между собой на расстояние R. Частоты сигналов по элементам многочастотной решетки располагаются в порядке возрастания или убывания, а величина дискрета частоты Δƒ между соседними элементами решетки является постоянной величиной. Наличие на элементах решетки переменной фазы с постоянным приращением Δϕn~n⋅2πΔƒ⋅t приведет к сканированию диаграммы направленности в пространстве. Этот эффект хорошо известен и используется при создании обзорных РЛС.
Сканирующая диаграмма направленности многочастотной антенной решетки последовательно облучает входные элементы приемной антенны, формируя в каждом элементе импульс длительностью примерно равной времени прохождения луча апертуры приемного элемента. Линии задержки компенсируют образовавшееся запаздывание сигнала τ3 между элементами приемной антенны и обеспечивают одновременный приход сигналов к выходным элементам ФАР (5). Это позволяет увеличивать импульсную мощность за счет накопления энергии в линиях задержки за время, равное периоду сканирования многочастотной антенной решетки. При таком построении реализуется распределенный вывод энергии, что значительно снижает вероятность возникновения разрядов в антенно-фидерном тракте. Максимальная полная мощность излучения во всех выходных элементах ФАР без учета потерь, излучаемая М элементами ФАР при M=N, оказывается равной Р=N2P0, где N - число элементов многочастотной антенной решетки, Р0 - мощность одного частотного канала (1).
В таких устройствах требуемая ширина полосы частот ~(N-1)Δƒ при высокой импульсной мощности достигается за счет применения разнесенных по частоте сигналов на Δƒ, а изменением числа каналов и частоты разноса между ними можно формировать сигналы с заданными параметрами (длительность импульсов, частота повторения импульсов, ширина полосы частот).
Существенным фактором, ограничивающим возможности широкого применения данного изобретения, является крупногабаритная конструкция сумматора сигналов разных частот со сложной электродинамической структурой и значительные потери мощности в сумматоре.
Будем считать, что антенные решетки сумматора помещены в плоский металлический экран, размером соответствующий излучающему раскрыву передающей и раскрыву приемной антенных решеток.
Для оценки габаритных размеров сумматора воспользуемся соотношением R=Lпрд⋅LF/λ0, где LF - линейный размер фокальной области сфокусированного сканирующего СВЧ луча, λ0 - средняя длина волны.
Из соотношения следует, что минимальное расстояние между антенными решетками не может быть меньше линейного размера передающей антенной решетки, т.е. Rmin=Lпрд, а реально оно должно быть значительно больше. Оценки показывают, что при N=10, λ0=8 см размер сумматора составит несколько метров. Уменьшения размера будет приводить к увеличению потерь и уменьшению импульсной мощности. Потери мощности в рассматриваемом прототипе обусловлены наличием боковых лепестков диаграммы направленности многочастотной антенной решетки и отражений от стенок сумматора. Они приводят к заметному шумоподобному фону между импульсами и к снижению пиковой мощности. С учетом потерь пиковая мощность может стать заметно меньше N2P0.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является снижение потерь и уменьшение массогабаритных характеристик устройства формирования мощных широкополосных радиоимпульсов.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из системы формирования сетки синхронизированных по фазе сигналов разных частот (1), сумматора сигналов (2), линий задержки (3), управляемых фазовращателей (4) и фазируемой антенной решетке (5), сумматор разночастотных сигналов (2), построенный на основе многочастотной антенной решетки и приемной антенны, заменяется многоканальным волноводно-щелевым сумматором.
Использование многоканального волноводно-щелевого сумматора выгодно отличает его от указанного прототипа, особенно при относительно небольшом числе частотных каналов, так как такая конструкция сумматора в основном состоит из волноводов и нескольких однотипных трехдецибельных волноводно-щелевых мостов, объединенных в единый конструктив. Такая конструкция сумматора становится значительно более компактной, имеет небольшой внутренний объем, проще и дешевле в изготовлении. В такой конструкции максимальная напряженность электрического поля приходится на выходные трехдецибельные мосты, а задача поддержания требуемой электрической прочности решается путем заполнения элегазом только выходных трехдецибельных мостов под определенным давлением. В многоканальном волноводно-щелевом сумматоре распределение сигналов разных частот по каналам достигается с помощью последовательного деления мощности на волноводно-щелевых мостах. Если фазовое распределение на каждой частоте таково, что направления всех лучей совпадают, то поле излучения также имеет вид луча, угловая ширина которого совпадает с угловой шириной луча одной частоты, а во временном представлении излучение имеет вид коротких импульсов - биений. Максимальная мощность излучения во всех выходных каналах за счет перераспределения энергии во времени оказывается без учета потерь равной N2P0. Длительность формируемых импульсов составит τ≈1/(N-1)Δƒ, а при скважности равной N, время накопления tн~1/Δƒ, то длина линий задержки оказывается порядка с/Δƒ.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - Структурная схема устройства, реализующего принцип пространственно-временного преобразования многочастотного сигнала на фазированных антенных решетках проходного типа.
Фиг. 2 - Структурная схема предложенного устройства формирования мощных широкополосных радиоимпульсов на волноводно-щелевых мостах.
Осуществление изобретения
На фиг. 2 изображена схема предлагаемого устройства, состоящего из системы формирования сетки синхронизированных по фазе сигналов разных частот (1), многоканального волноводно-щелевого сумматора (2), линий задержки (3), управляемых фазовращателей (4) и фазируемой антенной решетки (5), четырех трехдецибельных мостов (8).
Предлагаемое устройство на примере четырехканального сумматора работает следующим образом. Синхронизированные по фазе сигналы разных частот подаются на N входных каналов сумматора, имеющего N выходных каналов, причем в каждом выходном канале сигнал является суммой всех входных сигналов с синхронизированными фазами. Фазовая синхронизация сигналов на выходе сумматора достигается с помощью фазовращателей и отрезков волноводов. С выхода сумматора (2) сигналы подаются на линии задержки (3), далее на излучатели ФАР. Устройство включает в себя четырехканальный сумматор, который состоит из входных фазовращателей, четырех трехдецибельных мостов (8), волноводных вставок длиной 11 и 12. Сигнал с выходного плеча первого моста должен попасть на входное плечо четвертого моста. Такая перекрестная схема подачи сигналов может быть реализована или с помощью моста с полной связью, или с помощью волноводной разводки. Сигнал частоты поступает на первое плечо первого моста, затем через волноводные секции и вставку подается на плечи третьего и четвертого трехдецибельных мостов и через волноводные линии задержки поступает на вход ФАР. Представленное устройство аналогично диаграммообразующей матрице Батлера, используемой для формирования многолучевых (одночастотных) антенн (Сканирующие антенные системы СВЧ / Под ред. Р.С. Хансена, т. 3. - М.: Сов. радио, 1971 г.). Аналогичным образом можно построить восьмиканальный сумматор, который будет состоять из двух четырехканальных сумматоров и четырех трехдецибельных мостов.
Claims (1)
- Устройство формирования мощных широкополосных радиоимпульсов на основе волноводно-щелевых мостов, содержащее сетку синхронизированных по фазе сигналов разных частот, линии задержки и фазируемую антенную решетку, отличающееся тем, что в него введен многоканальный волноводно-щелевой сумматор сигналов разных частот, состоящий из входных фазовращателей, трехдецибельных волноводно-щелевых мостов и волноводных вставок, обеспечивающий сложение всех N входных разночастотных сигналов в каждом выходном канале с синхронизированными фазами, при этом максимальная мощность излучения во всех выходных каналах за счет перераспределения энергии во времени без учета потерь равна N2P0.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126450A RU2662051C1 (ru) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | Устройство формирования мощных широкополосных радиоимпульсов на волноводно-щелевых мостах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126450A RU2662051C1 (ru) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | Устройство формирования мощных широкополосных радиоимпульсов на волноводно-щелевых мостах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2662051C1 true RU2662051C1 (ru) | 2018-07-23 |
Family
ID=62981451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016126450A RU2662051C1 (ru) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | Устройство формирования мощных широкополосных радиоимпульсов на волноводно-щелевых мостах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2662051C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767454C1 (ru) * | 2020-09-17 | 2022-03-17 | Акционерное общество "Московский радиотехнический институт Российской академии наук" (АО "МРТИ РАН") | Устройство формирования мощных широкополосных сигналов на амплитудных модуляторах |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6411255B2 (en) * | 2000-03-10 | 2002-06-25 | Agence Spatiale Europeenne | Reflector antenna comprising a plurality of panels |
RU2285317C2 (ru) * | 2004-03-09 | 2006-10-10 | 2 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации (2ЦНИИ МО РФ) | Устройство формирования мощных широкополосных импульсных сигналов на антенной решетке отражательного типа |
-
2016
- 2016-07-01 RU RU2016126450A patent/RU2662051C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6411255B2 (en) * | 2000-03-10 | 2002-06-25 | Agence Spatiale Europeenne | Reflector antenna comprising a plurality of panels |
RU2285317C2 (ru) * | 2004-03-09 | 2006-10-10 | 2 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации (2ЦНИИ МО РФ) | Устройство формирования мощных широкополосных импульсных сигналов на антенной решетке отражательного типа |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Н.В.ВОРОБЬЕВ и др."Метод пространственно-временного преобразования для формирования мощных широкополосных и сверхширокополосных импульсов". 4 Всероссийская конференция "Радиолокация и радиосвязь"-ИРЭ РАН, 29 ноября-3 декабря 2010, с. 535-530. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767454C1 (ru) * | 2020-09-17 | 2022-03-17 | Акционерное общество "Московский радиотехнический институт Российской академии наук" (АО "МРТИ РАН") | Устройство формирования мощных широкополосных сигналов на амплитудных модуляторах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mesyats et al. | High-power picosecond electronics | |
Rocca et al. | Synthesis of compromise sum-difference arrays through time-modulation | |
Zaman et al. | Slot antenna in ridge gap waveguide technology | |
AU2019203736B2 (en) | Radiation source for microwave pulses and radiation device | |
Zhu et al. | Unified time-and frequency-domain study on time-modulated arrays | |
WO2016061825A1 (zh) | 天线系统和处理方法 | |
Efremov et al. | A high-power synthesized ultrawideband radiation source | |
Rocca et al. | Synthesis of sub-arrayed time modulated linear arrays through a multi-stage approach | |
RU2662051C1 (ru) | Устройство формирования мощных широкополосных радиоимпульсов на волноводно-щелевых мостах | |
Sayapin et al. | $ S $-Band Relativistic Magnetron Operation With Multichannel Radial Outputs of the Microwave Power | |
US3238531A (en) | Electronically steerable narrow beam antenna system utilizing dipolar resonant plasma columns | |
Jerby et al. | Cyclotron-resonance-maser arrays | |
Lemke et al. | Theoretical and experimental investigation of axial power extraction from a magnetically insulated transmission line oscillator | |
Kedar | Wide Bandwidth and Wide Scanning Phased Array Antennas | |
RU2553092C2 (ru) | Моноимпульсная система | |
Djerafi et al. | Substrate integrated waveguide feeding network for for angular-limited scan arrays with overlapped subarrays | |
Yang | Study of low sidelobe time modulated linear antenna arrays at millimeter-waves | |
RU2634752C2 (ru) | Сканирующая многочастотная антенная решетка для формирования в пространстве последовательности сверхширокополосных импульсных сигналов с управляемой частотой повторения импульсов | |
Kanbaz et al. | Range-angle dependent radiation by using non-uniform period time modulated arrays | |
Bekers et al. | Design of a Ka-band sparse array antenna for spaceborne SAR applications | |
Ahsan et al. | Non-inclined slotted waveguide array with various shapes of Irises | |
Cumurcu et al. | Design of displaced and circular polarized waveguide slot array antenna with dielectric for K-band radar application | |
RU2286585C2 (ru) | Способ радиолокации и устройство для его реализации | |
RU2659699C1 (ru) | Компактная широкополосная двухполяризационная антенная решетка (варианты) | |
Abubakirov et al. | Project of relativistic mm-wave amplifier with multi-pass interaction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200702 |