RU2146844C1 - Method and device for shaping controlled-width pattern of radar slotted-waveguide antenna - Google Patents
Method and device for shaping controlled-width pattern of radar slotted-waveguide antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2146844C1 RU2146844C1 RU98117865A RU98117865A RU2146844C1 RU 2146844 C1 RU2146844 C1 RU 2146844C1 RU 98117865 A RU98117865 A RU 98117865A RU 98117865 A RU98117865 A RU 98117865A RU 2146844 C1 RU2146844 C1 RU 2146844C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- main
- signals
- receiving
- antennas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиолокации, в частности к антенным устройствам радиолокационных станций (РЛС). The invention relates to the field of radar, in particular to antenna devices of radar stations (radar).
В радиолокационной технике антенна служит необходимым связующим звеном между электромагнитными волнами, распространяющимися в свободном пространстве, и колебаниями, генерируемыми передатчиком и принимаемыми приемником РЛС. In radar technology, the antenna serves as a necessary link between the electromagnetic waves propagating in free space and the oscillations generated by the transmitter and received by the radar receiver.
Дальность действия РЛС зависит в значительной степени от характеристик антенны, в первую очередь от таких как коэффициент направленного действия при передаче и эффективная площадь антенны при приеме. Для одной и той же антенны эти параметры связаны между собой линейно. Для РЛС, кроме указанных характеристик, играют большую роль также точность определения направления на цель и уровень боковых лепестков диаграммы направленности антенны. The range of a radar depends to a large extent on the characteristics of the antenna, primarily on such as the directional coefficient of transmission and the effective area of the antenna when receiving. For the same antenna, these parameters are linearly interconnected. For the radar, in addition to the specified characteristics, the accuracy of determining the direction to the target and the level of the side lobes of the antenna pattern also play a large role.
В большинстве РЛС используется антенна, концентрирующая излучаемую энергию в относительно малом пространственном угле и принимающая энергию лишь с некоторых направлений. Как правило, в современных РЛС для излучения и приема используется одна и та же антенна. Most radars use an antenna that concentrates the radiated energy in a relatively small spatial angle and receives energy from only some directions. As a rule, in modern radars, the same antenna is used for radiation and reception.
Одной из основных характеристик антенны РЛС, как сказано выше, является коэффициент направленного действия (КНД) или диаграмма направленности (ДН). Диаграммой направленности антенны называется пространственное распределение электромагнитного поля антенны в относительных единицах. В частности, ДН по мощности представляет собой зависимость мощности, проходящей через единичную площадь или в единичном пространственном угле, от угловых координат в пространстве. One of the main characteristics of a radar antenna, as mentioned above, is the directional coefficient (LPC) or radiation pattern (LH). The antenna pattern is the spatial distribution of the electromagnetic field of the antenna in relative units. In particular, in terms of power, the power factor represents the dependence of the power passing through a unit area or in a unit spatial angle on the angular coordinates in space.
Коэффициент направленного действия G или коэффициент направленности антенны по мощности зависит от апертуры A (площади) антенны, длины L волны и коэффициента потерь np и определяется выражением (см. Справочник по радиолокации под ред. М. Сколник, Сов. радио, 1977 г., т. 2, стр. 64).The directivity coefficient G or the antenna directivity coefficient in power depends on the aperture A (area) of the antenna, wavelength L and loss factor n p and is determined by the expression (see the Radar Reference, edited by M. Skolnik, Sov. Radio, 1977 , v. 2, p. 64).
G = 4 • Pi •np • A/L2. (1)
С другой стороны, КНД антенны РЛС жестко связан с шириной ДН в вертикальной fв и горизонтальной fr плоскостях соотношением (см. там же стр. 56):
В литературе (см. Справочник по основам радиолокационной техники под ред. В. В. Дружинина. Воениздат. М., 1983 г., стр. 32) приводятся следующие зависимости правильности обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги от ширины ДН антенны.G = 4 • Pi • n p • A / L 2 . (1)
On the other hand, the directivity of the radar antenna is rigidly connected with the beam width in the vertical f in and horizontal f r planes by the ratio (see ibid., P. 56):
In the literature (see the Handbook on the basics of radar technology under the editorship of VV Druzhinin. Military Publishing House M., 1983, p. 32), the following dependences of the accuracy of detection at a given probability of false alarm on the width of the antenna beam are given.
Вероятность принятия правильных и ошибочных решений о наличии цели можно рассчитать, зная плотности распределения вероятностей сигнала и помех. Величина их отношения, называемого отношением правдоподобия - #, является по критерию Неймана-Пирсона основанием для принятия решения о наличии цели в случае его превышения заданного порогового значения - #пор.The probability of making correct and erroneous decisions about the presence of a target can be calculated by knowing the density of the probability distribution of the signal and interference. The magnitude of their relationship, called the likelihood ratio - #, is, according to the Neumann-Pearson criterion, the basis for deciding whether there is a goal if it exceeds a predetermined threshold value - # pores .
Величина # пор выбирается так, чтобы вероятность ложной тревоги Pлт не превышала допустимого значения Pлт.доп.. Реально в существующих радиолокаторах, работающих в режиме обзора пространства, сигнал цели представляет собой пачку импульсов. Количество импульсов в пачке Nи определяется по формуле
где Fи - частота следования импульсов;
Q[0,5] - ширина ДН антенны по половинной мощности;
n[a] - скорость вращения антенны (об/мин).The value of # pores is selected so that the probability of a false alarm P lt does not exceed the permissible value of P lt.add. . Actually, in existing radars operating in the space survey mode, the target signal is a packet of pulses. The number of pulses in a packet N and is determined by the formula
where F and - pulse repetition rate;
Q [0.5] is the width of the antenna bottom at half power;
n [a] is the antenna rotation speed (r / min).
Вычисление вероятностей правильного обнаружения цели и ложной тревоги в общем виде представляет серьезные математические трудности. Однако в случае слабых сигналов, а этот случай и представляет практический интерес, указанные вероятности могут быть определены по следующим формулам:
где Pпо и Pлт - вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги соответственно;
Ф(х) - интеграл вероятности;
& - отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе линейной части приемника;
Nи - число обрабатываемых импульсов цели.The calculation of the probabilities of correct target detection and false alarm in a general way presents serious mathematical difficulties. However, in the case of weak signals, and this case is of practical interest, these probabilities can be determined by the following formulas:
where P by and P lt are the probabilities of correct detection and false alarm, respectively;
F (x) is the probability integral;
& - ratio of signal power to noise power at the output of the linear part of the receiver;
N and - the number of processed pulses of the target.
Из приведенных выражений следует, что вероятность правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги тем выше, чем больше отношение сигнал/шум на выходе линейной части приемника и чем больше число обрабатываемых импульсов, пропорциональное ширине ДН антенны РЛС (см. выражение 3). From the above expressions it follows that the probability of correct detection at a given probability of false alarm is the higher, the greater the signal-to-noise ratio at the output of the linear part of the receiver and the greater the number of processed pulses proportional to the width of the bottom of the radar antenna (see expression 3).
По характеристикам зависимости вероятности правильного обнаружения цели Pпо при заданной вероятности ложной тревоги Pлт от величины отношения сигнал/шум & и числа обрабатываемых импульсов Nп можно найти пороговое значение отношения сигнал/шум &пор, при котором будут обеспечены заданные вероятности Pпо и Pлт при оптимальной обработке сигналов
где x(Pпо, Pлт) - абсцисса точки на характеристике, соответствующая заданным вероятностям Pпо и Pлт.From the characteristics of the dependence of the probability of correct detection of the target P by the given probability of false alarm P lt on the value of the signal-to-noise ratio & and the number of processed pulses N p, one can find the threshold value of the signal-to-noise ratio & pore at which the given probabilities P by and P are provided LT with optimal signal processing
where x (P by , P lt ) is the abscissa of a point on the characteristic corresponding to the given probabilities P by and P lt .
Выражение 6 показывает, что при одних и тех же условиях отношение сигнал/шум обратно пропорционально корню квадратному от числа обрабатываемых импульсов Nи.
В указанном выше справочнике под редакцией В.В. Дружинина (стр. 82) приводится выражение зависимости систематической ошибки в измерении азимута от различных факторов. In the above reference, edited by V.V. Druzhinin (p. 82) gives an expression of the dependence of the systematic error in the measurement of azimuth on various factors.
Систематические ошибки в измерении азимута могут возникнуть при неточном ориентировании антенной системы РЛС и вследствие несоответствия между положением антенны и электрической масштабной шкалой азимута. Systematic errors in azimuth measurement can occur when the radar antenna system is not correctly oriented and due to a mismatch between the position of the antenna and the electrical azimuth scale.
Случайные ошибки измерения азимута цели обусловливаются нестабильностью работы системы вращения антенны, нестабильностью схемы формирования отметок азимута, а также ошибками считывания. Random errors in measuring the target azimuth are caused by the instability of the antenna rotation system, the instability of the azimuth marking scheme, as well as reading errors.
Среднеквадратическая ошибка измерения азимута @ может быть определена из выражения
где Ya - коэффициент ухудшения точности определения азимута реальной РЛС;
Q[0,5], @ - в градусах.The standard error of the azimuth measurement @ can be determined from the expression
where Y a is the deterioration coefficient of the accuracy of determining the azimuth of the real radar;
Q [0.5], @ - in degrees.
Выражение 7 показывает, что ошибка измерения азимута цели прямо пропорциональна ширине ДН антенны РЛС. Expression 7 shows that the error in measuring the azimuth of the target is directly proportional to the width of the bottom of the radar antenna.
Характеристики РЛС в значительной степени определяются конструкцией и тактико-техническими данными их антенных устройств. К основным характеристикам антенных устройств относятся:
- диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
- коэффициент усиления антенны;
- уровень боковых лепестков;
- частота вращения антенны.The characteristics of the radar are largely determined by the design and tactical and technical data of their antenna devices. The main characteristics of antenna devices include:
- radiation patterns of the antenna in horizontal and vertical planes;
- antenna gain;
- level of side lobes;
- frequency of rotation of the antenna.
В качестве прототипа будем рассматривать судовые навигационные РЛС, в частности широко используемые в этих РЛС волноводно-щелевые антенны. В указанном выше справочнике под редакцией В.В. Дружинина (стр. 153) приведено выражению зависимости ширины диаграммы направленности волноводно-щелевых антенн Q[0,5] от длины волны L и размеров антенны B. As a prototype, we will consider shipborne navigation radars, in particular, slot-wave antennas widely used in these radars. In the above reference, edited by V.V. Druzhinin (p. 153) shows the expression of the dependence of the beam pattern of waveguide-slot antennas Q [0.5] on wavelength L and antenna size B.
Диаграмма направленности антенны РЛС в горизонтальной плоскости характеризует точность определения направления на обнаруженную цель. Для судовых навигационных РЛС характерными величинами диаграммы направленности по половинной мощности являются 0,7-2,3 гр.
The horizontal pattern of the radar antenna characterizes the accuracy of determining the direction to the detected target. For ship navigation radars, the characteristic values of the radiation pattern at half power are 0.7-2.3 gr.
Коэффициент усиления антенны определяет эффективность РЛС по обнаружению различных целей. Уровень боковых лепестков характеризует РЛС с точки зрения возможности получения на экране индикатора станции ложных целей. Уровень боковых лепестков у антенн современных судовых навигационных РЛС ниже уровня основной диаграммы на 20-30 дБ. The antenna gain determines the effectiveness of the radar in detecting various targets. The level of the side lobes characterizes the radar in terms of the possibility of receiving false targets on the screen of the station indicator. The level of the side lobes of the antennas of modern shipborne navigation radars is 20-30 dB lower than the level of the main diagram.
Частота вращения антенны измеряется числом оборотов в минуту и для современных станций равна 14-30 об/мин. The antenna speed is measured by the number of revolutions per minute and for modern stations is equal to 14-30 rpm.
В таблице 1 приведены основные характеристики антенн некоторых отечественных судовых навигационных РЛС, взятые из атласа "Судовые радиолокационные станции". Под редакцией А.М. Байрашевского. М.: Транспорт, 1988, с. 78-140. Table 1 shows the main characteristics of the antennas of some domestic ship navigation radars taken from the atlas “Ship radar stations”. Edited by A.M. Bayrashevsky. M .: Transport, 1988, p. 78-140.
В качестве прототипа выбираем антенный пост судовой навигационной РЛС "Океан-С", работающий в диапазоне 3 см. As a prototype, we select the antenna post of the ship’s navigation radar "Ocean-S", operating in the range of 3 cm.
Одним из существенных недостатков, свойственных антенному посту - прототипу, перечисленным в таблице антенным постам, а также антенным постам практически всех существующих судовых навигационных РЛС, является сравнительно большие горизонтальные размеры используемых в них волноводно-щелевых антенн, достигающих 3-4 м с радиусом обметания 1,5-2 м. One of the significant drawbacks inherent in the antenna post - the prototype listed in the table antenna posts, as well as antenna posts of almost all existing ship navigation radars, is the relatively large horizontal dimensions of the waveguide-slot antennas used in them, reaching 3-4 m with a radius of
Такой радиус обметания накладывает определенные требования к размещению антенны СНРЛС на судне, особенно к размещению на мачтах, в частности к размерам укрепляемых на мачтах площадок для размещения антенных постов. Such a sweeping radius imposes certain requirements on the location of the SNRS antenna on the vessel, especially on the placement on the masts, in particular on the size of the platforms fixed on the masts for placement of antenna posts.
Сущность изобретения "Способ формирования и устройство волноводно-щелевой антенны радиолокационной станции с управляемой по ширине диаграммой направленности", состоит в том, что для формирования приемопередающей диаграммы направленности антенны используют волноводно-щелевую антенну, отличается тем, что используют для формирования передающей и приемной диаграммы направленности волноводно-щелевой антенны РЛС различное число антенн, формируют передающую диаграмму направленности за счет использования для излучения радиоволн одной, основной, антенны, формируют приемную диаграмму направленности, отличную от передающей, для чего используют при приеме отраженных сигналов указанную основную и две дополнительных, расположенных выше и ниже основной и повернутых в горизонтальной плоскости осью диаграммы направленности относительно оси диаграммы направленности основной антенны вправо и влево на угол, равный половине ширины диаграммы направленности антенны по нулевому уровню, защищают приемные тракты дополнительных антенн от проникновения энергии передатчика при излучения радиоволн, регулируют фазу сигналов в трактах дополнительных антенн относительно фазы сигналов в тракте основной антенны, смешивают сигналы, принятые основной и дополнительными антеннами, управляют шириной приемной и приемопередающей диаграмм направленности антенны от минимальной до максимальной, плавно изменяя фазу принимаемых сигналов в трактах дополнительных антенн относительно фазы сигнала основной антенны от противоположной, когда указанные сигналы вычитаются, а результирующая приемная диаграмма направленности в дальней зоне является разностной диаграммой основной и двух дополнительных антенн, а приемопередающая является результатом перемножения передающей и полученной результирующей приемной диаграмм, до совпадающей, когда указанные сигналы при приеме суммируются, результирующая приемная диаграмма направленности в дальней зоне является суммарной от основной и двух дополнительных антенн, а приемопередающая - произведением передающей и суммарной приемной. The essence of the invention "The method of formation and device of a waveguide-slot antenna of a radar station with a width-controlled radiation pattern", consists in the fact that a waveguide-slot antenna is used to form a transmit-receive radiation pattern of an antenna, characterized in that it is used to form a transmit and receive radiation pattern radar waveguide-slot antenna of a different number of antennas form a transmitting radiation pattern due to the use of one, o main antennas, form a receiving radiation pattern that is different from the transmitting one, for which purpose, when receiving reflected signals, use the specified main and two additional ones located above and below the main one and rotated in the horizontal plane by the axis of the radiation pattern relative to the axis of the radiation pattern of the main antenna left and right equal to half the width of the antenna radiation pattern at zero level, protect the receiving paths of the additional antennas from the penetration of transmitter energy in the event of radiation radio waves, adjust the phase of the signals in the paths of the additional antennas relative to the phase of the signals in the path of the main antenna, mix the signals received by the main and additional antennas, control the width of the receiving and transmitting antenna patterns from minimum to maximum, smoothly changing the phase of the received signals in the paths of the additional antennas phase of the signal of the main antenna from the opposite, when these signals are subtracted, and the resulting receiving radiation pattern in the far nth zone is the difference diagram of the main and two additional antennas, and the transceiver is the result of multiplying the transmitting and received resulting receiving diagrams to coincide when these signals are summed during reception, the resulting receiving radiation pattern in the far zone is the sum of the main and two additional antennas, and transceiver - the product of the transmitting and total receiving.
Предлагается устройство формирования управляемой по ширине диаграммы направленности волноводно-щелевой антенны РЛС, имеющей одну антенну, поворотно установленную на основании антенного поста, отличающееся тем, что в состав антенны РЛС, наряду с основной антенной, использующейся для передачи и приема радиоволн, включены две дополнительные антенны, расположенные сверху и снизу относительно основной, оси диаграмм направленности которых расположены в горизонтальной плоскости по обе стороны от оси основной антенны с угловым смещением, равным половине ширины основной диаграммы направленности антенны по нулевому уровню, использующихся только для приема радиоволн, в состав приемопередающего СВЧ-тракта основной антенны включен СВЧ-смеситель, обеспечивающий подсоединение к указанному тракту основной антенны двух приемных СВЧ-трактов дополнительных антенн, в состав каждого из указанных трактов дополнительных антенн включены СВЧ-переключатели прием - передача, препятствующие проникновению в указанные тракты дополнительных антенн излучаемой передатчиком мощности из тракта основной антенны, а также дистанционно управляемые СВЧ-согласующие устройства, обеспечивающие плавное изменение фазы принимаемых дополнительными антеннами сигналов относительно фазы сигналов, принимаемых основной антенной, благодаря чему обеспечивается плавное изменение ширины результирующей приемной и приемопередающей диаграмм направленности антенны РЛС за счет смешивания при приеме радиоволн сигналов основной и двух дополнительных антенн с различной фазой и перемножения сформированной приемной диаграммы на диаграмму направленности основной антенны, использующейся для облучения целей, причем минимальная ширина приемопередающей диаграммы получается при смешивании принимаемых сигналов в противофазе, а максимальная - при смешивании сигналов в фазе, с плавным изменением ширины диаграммы при промежуточных соотношениях фаз. A device is proposed for generating a width-controlled radiation pattern of a radar waveguide-slot antenna having one antenna rotatably mounted on the basis of the antenna post, characterized in that two additional antennas are included in the radar antenna along with the main antenna used to transmit and receive radio waves located above and below the main one, the axis of the radiation patterns of which are located in a horizontal plane on both sides of the axis of the main antenna with an angular displacement, at half the width of the main zero-level antenna radiation pattern, which are used only for receiving radio waves, a microwave mixer is included in the transceiver microwave path of the main antenna, which provides for connecting two additional microwave paths to the specified main antenna path, each of these paths of additional antennas included microwave transmit-receive switches, which prevent the penetration of additional antennas from the power of the transmitter This main antenna, as well as remotely controlled microwave matching devices, providing a smooth phase change of the signals received by the additional antennas relative to the phase of the signals received by the main antenna, which ensures a smooth change in the width of the resulting receiving and transmitting radiation patterns of the radar antenna due to mixing when receiving radio wave signals the main and two additional antennas with different phases and multiplying the formed reception diagram by the diagram vlennosti main antenna is used for irradiation purposes, the minimum width transceiver chart obtained by mixing the received signals in phase opposition, and a top - by mixing the signals in phase with smooth variation pattern width at intermediate phase ratios.
Перечень фигур чертежей и иных материалов. The list of figures of drawings and other materials.
Фиг. 1. Диаграммы направленности антенны РЛС для основной - 1 и дополнительных - 2 и 3 антенн. FIG. 1. Radar antenna patterns for the primary - 1 and additional - 2 and 3 antennas.
Фиг. 2. Разностная и суммарная (1 и 2, соответственно) диаграммы направленности антенны РЛС при приеме сигналов. FIG. 2. Difference and total (1 and 2, respectively) radiation patterns of the radar antenna when receiving signals.
Фиг. 3. Приемопередающие диаграммы направленности основной антенны - 1, разностной - 2 и суммарной - 3. FIG. 3. Transmitting radiation patterns of the main antenna - 1, differential - 2 and total - 3.
Фиг. 4. Состав основных устройств предлагаемой антенны РЛС. FIG. 4. The composition of the main devices of the proposed radar antenna.
Фиг. 5. Внешний вид установленных на мачте судна антенны-прототипа - а, и предлагаемой антенны РЛС - б. FIG. 5. The appearance of the antenna prototype installed on the mast of the vessel - a, and the proposed radar antenna - b.
На фиг. 4 обозначены:
1 - основная антенна или ее диаграмма направленности;
2 - дополнительная антенна или ее диаграмма направленности;
3 - дополнительная антенна или ее диаграмма направленности;
4 - угол поворота осей ДНДН дополнительных антенн от оси ДН основной антенны;
5 - приемопередающий СВЧ-тракт основной антенны;
6 - приемный СВЧ-тракт дополнительной антенны;
7 - СВЧ-согласующее устройство;
8 - СВЧ-переключатель прием - передача;
9 - СВЧ-смеситель;
10 - СВЧ-тракт антенны РЛС.In FIG. 4 are indicated:
1 - the main antenna or its radiation pattern;
2 - an additional antenna or its radiation pattern;
3 - additional antenna or its radiation pattern;
4 - the angle of rotation of the axes of the DND of the additional antennas from the axis of the DN of the main antenna;
5 - transceiver microwave path of the main antenna;
6 - receiving microwave path of the additional antenna;
7 - microwave matching device;
8 - microwave switch reception - transmission;
9 - microwave mixer;
10 - microwave path of the radar antenna.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Information confirming the possibility of carrying out the invention.
Предлагаемый способ формирования управляемой по ширине ДН антенны РЛС основан на известных физических принципах формирования диаграмм направленности антенн за счет суммирования с различным соотношением фаз диаграмм направленности нескольких антенн. The proposed method of forming a radar antenna controlled along the width of the bottom of the radar is based on the well-known physical principles of generating antenna patterns by summing with different phase ratios the patterns of several antennas.
Основное отличие в принципе формирования предлагаемого антенного устройства заключается в раздельном формировании характеристик направленности антенного устройства при излучении энергии и приеме отраженных сигналов. The main difference in the principle of formation of the proposed antenna device is the separate formation of the directivity characteristics of the antenna device when radiating energy and receiving reflected signals.
При излучении СВЧ-энергии она поступает в СВЧ-тракт от передатчика только к основной антенне и излучается в пространство. Диаграмма направленности при излучении соответствует кривой 1 на фиг. 1. When radiating microwave energy, it enters the microwave path from the transmitter only to the main antenna and is radiated into space. The radiation pattern corresponds to
При приеме отраженных целью сигналов используются основная антенна - 1 и две идентичные основной дополнительные антенны - 2 и 3 (фиг. 1), расположенные по обе стороны от основной со смещением по углу относительно оси ДН основной примерно на половину ширины ДН основной антенны по нулевому уровню. When receiving the signals reflected by the target, the main antenna is used - 1 and two identical main additional antennas - 2 and 3 (Fig. 1), located on both sides of the main one with a shift in the angle relative to the main axis of the main beam about half the width of the main antenna beam at zero level .
Принятые дополнительными приемными антеннами сигналы смешиваются синфазно или в противофазе с сигналами основной антенны. В результате смешивания сигналов формируется суммарная или разностная результирующая приемная диаграмма направленности антенны РЛС. На фиг. 2 представлены разностная - 1 и суммарная - 2 диаграммы направленности антенны РЛС при приеме сигналов для основной и двух дополнительных антенн, диаграммы направленности которых представлены на фиг. 1. The signals received by the additional receiving antennas are mixed in phase or out of phase with the signals of the main antenna. As a result of signal mixing, a total or difference resulting receiving radiation pattern of the radar antenna is formed. In FIG. 2 shows the difference - 1 and total - 2 radiation patterns of the radar antenna when receiving signals for the main and two additional antennas, the radiation patterns of which are presented in FIG. 1.
Пунктирной линией на фиг. 2 показана ДН основной антенны, характеризующая уровни излучаемой мощности. The dashed line in FIG. Figure 2 shows the main antenna beam pattern characterizing the radiated power levels.
Для получения результирующих приемопередающих ДН необходимо перемножить почленно по направлениям уровни амплитуд в приемных и передающих диаграммах направленности. To obtain the resulting transceiving radiation pattern, it is necessary to multiply term-by-direction amplitudes in the receiving and transmitting radiation patterns.
Результирующие приемопередающие диаграммы направленности основной антенны в существующем варианте излучения и приема - 1, разностной - 2 и суммарной - 3 представлены на фиг. 3. The resulting transceiver radiation patterns of the main antenna in the existing version of radiation and reception - 1, differential - 2 and total - 3 are presented in FIG. 3.
Для технической реализации предложенного способа используются существующие и широко использующиеся в радиолокации узлы и элементы. For the technical implementation of the proposed method, existing and widely used in radar nodes and elements are used.
Состав основных устройств предлагаемой антенны РЛС представлен на фиг. 4. The composition of the main devices of the proposed radar antenna is shown in FIG. 4.
Антенна включает в свой состав три идентичные волноводно-щелевые антенны, из которых одна основная - 1 используется как для излучения энергии, так и для приема отраженных сигналов, а две дополнительные - 2 и 3, расположенные симметрично выше и ниже основной, со смещенными от оси ДН основной антенны осями диаграмм направленности на угол 4, используются только для приема отраженных сигналов. The antenna includes three identical waveguide-slot antennas, of which one main - 1 is used both for energy emission and for receiving reflected signals, and two additional - 2 and 3, located symmetrically above and below the main, with off-axis The main antenna bottoms by the axes of the radiation patterns at an angle of 4 are used only for receiving reflected signals.
Основная антенна 1 имеет приемопередающий СВЧ-тракт 5. The
Каждая из приемных дополнительных антенн - 2 и 3 имеет свои СВЧ-тракты 6, соединяющие их с дистанционно управляемыми СВЧ-согласующими устройствами 7, обеспечивающими изменение фазы принимаемых дополнительными антеннами 2 и 3 сигналов относительно фазы сигналов в СВЧ-тракте 5 основной антенны 1. Для предотвращения попадания генерируемой передатчиком РЛС мощности из приемопередающего СВЧ-тракта основной антенны - 5 в приемные СВЧ-тракты дополнительных антенн 6 в их состав включены СВЧ-переключатели прием - передача 8, аналогичные по конструкции и характеристикам СВЧ-переключателю, защищающему приемник данной РЛС от попадания в него генерируемой энергии РЛС при излучении. Each of the receiving additional antennas - 2 and 3 has its
Для обеспечения смешивания сигналов, принимаемых основной и дополнительными антеннами, в состав антенны РЛС включен СВЧ-смеситель 9, соединенный своими входами с приемопередающим СВЧ-трактом основной антенны 5 и выходами СВЧ-переключателей прием - передача 8, а выходы - с СВЧ-трактом антенны РЛС 10, соединяющим антенну РЛС с приемопередатчиком. To ensure mixing of the signals received by the main and additional antennas, the radar antenna includes a microwave mixer 9, connected to the inputs of the transceiver microwave path of the
Функционирует предлагаемая антенна следующим образом. The proposed antenna operates as follows.
Генерируемый передатчиком РЛС сигнал поступает по СВЧ-тракту антенны РЛС 10 в СВЧ-смеситель 9, откуда по приемопередающему СВЧ-тракту 5 - к основной антенне 1 и излучается в пространство. Поступлению генерируемых сигналов в приемные СВЧ-тракты дополнительных антенн 2 и 3 препятствуют СВЧ-переключатели прием - передача 8. The signal generated by the radar transmitter is transmitted through the microwave path of the
Отраженные целью сигналы поступают в основную антенну 1 и, со смещением на угол 4 относительно оси основной антенны вправо и влево, в дополнительные приемные антенны 2 и 3. От основной антенны 1 принятые сигналы по тракту 5 поступают к смесителю 9. The signals reflected by the target arrive at the
Принятые дополнительными приемными антеннами 2 и 3 сигналы по СВЧ-трактам 6 поступают через соответствующие согласующие устройства 7 и СВЧ-переключатели прием - передача 8 на СВЧ-смеситель 9. Согласующие устройства 7 обеспечивают заданное изменение фазы принимаемых антеннами 2 и 3 сигналов от совпадающей до противоположной. The signals received by the
В результате в СВЧ-смеситель 9 поступают три сигнала - от основной антенны и два сигнала от дополнительных антенн, смещенных по фазе относительно основного на заданный устройствами 7 угол. As a result, the microwave mixer 9 receives three signals - from the main antenna and two signals from additional antennas that are phase-shifted relative to the main one by the angle specified by the devices 7.
Результирующий сигнал будет суммой или разностью основного сигнала и двух дополнительных. При полном совпадении фаз смешиваемых сигналов приемопередающих ДН антенны будет соответствовать суммарной ДН на фиг. 2 - кривой 3. При сложении сигналов в противофазе получим разностную ДН - кривую 2 на фиг. 3. При разности фаз суммируемых сигналов, равных 90 гр., результирующая ДН предлагаемой антенны будет соответствовать основной ДН - кривой 1 на фиг. 3. The resulting signal will be the sum or difference of the main signal and two additional ones. When the phases of the mixed signals of the transceiver antenna beams are completely identical, the total antenna beam in FIG. 2 -
Таким образом, изменяя фазу дополнительных сигналов относительно основного от нуля до 180 градусов, можно плавно изменять ширину ДН предлагаемой антенны от максимальной - кривая 3 до минимальной - кривая 2. Thus, changing the phase of the additional signals relative to the main one from zero to 180 degrees, it is possible to smoothly change the beam width of the proposed antenna from the maximum — curve 3 to the minimum —
Из изложенного следует, что предлагаемое устройство работоспособно и обеспечивает реализацию предлагаемого способа формирования управляемой по ширине ДН антенны РЛС. It follows from the foregoing that the proposed device is operable and provides the implementation of the proposed method for forming a radar antenna controlled along the width of the bottom beam.
Предлагаемое устройство может быть также изготовлено с согласующим устройством только для одного фиксированного положения суммирования сигналов, например на положение для получения только разностной ДН антенны. Такая конструкция антенны обеспечивает повышение точности пеленгования РЛС при сохранении прежних горизонтальных размеров волноводно-щелевой антенны или уменьшение горизонтальных размеров антенны, а следовательно, массогабаритных характеристик антенного поста и конструкций для его размещения (см. фиг. 5), при сохранении прежней точности пеленгования. The proposed device can also be manufactured with a matching device for only one fixed position of the summation of the signals, for example, the position to obtain only the differential antenna day. Such an antenna design improves the radar direction finding accuracy while maintaining the previous horizontal dimensions of the slot-waveguide antenna or reduces the horizontal dimensions of the antenna, and hence the overall dimensions of the antenna post and structures for its placement (see Fig. 5), while maintaining the same direction finding accuracy.
Для количественной оценки реальных пределов изменения ширины ДН антенны предлагаемой конструкции нами были произведены расчеты на ЭВМ диаграмм направленности антенн с различной шириной ДН по методике, изложенной в книге В. М. Гинсбург, И.Н. Белова. "Расчет параболических антенн". To quantify the real limits of the change in the width of the antenna beam of the proposed design, we performed computer calculations of the antenna patterns of different beam widths according to the method described in the book by V. M. Ginsburg, I. N. Belova. "Calculation of parabolic antennas."
Результаты расчетов сведены в таблицу 2. The calculation results are summarized in table 2.
Анализ результатов расчетов показывает, что предложенный способ формирования ДН с управляемой шириной обеспечивает изменение ширины ДН антенны РЛС как в сторону увеличения, так и в сторону ее уменьшения. Базируясь на данных таблицы 2, можно сделать вывод, что предлагаемый способ позволяет увеличить ширину ДН антенны РЛС примерно в полтора раза и уменьшить ее более чем в два раза. При этом суммарный диапазон изменения ширины ДН по отношению к ширине основной ДН составляет 3,73 раз. Analysis of the calculation results shows that the proposed method of forming a beam with a controlled width provides a change in the beam width of the radar antenna both in the direction of increase and decrease. Based on the data of table 2, we can conclude that the proposed method allows to increase the width of the bottom of the radar antenna about one and a half times and reduce it by more than two times. In this case, the total range of variation in the width of the pattern with respect to the width of the main pattern is 3.73 times.
Изложенное позволяет сделать вывод, что предлагаемый способ и устройство могут найти широкое применение в радиолокационной технике. The foregoing allows us to conclude that the proposed method and device can be widely used in radar technology.
Рассмотрим примеры практического использования данного изобретения. Consider examples of the practical use of this invention.
Одним из возможных направлений является использование изобретения в РЛС обнаружения с управляемой по ширине диаграммой направленности. Известно, что для улучшения условий обнаружения целей с помощью РЛС необходимо увеличить число облучаемых цель и интегрируемых при обработке в приемном устройстве импульсов (см. выражения 3, 4 и 5). One possible direction is the use of the invention in radar detection with a beam-guided radiation pattern. It is known that in order to improve the conditions for target detection using radar, it is necessary to increase the number of irradiated targets and the pulses integrated during processing in the receiving device (see
С этой точки зрения поиск целей лучше осуществлять со сравнительно широкой диаграммой направленности, обеспечивающей получение большего числа отраженных и обрабатываемых импульсов - Nи. Однако после обнаружения цели определение направления на нее целесообразно производить с использованием более узкой ДН для повышения точности пеленгования.From this point of view, it is better to search for targets with a relatively wide radiation pattern, which provides a larger number of reflected and processed pulses - N and . However, after detecting the target, it is advisable to determine the direction to it using a narrower DN to increase the accuracy of direction finding.
Предложенный способ и устройство позволяют осуществлять поиск целей с использованием широкой ДН, а после обнаружения цели переключать антенну на узкую ДН, обеспечивая повышение точности определения направления на цель. The proposed method and device allows you to search for targets using a wide beam, and after detecting the target, switch the antenna to a narrow beam, providing increased accuracy in determining the direction to the target.
Так при использовании антенны приведенной на фиг. 5б конструкции получим следующие характеристики:
Узкая ДН антенны - 0,7 гр.So when using the antenna of FIG. 5b of the design, we obtain the following characteristics:
Narrow antenna bottom - 0.7 g.
Широкая ДН антенны - 2,4 гр. Wide antenna bottom - 2.4 g.
Повышение дальности обнаружения целей при переходе на обзор с использованием широкой ДН - 17%. Increasing the range of target detection during the transition to a survey using a wide daylight rate - 17%.
Повышение точности пеленгования при переходе, после обнаружения цели, на использование узкой ДН - 3,41 раз. Improving the accuracy of direction finding during the transition, after detecting the target, to use a narrow beam - 3.41 times.
Уменьшение горизонтальных размеров антенны при сохранении той же точности пеленгования - 2,1 раз. Reducing the horizontal dimensions of the antenna while maintaining the same direction finding accuracy - 2.1 times.
Другим направлением использования данного изобретения может быть создание антенны РЛС с уменьшенными горизонтальными размерами и, следовательно, всего антенного поста или антенн с существующими габаритами и уменьшенной ДН, обеспечивающей повышение точностных характеристик РЛС. Another area of use of this invention may be the creation of a radar antenna with reduced horizontal dimensions and, consequently, the entire antenna post or antennas with existing dimensions and a reduced beam, providing improved accuracy characteristics of the radar.
В этом случае необходимо чтобы при приеме радиоволн происходило суммирование сигналов только в противофазе. Результаты расчетов показали возможность повышения точности пеленгования более чем в два раза или уменьшения на эту же величину габаритов антенны при сохранении прежней точности пеленгования. In this case, it is necessary that when receiving radio waves the summation of signals occurs only in antiphase. The calculation results showed the possibility of increasing the direction finding accuracy by more than two times or decreasing the antenna dimensions by the same amount while maintaining the same direction finding accuracy.
Конструкция антенны для обеспечения работы при одном фиксированном отношении фаз смешиваемых сигналов упрощается. Из устройства исключаются управляемые СВЧ-согласующие устройства, а соотношение фаз смешиваемых сигналов обеспечивается относительной длиной и характеристиками СВЧ-трактов от облучателей до СВЧ-смесителя. The antenna design for operation with a single fixed phase ratio of the mixed signals is simplified. Controlled microwave matching devices are excluded from the device, and the phase ratio of the mixed signals is ensured by the relative length and characteristics of the microwave paths from the irradiators to the microwave mixer.
При использовании данного способа необходимо учитывать, что предлагаемые способ и устройство при уменьшении ширины ДН антенны сохраняют прежним коэффициент направленности антенны. When using this method, it is necessary to take into account that the proposed method and device, while decreasing the antenna beam width, keep the antenna directivity constant.
При уменьшении габаритов антенны по сравнению с существующими обеспечивается, при сохранении прежней точности пеленгования целей, существенное снижение массогабаритных характеристик как антенны, так и конструкций для ее размещения на объекте, что хорошо видно на фиг. 5, где приведен внешний вид установленных на мачте антенны-прототипа и имеющей ту же точность пеленгования предлагаемой антенны. При этом необходимо учесть, что при линейном увеличении размеров антенны и ее радиуса обметания размеры площадок для установки антенны изменяются во всех трех измерениях. By reducing the dimensions of the antenna compared to the existing ones, while maintaining the same accuracy of direction finding of targets, it is possible to significantly reduce the weight and size characteristics of both the antenna and the structures for its placement on the object, which is clearly seen in FIG. 5, which shows the appearance of the prototype antenna mounted on the mast and having the same direction finding accuracy of the proposed antenna. It should be borne in mind that with a linear increase in the size of the antenna and its radius, the dimensions of the sites for installing the antenna change in all three dimensions.
В последнем случае необходимо учитывать, что пропорционально габаритам уменьшается и КНД антенны. Это необходимо учитывать при оценке общих характеристик РЛС. In the latter case, it must be taken into account that, in proportion to the dimensions, the antenna directivity also decreases. This must be taken into account when assessing the overall characteristics of the radar.
Использование предлагаемых способа и устройства особенно целесообразно при конструировании РЛС для малоразмерных носителей, таких как малые корабли, яхты и т.п., для которых массогабиратные характеристики часто являются решающими при выборе оборудования. The use of the proposed method and device is especially advisable in the design of radars for small carriers such as small ships, yachts, etc., for which the mass-dimensional characteristics are often crucial when choosing equipment.
Представляет интерес использование предлагаемых способа и устройства при конструировании коротковолновых антенн РЛС с возвратно-наклонным зондированием, горизонтальные размеры которых измеряются десятками и сотнями метров. It is of interest to use the proposed method and device in the design of short-wave radar antennas with reciprocating sensing, the horizontal dimensions of which are measured in tens and hundreds of meters.
Из изложенного следует, что предлагаемые способ формирования и устройство волноводно-щелевой антенны РЛС с управляемой по ширине диаграммой направленности работоспособно и имеет ряд преимуществ перед аналогичными существующими изделиями. It follows from the foregoing that the proposed method of formation and arrangement of a radar waveguide-slot antenna with a width-controlled radiation pattern is efficient and has several advantages over similar existing products.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98117865A RU2146844C1 (en) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | Method and device for shaping controlled-width pattern of radar slotted-waveguide antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98117865A RU2146844C1 (en) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | Method and device for shaping controlled-width pattern of radar slotted-waveguide antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2146844C1 true RU2146844C1 (en) | 2000-03-20 |
Family
ID=20210820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98117865A RU2146844C1 (en) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | Method and device for shaping controlled-width pattern of radar slotted-waveguide antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2146844C1 (en) |
-
1998
- 1998-09-28 RU RU98117865A patent/RU2146844C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6910557B2 (en) | Millimeter-wave communication systems and methods for determining the location of the first device based on the known location of the second device | |
| CN108469607B (en) | Unmanned aerial vehicle detection radar angle measurement method based on frequency scanning antenna | |
| CN106855622B (en) | A kind of angle-measuring method of phased array at subarray level radar | |
| CN105652245B (en) | A kind of solid state pulse compression radar width is from covering method | |
| CN110221299A (en) | A kind of spaceborne binary channels dualbeam InSAR flow measuring system | |
| CN105974390B (en) | Ji Sao metre wave radars mass centre angle-measuring method based on doppler information | |
| US6320541B1 (en) | Off-axis indicator algorithm for electrically large antennas | |
| US5812091A (en) | Radio interferometric antenna for angle coding | |
| RU2146844C1 (en) | Method and device for shaping controlled-width pattern of radar slotted-waveguide antenna | |
| RU2183891C2 (en) | Shaping method and device for small-size phased- array radar antenna with width-controlled directivity pattern | |
| JP2005189107A (en) | Radar system | |
| US3553691A (en) | Long range position determination system | |
| RU2278396C2 (en) | Device for calibrating surface radiolocation measuring complexes at small positioning angles | |
| Knorr | Weather radar equation correction for frequency agile and phased array radars | |
| EP0141886B1 (en) | Monopulse detection systems | |
| RU2530548C1 (en) | Protection method of surveillance radar station against passive jamming received on side lobes of antenna directivity pattern | |
| RU2038610C1 (en) | Low-altitude ground target-elevation radar indicator | |
| RU2699028C1 (en) | Method for direction-finding of a source of active interference | |
| CN114361815B (en) | Use method of sum-difference double-channel sidelobe suppression phased array antenna system | |
| KR102590715B1 (en) | Multipoint radar flow velocity meter | |
| Stratmann et al. | Sensitivity calibration of a dual-beam vertically pointing FM-CW radar | |
| Shirokov et al. | Some Aspects of Operation of System of Unmanned Vessel Positioning | |
| Graham et al. | Radar architecture using MIMO transmit subarrays | |
| EP4345499A1 (en) | Two-way radar beam pattern steering | |
| JP2005121421A (en) | Rcs measuring system for sea |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140929 |