Мультипликативная антенна
MULTIPLICATIVE ANTENNA

Предлагаемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в многофункциональных РЛС с обработкой сигнала в антенне (в том числе и на основе ФАР), в радионавигации, радиоастрономии, гидроакустике и гидролокации для повышения быстродействия и разрешающей способности по скорости.
Известны мультипликативные антенны (Шоу Е., Девис Д.Е.Н. Теоретические и экспериментальные исследования разрешающей способности мультипликативных и аддитивных антенных решеток - "Зарубежная радиоэлектроника", 1965, №11; Реутов А.П. и др. Радиолокационные станции бокового обзора, М., "Сов. радио", 1970, стр.65-71; Rollema D.W. The shelde radar chain. Philips Telecommunication Review, vol.33, no 4, Dec. 1975; патент Японии №51-30745, опубл. 02.09.1976, Способ регулировки диаграммы направленности), в которых антенный раскрыв, разделенный на две части, позволяет получить два суммарных выхода от этих частей, сигналы от которых перемножаются, затем на аналоговом перемножителе сигналов. Выход перемножителя поступает на интегратор (фильтр низких частот), подавляющий высокочастотные гармоники, выход интегратора служит выходом антенны.
Устройствам, описанным в указанных источниках, присущ ряд недостатков, ограничивающих возможности их практического использования.
В частности, детектирование принимаемых сигналов разрушает информацию о фазе и частоте принимаемых сигналов вследствие чего исключается возможность использования анализаторов допплеровских частот для повышения разрешающей способности путем селекции целей по скорости. Необходимость длительного накопления принимаемых сигналов для повышения разрешающей способности способом усреднения компонент вида произведения сигналов от двух разрешаемых целей на выходе перемножителя мультипликативной антенны ограничивает скорость передачи информации (быстродействие) антенн с мультипликативной обработкой сигнала.
В качестве прототипа рассмотрена схема, описанная в статье Шоу Е. и Девис Д.Е.Н. Теоретические и экспериментальные исследования разрешающей способности мультипликативных и аддитивных антенных решеток, "Зарубежная радиоэлектроника", 1965, №11. Эта схема, аналогичная по построению перечисленным выше аналогам, содержит антенный раскрыв, разделенный на две части, перемножитель, подключенный к выходам антенного раскрыва, и интегратор, вход которого подключен к перемножителю, а выход которого является амплитудным выходом устройства.
Этому устройству также свойственны недостатки, присущие аналогам.
Целью предложения является устранение необходимости длительного накопления принимаемых сигналов (повышение быстродействия), повышение разрешающей способности путем извлечения дополнительной информации о факте наличия совокупности целей, и создание возможности для селекции целей по скорости.
Для достижения поставленной цели в мультипликативную антенну, содержащую разделенный на две части антенный раскрыв и перемножитель сигналов от аддитивных выходов антенного раскрыва, введены фильтр для выделения спектра допплеровских частот и схема сравнения амплитуд сигналов до фильтра и после него. Сигнал на выходе схемы сравнения свидетельствует о наличии второй цели в объеме разрешения.
Сущность изобретения поясняется прилагаемым чертежом и подробным описанием.
На фиг. 1 представлена блок-схема заявляемого устройства.
Заявляемая мультипликативная антенна состоит из 2 (двух) частей антенного раскрыва: 1 и 2, суммарные выходы которых подключены к перемножителю 3; выход перемножителя 3 подключен ко входам введенных в устройство фильтра допплеровских частот 4 и схемы-сравнения амплитуд 5, другой вход которой соединен с выходом фильтра 4. Сигнал на выходе 7 (индикаторном выходе) появляется только при наличии сигналов на обоих входах схемы сравнения амплитуд 5.
Выход 6 является контрольным амплитудным выходом антенны.
A
B
Пусть сигналы на аддитивных выходах частей антенного раскрыва 1 и 2 описываются функциями A·cos(ωt) и A·cos(ωt-φ) для цели a и B·cos[(ω-Ω)t] и B·cos[(ω-Ω)t-φ] для цели b,
где Ω - допплеровская частота (взаимное перемещение целей),
A, B - амплитуды сигналов,
A
B
φ, φ - относительные сдвиги фаз сигналов на аддитивных выходах частей антенного раскрыва.
На выходе перемножителя сигналов 3, в соответствии с известным равенством
получаем следующие компоненты:
из которых слагаемые с частотами, близкими 2·ω, подавляются непосредственно в перемножителе 3. Следовательно, на выходе перемножителя 3 мультипликативной антенны присутствуют компоненты:
Подчеркнутое в (1) слагаемое в устройстве прототипа, содержащем интегратор, подавляется, так как среднее значение этого слагаемого равно нулю. Очевидно, что для эффективного его подавления необходимо значительное время накопления принимаемого сигнала. Это обстоятельство ограничивает быстродействие антенны.
Установка в предлагаемом устройстве фильтра допплеровских частот 4 (при исключенном интеграторе) позволяет выделить компоненты с частотами Ω из числа записанных в (1), а шунтирующее свойство фильтра 4 обеспечивает немедленное (без накопления) исключение нежелательных слагаемых из (1). Появление сигнала на выходе фильтра 4 уже свидетельствует о наличии двух целей, однако, при наблюдении низколетящих целей (разрешение цели и поверхности) спектр отраженных от подстилающей поверхности сигналов может простираться до частот выше Ω, что создаст ложные выбросы на выходе фильтра 4.
2
2
Для уменьшения числа ложных выбросов установлена схема сравнения амплитуд 5, функционирующая по принципу логического элемента "И", на выходе которой появляется сигнал только при наличии компонент с амплитудой A+B на одном из ее входов и с амплитудой 2·A·B на другом. При анализе работы прототипа показано, что мультипликативная антенна функционирует удовлетворительно при 1,1>A/B>0,9. Очевидно, что в таком амплитудном интервале схема сравнения амплитуд 5 должна сравнивать приблизительно одинаковые по амплитуде напряжения, что легко реализуется на практике.
Таким образом, разрешение целей в мультипликативной антенне должно проводиться не путем проверки наличия провала между откликами от разрешаемых целей, как в прототипе, а путем немедленного получения сведений (информации) на дополнительном выходе 7 о наличии двух целей.
Новое схемное решение позволит дополнительно проводить анализ допплеровских частот и, таким образом, производить разрешение целей по скорости, что в итоге способствует дальнейшему повышению разрешающей способности, особенно существенной при наблюдении низколетящих целей.