ИМИТАТОР ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ
ANTENNA RADIATION PATTERN SIMULATOR

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в имитаторах и тренажерах радиолокационных станций.
Известен имитатор диаграммы направленности антенны (см., например, Раль В.Ю. и др. "Тренажеры и имитаторы ВМФ", М.: Воениздат, 1969 г.), состоящий из имитатора вращения антенны, вращающегося диска с нанесенной информацией об одной диаграмме направленности антенны в виде щелей, выполненных из материала с различной плотностью поглощения светового потока, фотоумножителя, источника света и усилителя.
В этом имитаторе сигнал, пропорциональный мгновенному значению коэффициента усиления диаграммы направленности антенны, вырабатывается в фотоэлектронном умножителе, который воспринимает пучок света, промодулированный информацией, нанесенной на диск, вращающийся синхронно с имитатором вращения антенны.
Данному имитатору присущи следующие недостатки:
- возможность формирования только одной диаграммы направленности антенны;
- низкая надежность имитатора из-за недостаточно высокой надежности таких устройств, как источник света и фотоумножитель.
Однако существуют радиолокационные станции, имеющие несколько антенн с различными диаграммами направленности, причем в каждый момент времени сигнал на индикаторе радиолокационной станции обусловлен только одной из диаграмм направленности антенны.
В этом случае для создания n диаграмм направленности необходимо было бы иметь n имитаторов диаграммы направленности антенны, что привело бы к усложнению и увеличению объема аппаратуры (n дисков с нанесенной информацией о диаграмме направленности антенны, n фотоумножителей, n источников света, n источников питания фотоумножителя).
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что на диск нанесена информация о диаграммах направленности антенны в виде концентрично расположенных профилированных ферромагнитных колец, на каждом из которых для съема информации расположена катушка с сердечником, в котором воздушный зазор изменяется соответствующим профилированным кольцом при вращении диска, выходы всех катушек подключены к усилителю через коммутатор, при этом диск выполнен из диэлектрического материала.
Профилированные ферромагнитные кольца расположены на диске концентрично одно относительно другого так, что каждое из колец находится напротив своей катушки, замыкая ее сердечник магнитопровода.
При изменении взаимного расположения кольца и катушки (при вращении диска) протекающий через катушку ток определяется индуктивностью катушки, которая зависит от сопротивления магнитной цепи, состоящего из магнитного сопротивления сердечника и магнитного сопротивления воздушного зазора. При этом величина воздушного зазора изменяется профилированным ферромагнитным кольцом таким образом, что на выходе каждой катушки формируется за один оборот диска сигнал, пропорциональный своей диаграмме направленности антенны, и через коммутатор поступает на усилитель.
Преимуществом предлагаемого имитатора диаграмм направленности антенны является:
- возможность одновременного формирования нескольких диаграмм направленности антенны с помощью одного имитатора без увеличения объема аппаратуры;
- по сравнению с возможным решением с использованием нескольких имитаторов предлагаемый имитатор обладает повышенной надежностью, ввиду исключения фотоэлектронных умножителей и источников света, и уменьшением общего объема аппаратуры примерно на 30%.
Сущность изобретения иллюстрируется рисунком 1, на котором изображена структурная схема предлагаемого имитатора диаграмм направленности антенны.
Электрическая цепь формирования сигнала на выходе катушки съема информации представлена на рис. 2.
Подробное описание
Предлагаемый имитатор состоит (см. рис. 1) из имитатора вращения антенны 1, диска с информацией о n диаграммах направленности антенны 2, n катушек съема информации 3, коммутатора 4 и усилителя 5.
На валу имитатора вращения антенны 1 установлен диск с информацией о n диаграммах направленности антенны 2 в виде n профилированных ферромагнитных колец, которые замыкают магнитопроводы n катушек съема информации 3. Выходы n катушек 3 через коммутатор 4 подключены к усилителю 5.
Диск с информацией о n диаграммах направленности антенны выполнен из диэлектрического материала, на который нанесены n профилированных ферромагнитных колец. На каждом кольце ширина участков и их последовательность расположения по всей длине кольца определяется формой и точностью воспроизведения соответствующей диаграммы направленности антенны.
Магнитопровод каждой катушки 3 замыкается соответствующим концентрическим ферромагнитным кольцом диска 2.
Предлагаемый имитатор работает следующим образом:
По команде, поступающей на вход имитатора вращения антенны 1, он приходит в движение по заданному закону (например, вращение в секторе, круговое вращение). По такому же закону перемещается диск 2, установленный на валу имитатора вращения антенны 1.
При вращении диска 2 изменяется его угловое положение по отношению к катушкам съема информации 3. При этом изменяется ток, протекающий через катушки 3, так как изменяется индуктивность катушек 3 ввиду того, что в каждый момент времени перемещения диска 2 воздушный зазор изменяется тем, что магнитопроводы катушек 3 замыкаются различными по ширине участками концентрических колец диска 2.
При полном (секторном) вращении диска 2 ток на выходе каждой катушки 3, в зависимости от угла поворота диска 2, описывает закон изменения соответствующей диаграммы направленности антенны при ее пространственном развертывании.
Сигналы с выхода катушек съема информации 3, пропорциональные мгновенному значению коэффициента усиления диаграммы направленности антенны (ДНА), основывается на следующих соображениях, которые получены из рис. 2.
Ток, протекающий через обмотку 6 равен
<mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>U</mi><mrow><msub><mi>R</mi><mi>н</mi></msub><mo>+</mo><mi>j</mi><mi>ω</mi><mi>L</mi></mrow></mfrac><mtext>                                          </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
н
где R - нагрузочное сопротивление, с которого снимается сигнал U′≡ДНА;
L - индуктивность катушки.
Индуктивность катушки определяется выражением
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>W</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>с</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mi>о</mi></msub></mrow></mfrac><mtext>                                            </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
с
где R - магнитное сопротивление сердечника 7 и кольца 8, расположенного на диске 9;
o
R - магнитное сопротивление воздушного зазора;
W - количество витков обмотки 6.
Известно, что
<mrow><msub><mi>R</mi><mi>о</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>о</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>μ</mi><mi>о</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>S</mi><mi>о</mi></msub></mrow></mfrac><mtext>                                            </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
о
где l - толщина воздушного зазора, зависящая от ширины кольца 8;
о
µ - магнитная проницаемость воздуха;
о
S - поперечной сечение магнитного потока, проходящего через воздушный зазор.
Подставляя уравнения 2 и 3 в 1, получим
<mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>U</mi><mrow><msub><mi>R</mi><mi>н</mi></msub><mo>+</mo><mi>j</mi><mi>ω</mi><mfrac><mrow><msup><mi>W</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>с</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>о</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>μ</mi><mi>о</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>S</mi><mi>о</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></mfrac></mrow></mfrac><mtext>                            </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
о
При вращении диска 9 ток в обмотке 6 будет повторять форму диаграммы направленности антенны, так как концентрическое кольцо 8 меняет толщину воздушного зазора l.
н
Падение напряжения на сопротивлении R, поступающее на вход коммутатора 4, пропорционально току I, протекающему в обмотке 6, и определяется выражением
<mrow><mi>U</mi><mo>'</mo><mo>=</mo><mi>I</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>R</mi><mi>н</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>U</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>R</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>н</mi></msub><mo>+</mo><mi>j</mi><mi>ω</mi><mfrac><mrow><msup><mi>W</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>с</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>о</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>μ</mi><mi>о</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>S</mi><mi>о</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></mfrac></mrow></mfrac></mrow>