Способ настройки фазированной антенной решетки

-.1 СО 1 ОЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛ. 1 ИЧЕСКИХ РЕСГ 1 УБЛИК.5 О.1774290 А 1 1 с 6 01 й 29/ ГОСУДАРСТВЕН 1 ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯ11 РИ ГКН 1 СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИа ь Е .,"Я 1 (печивающих мдальней зоне,каждой 1-той поют последоватцию значениэлементах ФАРго сигнала, изммогательной арасстоянии гщей через центскости, бподрешетки, 1 и игнал ретения: для Р осуществляю манипулясдвигов на максимальноедством всположенной на али, проходяетки к ее плоый размер Известен способ определения строчностолбцевых кодов фазовых сдвигов, обеспечивающих максимальный сигнал в зоне Фраунгофера от фазированной антенной решетки со строчно-столбцевым управлением путем ее настройки на радиоголографическом стенде в ближнем поле, с помощью измерительного зонда, передвигаемого котносится к технике ани может быть использоентального определения эзовых сдвигов в трактах фазированной антенной ивающих максимальный ей зоне (максимальный ординатно-измерительным устройс вом (КИУ) в раскрыве антенны на расстоянии, много меньшем ее длины волны, Этот способ нельзя применять для антенных решеток, в которых элементы ФАР укрыты радиопрозрачным укрытием (РПУ), или для ФАР отражательного тип, так как для таких ФАР минимальное расстояние от управляемых элементов до измерительного зонда много больше длины волны, что практически исключает идентификацию АФР измеряемого поля АФР на излучателях ФАРНаиболее близким техническим решением является способ фокусировки фазированной антенной решетки, основанный нэ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВ(71) Гомельское конструкторское бюро "Луч"(54) СПОСОБ НАСТРОЙКИ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ(57) Использование: в технике антенных измерений для определения кодов установкифазовых сдвигов в трактах крупноапертурной фазированной антенной решетки, обесИзобретение о тенных измерений вано для эксперим кодов установки ф крупноапертурной решетки, обеспеч сигнал в ее дальн КУ). В технике антенных измерении известны способы получения матрицы кодов фазовых сдвигов на элементах фазированной антенной решетки, обеспечивающих максимальный сигнал в ее дальней зоне, определяемой путем расчета этих кодов исходя из геометрии ФАР и законов геометрической оптики, Но эти способы не позволяют достичь максимального сигнала, тэк как не учитывают смещения фазового центра и элементов ФАР из-зэ наличия технологических и электрических допусков на узлы и элементы ФАР при ее изготовлении, а также из-за зависимости между ее элементами,аксимэльныиСущность изобдрешетки ФАельную фазовуй Фазовыхдо полученияеряемого посрнтенны, распо2 б /Апо нормр 1-той подрешмаксимальн20 25 30 35 размещении вспомогательной измерительной антенны в зоне Френеля настраиваемой ФАР, При этом осуществляют ее настройку подбором оптимальных кодов фазовых сдвигов на элементах фазированной антенной решетки в итерационном процессе настройки на максимум сигнала, принимаемого от вспомогательной антенны,Однако этот способ имеет следующие недостатки, Фокусирующие коды, определенные для зоны Френеля, не создают максимального сигнала в зоне Фраунгофера, так как глубина фокального пятна при этом имеет конечные размеры, Гсли переместить вспомогательную антенну в зону Фраунгофера на расстоянии Б20 /Я, где О -гдиаметр ФАР, л, - длина волны, сфокусировать на нее ФАР, глубина фокального пятна при этом будетстремиться к бесконечности. Однако провести процесс поэлементной настройки для крупноапертурной ФАР и вспомогательной антенны, расположенной в ее дальней зоне, практически невозможно, так как расстояние до вспомогательной антенны при этом может быть от сотен до десятков тысяч метров, Получить при этом в суммарном сигнале разрешение сигнала от отдельного излучателя невозможно.Использование всех ранее известных методов и аппаратуры настройки ФАР не позволяло реализовать. достижения таких значений потерь в относительном КНДотн = =КНДэкспер,/КНДрасч. при котором потери в КНД определялись бы только значением дискрета управления фазовым сдвигс л в фазовращателях ФАР.Целью изобретения является достижение высокой точности настройки фазированной антенной решетки (КНДотн = 1) путем последовательного определения оптимальных кодов фазовых сдвигов на ее управляемых элементах, обеспечивающих максимальный сигнал в дальней зоне, а также повышение производительности.Поставленная цель достигается тем, что в способе настройки фазированнойантенной решетки оптимальные фокусирующие коды для дальней зоны ФАР определяют для К положений вспомогательной измерительной антенны, устанавливаемой в зоне Френеля настраиваемой ФАР, При этом настраиваемую ФАР разбивают на К фрагментов диаметром О, а вспомогательную антенну последовательно помещают на расстоянии г перед центром каждого из К фрагментов где для г соблюдается соотношение г20 /А, последовательно настраивают каждый фрагмент ФАР на максимум сигнала, принимаемого от вспомогательной антенны, путем итерационного процесса настройки всех элементов фрагмента ФАР, обеспечивающего максимальный сигнал каждого 1-го фрагмента,После настройки всех фрагментов, на которые разбивают ФАР, полученные Иматриц (Щоптимальных фокусирующих кодов, определенные в зоне Френеля, настраиваемой ФАР, обьединяют в одну матрицу кодов фазовых сдвигов Щ следующим образом. Определяют средний код для кажгде Р - количество управляемых элементовв 1-ом фрагменте ФАР;К = 1 - Р - номер управляемого элементав фрагменте ФАР,Определяют матрицы (Л Щ = ф - ВЦ,Выбирают матрицу (Лй) мин, для которойзначения ее элементов ЛЮ минимальны поотношению к другим матрицам, Х= б и (Щ 1,соответствующим этой матрице. Выравнивают по электрической длине путем коррекции кодов фазовые сдвиги оставшихся М - 1матрицЛй=Ъ-(Щ .=(В+ ЛЩ.Выравненные по электрической длинеМ матриц (В)объединяют в одну матрицу(Ц кодов фазовых сдвигов, которые устанавливают на управляемых элементах настраиваемой ФАР и обеспечивают ее фокусировку в зоне Фраунгофера, При этом минимальное расстояние от настраиваемой 40 ФАР до вспомогательной антенны уменьшается примерно в И раз, погрешность, связанная с возмущением поля измеряемой ФАР измерительной антенной, уменьшается в 1/гг раз,45 Использование предлагаемого способанастройки фазированной антенной решетки по сравнению с существующими обеспечивает следующие преимущества.1. Кардинально изменяет требования ккоординатно-измерительным системам КИУ) для настройки ФАР в ближней зоне;1.1, КИУ для этого метода находится взначительном отдалении от полотна ФАР и практически не приносит ошибок из-за переотражений; это позволяет создать принципиально новые системы координатно-измерительных устройств даже для очень больших ФАР (габаритами в 10 - 50 м);1.2. КПД использования по времениКИУ для предлагаемого метода возрастает с0,1-0,3 до 50-90 О, так как оно обеспечивает вывод с требуемой точностью измерительной антенны всего лишь в М точек, количество которых может быть на несколько порядков ниже, чем в обычных радиоголографических стендах. Метод реализует многоканальные измерения при настройке ФАР в стационарных положениях зонда КИУ.2. Повышает точность настройки ФАР на 0,5-1,0 дБ по сравнению с радиоголографическими способами за счет многократного уменьшения погрешности, вносимой измерительной антенной в поле настраиваемой ФАР,3, Позволяет настраивать фазированные решетки отражательного типа и ФАР, у которых элементы находятся в радиопрозрачном укрытии, где способ настройки по ближнему полю не может быть применен,5 10 15 20 4, Во много раз сокращает стоимостьнастройки крупноапертурных ФАР по дальней зоне за счет уменьшения минимальногорасстояния от настраиваемой ФАР до измерительной антенны в И раз и отказа вследгствие этого от дорогостоящих методов,таких, как облетный.Сравнен, е предлагаемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "Новизна", 30При изучении других известных технических решений в данной области техникипризнаки, отличающие это изобретение отпрототипа, не были выявлены, и потому ониобеспечивают данному техническому решению соответствие критерию "существенныеотличия",На чертеже представлена блок-схемаустройства для реализации способа настройки фазированной антенной решетки. 40Устройство содержит генератор 1, вспомогательную измерительную антенну 2,расположенную в дальней зоне настраиваемой ФАР на расстоянии В, генератор 3,вспомогательную измерительную антенну 454, расположенную в зоне Френеля настраиваемой ФАР на расстоянии г, линейное координатное устройство 5, перемещающеевспомогательную антенну 4, настраиваемую ФАР б, измерительный приемник 7, 50управляющую ЭВМ 8, устройство 9 управления лучом, устанавливающее коды фазовых сдвигов на управляемых элементах фазированной антенной решетки,Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода генератора 1 поступает на вход вспомогательной антенны 4, расположенной в зоне Френеля настраиваемой ФАР 6. С помощью линейного координатного устройства 5 вспомогательную антенну устанавливают на нормали, проходящей через центр -го настраиваемого фрагмента ФАР на расстоянии г2 б И, на элементах управления других (М - 1) фрагментов ФАР б через устройство 9 управления лучом устанавливают специальные коды фазовых распределений, обеспечивающие минимальный сигнал от антенны 4 на настраиваемой ФАР 6, следующим образом. Производят последовательную фазовую манипуляцию группами управляемых элементов (фрагмент, подрешетка, строка, столбец), не входящими в 1-ый фрагмент и не граничащими с ним,определяют для каждой группы элементов код фазового сдвига, соответствующий минимальному значению сигнала, принимаемого антенной 4. Полученный код устанавливают на всех управляемых элементах настраиваемой нв минимум сигнала группы. Затем таким же образом настраивают на минимум сигнала следующую группу управляемых элементов ФАР из К - 1 фрагментов до тех пор, пока сигнал; измеряемый антенной 4, не опустится до уровня 1/2 М пР),где и - количество излучателей в фрагменте;Р - количество кодов фазовых сдвигов управляемого элемента,т,е. до уровня разрешения одного дискрета фазовращателя, Затем настраивают управляемые элементы 1-го фрагмента ФАР на максимум сигнала, В процессе выполнения итерационного процесса настройки по программе, заложенной в ЭВМ 8, через устройс-во 9 управления лучом производят фазовую манипуляцию заданным элементом ФАР путем установки на нем последовательности кодов фазовых сдвигов от 0 до 360, При этом каждый сигнал с вь 1 хода ФАР 6, соответствующий коду, установленному на данном элементе, измеряется приемником 5, преобразуется в нем в цифровую форму и поступает в Э ВМ 6 в виде чисел, где из массива измеренных значений сигнала определяются наибольшее по величине значение и код фазового сдвига, соответствующий ему, прекращается фаэовая манипуляция элемента ФАР и через устройство 9 управления на нем устанавливается этот код. Затем вь 1 шеприведенная последовательность действий повторяется для всех элементов настраиваемого фрагмента ФАР. После настройки последнего элемента 1-го фрагмента ФАР заканчивается текущий цикл его настройки, Значение сигнала, измеренное чо окончании текущего цикла, сравнивается со значением сигнала, полученным после предыдущего цикла, и, если оно превышает его, начинается следующийцикл настройки -го фрагмента, если нет,коды фазовых сдвигов, полученные в последнем цикле настройки, запоминаются вЭВМ в виде матрицы 1 В) -го фрагментаФАР, где с = (1 - Р) - номер настраиваемого 5элемента в -ом фрагменте,=(1 - М) - номертекущего фрагмента,Затем измерительная антенна 4 перемещается линейным координатным устройством 5 в точку, расположенную на нормали, 10проходящей через центр +1-го фрагментаФАР, и весь цикл настройки производитсядля +1-го фрагмента, После настройки всехК фрагментов ФАР матрицы Щобъеди .няются в ЭВМ в одну матрицу кодов фазовых сдвигов (Р), которая устанавливается науправляемых элементах ФАР, Генератор 3отключается, включается генератор 1, подающий сигнал на измерительную антенну 2,расположенную в зоне Фраунгофера настраиваемой ФАР на нормали, проходящейчерез ее центр. При этом сигнал, регистрируемый ФАР 6 для матрицы кодов 1 Р), полученной в результате ее настройки иустановленной на ее элементах, максимален по отношению к любой другой возможной комбинации кодов фазовых сдвигов,которые можно определить для ФАР другими известными способами, Предлагаемыйспособ испытан на действующем радиоголографическом стенде, размещенном в безэховой камере. При этом использовалигенератортипа Г 4, приемник типа П(7, ЭВМСОУ, ФАР с индивидуальным управлением с более чем 500 управляемых элементов, 35При реализации способа ФАР разб "али начетыре фрагмента. Вспомогательную измерительную антенну 4 типа полуволновоговибратора устанавливали перед фрагментами ФАР на расстоянии 1 м с помощью линейного координатного устройства.Вспомогательную антенну 2 размещали на расстоянии 1 б м от настраиваемой ФАР. Проводили сравнительную настройку ФАР по предлагаемой методике и методике прототипа, Сигнал, полученный при реализации предлагаемого способа, на 1,0 дБ выше, Использование предлагаемого способа особенно эффективно для фазированных антенных решеток отражательного типа и ФАР, в которых управляемые элементы находятся в радиопрозрачном укрытии.Формула изобретения Способ настройки фазированной антенной решетки, заключающийся в последовательной фазовой манипуляции значений фазовых сдвигов на элементах ФАР до получения максимального сигнала, измеряемого посредством вспомогательной антенны, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, последовательную фазовую манипуляцию значений фазовых сдвигов производят для каждой -той подрешетки, где= 2, ., К, измерение максимального сигнала посредством вспомогательной антенны осуществляют для каждой подрешетки на расстоянии г 2 с /1 по нормали, проходящей через центр -той подрешетки к ее плоскости, где б - максимальный линейный размер подрешетки, Л - длина волны, при з-,ом для каждой из подрешеток определяют среднее значение фазовых сдвиговопределяют отклонение значений фазовых сдвигов от среднего, определяют разницу между средним значением -той подрешетки, для которой отклонение от среднего значения фазовых сдвигов на ее элементах является минимальным, и средним значением фазового сдвига соответствующей подрешетки, соответствующую разницу средних значений добавляют к значениям фазовых сдвигов на элементах ФАР соответствующей подрешетки.1774290 Составитель Н.НегреевТехред М. Мо ргентал Корректор П,Гереши Редактор Б.Федотов Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3925 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5