SU1758735A1

SU1758735A1 - Устройство управлени положением луча фазированной антенной решетки

Info

Publication number: SU1758735A1
Application number: SU904849563A
Authority: SU
Inventors: Валентин Николаевич Морозов; Александр Александрович Костылев; Михаил Александрович Финогенов
Original assignee: Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Использование1 в антенной технике дл повышени точности фазировани . Сущность изобретени : устройство содержит N каналов 1, смесители 2. излучатели 3, блок управлени 4, кварцевый генератор 5, сумматор мощности 6, управл емый усилитель посто нного тока 7, первый 8 и второй 12 формирователи пр моугольных импульсов, формирователь линейно-нарастающего напр жени 9, делитель напр жени 10, выполненный в виде последовательной цепочки резисторов, компаратор 11, преобразователь импульсов в синусоидальное напр жение 13. 4 ил.

Description

JL JL Ј

(Л

С

Х|

,

00 VI СО СП

Изобретение относитс к антенной технике , в частности к активным фазированным антенным решеткам (ФАР).

Управление положением луча ФАР осуществл етс формированием прогрессивного фазового сдвига сигналов от излучател к излучателю.

Известны способы и устройства управлени положением луча ФАР с использованием фазовращателей СВЧ, количество которых не менее числа излучателей.

Недостатки таких устройств: сложность изготовлени , ограниченный сектор сканировани , низка точность фазировани и, следовательно, установки луча в требуемом направлении, что приводит к необходимости расшир ть основной лепесток (луч) диаграммы направленности.

В р де устройств управлени положением луча ФАР число фазовращателей сокращаетс в несколько раз, что дл многоэлёментных ФАР вл етс важным, но не устран ет отмеченные выше недостатки .

Известны также устройства управлени положением луча ФАР с использованием метода гетеродировани , при котором формирование прогрессивного фазового сдвига осуществл етс на пониженной (промежуточной) частоте.

Достоинства таких устройств: исключение фазовращателей СВЧ,

Недостатки: ограниченный сектор сканировани , низка точность фазировани из-за большего числа фазосдвигающих элементов , работа только на прием.

Близким и базовым техническим решением дл предлагаемого изобретени вл етс устройство управлени положением луча ФАР, содержащее блок управлени , сумматор мощности, первый и второй кварцевые генераторы, N каналов, каждый из которых (кроме первого) состоит из последовательно соединенных излучател , первого , второго и третьего смесителей, управл емый фазовращатель, четвертый и п тый смесители.

Первые входы 4-го и 5-го смесителей соединены с выходом 2-го кварцевого генератора . Выход 1-го кварцевого генератора соединен с гетеродинным входом 1-го смесител 1 -го канала, входом фазовращател и вторым входом 4-го смесител , а выход фазовращател соединен с гетеродинным входом 1-го смесител 2-го канала, сигнальным входом смесител 3-го канала и 2-м входом 5-го смесител , выход которого соединен с гетеродинными входами 3-х смесителей всех каналов, начина с третьего. Выход 4-го смесител соединен с сигнальными входами вторых смесителей всех каналов .

Достоинства базового устройства: сканирование луча в обе стороны от нормали к

апертуре ФАР, исключение СВЧ фазовращателей и снижение числа низкочастотных фазосдвигающих элементов до одного, работа и на прием, и на передачу.

Недостатки базового устройства: большое число смесителей Nc (2(Nn-2)+2), где Nn - число излучателей, низка точность фазировани , обусловленна большим числом полосовых фильтров (нагрузок смесителей) с резонансными частотами fi, fs, fi-fa, fi +

+f2, 2fi-f2HT.fl.

При малейшем уходе частоты настройки любого из фильтров от требуемого значени по вл етс дополнительный фазовый сдвиг сигнала на выходе соответствующего смесител , что объ сн етс следующим образом . Амплитудно-частотна характеристика (АЧХ) фильтра имеет колоколообразную форму, а фазочастотна характеристика (ФЧХ) представл етс в виде зависимости

р -arctg Ј, где Ј - обобщенна расстройка фильтра. Дл простейшего фильтра она равна: Ј 20Д f/fp, где Q - добротность; f - абсолютна расстройка: fp - резонансна частота фильтра.

Получаемые дополнительные изменени фазы и амплитуды возрастают с ростом крутизны ФЧХ и уменьшением полосы пропускани при той же расстройке фильтра. В целом суммарна погрешность установки

фазы на выходе 1-го смесител в канале равна:

5у п- 5рп-1 40

i 1

(д(рп -dpn-t.i) + д(Ръс,

где п - номер канала;

I - номер смесител ; 4с, 5с - 4-й и 5-й смесители устройства.

Таким образом, общим дл всех известных устройств управлени положением луча ФАР недостатком вл етс низка точность фазировани .

Цель изобретени - повышение точности фазировани .

Положительный эффект за вл емого устройства состоит в повышении точности фазировани и, следовательно, точности установки луча ФАР в требуемое направление , что особенно важно дл ФАР с узким (в несколько градусов) главным лепестком диаграммы направленности.

Дополнительный положительный эффект заключаетс в существенном упрощении устройства в целом.

Устройство содержит блок управлени , кварцевый генератор, N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных излучател ФАР и смесител .

Дл достижени цели в него введены: последовательно соединенные формирователь линейно-нарастающего напр жени (ФЛНН) и первый формирователь пр моугольных импульсов (ФПИ), вход которого подключен к выходу кварцевого генератора (КГ); последовательно соединенные управл емый усилитель посто нного тока (УПТ) п делитель напр жени (ДН), второй вход которого подключен ко второму выходу управл емого УПТ. управл ющий вход которого подключен к выходу блока управлени . В каждый канал введены последовательно соединенные компаратор, второй ФПИ преобразователь импульсов в синусоидальное напр жение (ПИСН), выход которого соединен с гетеродинным входом смесител . Выходы делител напр жени соединены с первым входом соответствующего компаратора , второй вход которого подключен к выходу ФЛНН. Третий вход компаратора вл етс пороговым. При этом делитель напр жени выполнен в виде последовательной цепочки резисторов.

На фиг. 1 представлена структурна схема устройства управлени положением луча ФАР (дл описани и БИ); на фиг. 2 - вариант конкретного выполнени делител напр жени ; на фиг. 3 - изменени амплитудно-фазового распределени ; на фиг. 4 - эпюры сигналов на выходах основных элементов устройства.

Устройство содержит блок 4 управлени , кварцевый генератор 5, N каналов 1, каждый из которых состоит из последовательно соединенных излучател 3 ФАР, смесител 2, компаратора 11. второго формировател 12 пр моугольных импульсов, преобразовател 13 импульсов в синусоидальное напр жение, сумматор 6 мощности , последовательно соединенные формирователь 9 линейно-нарастающего напр жени и первый формирователь 8 пр моугольных импульсов, последовательно соединенные управл емый усилитель 7 посто нного тока и делитель 10 напр жени , а также соответствующие св зи между элементами устройства.

Устройство управлени положением луча ФАР работает следующим образом.

В режиме приема принимаетс излучател ми 3, причем фазовые сдвиги между токами в каждой пэре соседних излучателей 3 определ ютс направлением прихода сигнала. От излучател 3 парциальные сигналы в каждом канале 1 поступают на смеситель 2. в котором частота сигнала (ко- 5 лебанчй) понижаетс до промежуточной fnp, а затем мощности парциальных сигналов суммируютс в сумматоре б мощности с учетом фазовых сдвигов. На гетеродинные входы всех смесителей 2 поступают синусо- 10 идальные напр жени с одинаковой частотой и с прогрессивно нарастающей фазой от излучател к излучателю (разность фаз между соседними излучател ми равна Ду , 30 на фиг. 4).

15 Величина устанавливаетс в зависимости от направлени приема сигнала по команде с блока 4 управлени .

Рассмотрим процесс формировани требуемых фазовых сдвигов.

0Тактовые высокостабильные колебани

25 с периодом То подаютс с кварцевого генератора 5 на вход первого ФПИ 8, где преобразуютс в импульсы длительностью То. Полученные импульсы в ФЛНН 9 пре5 образуютс в линейно-нарастающее напр жение 28, подаваемое на вторые входы компараторов 11 всех каналов.

В отсутствие управл ющего сигнала на выходе блока 4 управлени напр жение на

0 входах делител 10 напр жени (в силу симметричности выходов управл емого УПТ 7) равно нулю. Ток в делителе 10 напр жени в этом случае отсутствует, и парциальные напр жени на выходах делител 10 напр 5 жени равны нулю. На все компараторы 11 действуют одинаковые напр жени : сумма линейно-нарастающего 28 и порогового 27. Момент переброса компаратора 11 из состо ни О в состо ние 1 в каждый пери0 од тактовых колебаний во всех каналах имеет одинаковый сдвиг от начала периода: Г0 То/2. На выходах всех вторых формирователей 12 пр моугольных импульсов формируютс последовательности импуль5 сов 29 с одинаковым сдвигом г0 по отношению к тактовым колебани м 25 кварцевого генератора 5. Таким образом, синусоидальные колебани 30 с выходов ПИСН 13 поступают на гетеродинные входы

0 смесителей 2 с одинаковыми фазами.

При подаче управл ющего сигнала с выхода блока 4 управлени на вход управл емого УПТ 7 в делителе 10 напр жени 5 по вл етс ток, направление которого зависит от знака управл ющего сигнала. Этот ток в каждом элементе делит л 10 напр жени создает одинаковые парциальные напр жени AUynp26, которые поступают

на первые входы компараторов 11, симметрично относительно центрального канала, на первом входе компаратора 11 которого потенциал не мен етс .

Допустим, что ток в делителе 10 напр жени протекает слева направо. Тогда парциальные напр жени на выходах делител

10относительно центрального будут равны: 2 AUynp, Л Uynp, 0, - Д Uynp, -2Д Uynp.

Отличи в полученных парциальных напр жени х , суммирующихс с пороговым 27и с линейно-Нарастающим 28 напр жени ми , привод т к изменени м задержки моментов переброса канальных компараторов

11из одного состо ни в другое. Эти задержки дл приведенного примера соответственно равны: 2 г. т , 0, т ,-2 т .В результате синусоидальные напр жени 30 на выходах ПИСН 13 в каналах 1 будут иметь фазовые сдвиги, соответственно: 2 а); Д/9 Т Ш;0;- Ду -т ш ;-2Д -2гсо;

При изменении величины тока в делителе 10 напр жени измен ютс пропорционально и величины фазовых сдвигов.

Управление значени ми AUynp и, следовательно , задержками и фазовыми сдвигами Д0 возможно аналоговым и цифровым способами.

Работа устройства в режиме передачи осуществл етс аналогично рассмотренной . Отличие состоит в том, что сумматор 6 мощности в этом случае превращаетс в делитель мощности, а смеситель 2 не понижает , а увеличивает (fnp + fret) частоту.

Все элементы устройства вл ютс стандартными.

Существенным элементом в предлагаемом устройстве дл достижени поставленной цели вл етс делитель 10 напр жени , создающий парциальные управл ющие напр жени Uynp, пропорциональные величине приращени Д Uynp. с коэффициентом пропорциональности, равном номеру канала .

Делитель 10 напр жени , вариант конкретного выполнени которого представлен на фиг. 2, содержит последовательно соединенные основные резисторы 14, каждый из которых запараллелен корректирующим резистором 15, конденсаторы 16 защиты делител 10 напр жени от высокочастотных помех.

Делитель 10 напр жени работает следующим образом. При отсутствии на входе управл емого УПТ 7 управл ющего сигнала напр жени на симметричных выходах (на фильтрах 17} УПТ 7 равны по величине и противоположны по знаку. Выходное напр жение УПТ 7 в целом равно нулю. Ток в делителе 10 отсутствует. Напр жени на выходах делител 10 равны нулю. При по влении управл ющего сигнала на входе УПТ 7

напр жени на его фильтрах 17 будут отличатьс на величину, пропорциональную величине управл ющего сигнала. Суммарное напр жение на выходе УПТ 7 будет равно этой величине, Знак полученного напр же0 ни и, следовательно, направление тока в делителе 10 напр жени завис т от того, на каком из фильтров 17 напр жение имеет большую величину. Ток в делителе 10 напр жени создает в резисторах 14 и 15 парци5 альные напр жени .

Все выходы, в том числе и центральный выход О, делител 10 изолированы от корпуса . Напр жени с резисторов делител 10 подаютс на первые входы компаратора

0 11 в каналах относительно центрального выхода делител 10. Центральный выход его подключен к первому входу компаратора 11 центрального канала 1.

Таким образом, на первые входы компа5 раторов 11 относительно центрального канала 1 подаютс парциальные напр жени + п Д Uynp, где п - номер канала относительно центрального с учетом знака.

Резисторы 15 включены в делитель 10

0 напр жени с целью коррекции (выравнивани ) значений сопротивлений основных резисторов 14. Конденсаторы 16 предназначены дл защиты делител 10 напр жени от высокочастотных помех, нали5 чие которых может привести к ошибкам фазировани .

Claims

Формула изобретени Устройство управлени положением луча фазировани антенной решетки (ФАР),

0 содержащее блок управлени , кварцевый генератор, N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных излучател ФАР и смес ител , выход которого соединен с соответствующим входом сум5 матора мощности, выход которого вл етс выходом ФАР, отличающеес тем, что, с целью повышени точности фазировани , введены последовательно соединенные формирователь линейно нарастающего

0 напр жени и первый формирователь пр моугольных импульсов, вход которого подключен к выходу кварцевого генератора, последовательно соединенные управл емый усилитель посто нного тока и делитель

5 напр жени , второй вход которого подключен к второму выходу управл емого усилител посто нного тока, управл ющий вход которого подключен к оыходу блока управлени , а в каждый канал введены последовательно соединенные компаратор, второй

формирователь пр моугольных импульсов и преобразователь импульсов в синусоидальное напр жение, выход которого соединен с гетеродинным входом смесител , причем выходы делител напр жени соединены с первым входом соответствующего компараФм . Ј.

тора, второй вход которого подключен к выходу формировател линейно нарастающего напр жени , а третий вход компаратора вл етс пороговым, при этом делитель напр жени выполнен в виде последовательной цепочки резисторов.

Ж $ЫХ.

VpCSj

f() % w

i-.- -. - - - Ч- IIHI

& 4V

3.s.

VpM

f() % w

F

С2С: