Формувач парціальних характеристик спрямованості інтерференційної антени

1. Формирователь парциальных характеристик направленности интерференционной антенны, содержащий N входов, подключенных к N-входовому сумматору, выход которого соединен с одним из М+1 выходов формирователя, а также М N-входовых линий задержки, одноименные входы которых соединены с одним из входов фор мирователя, а выходы - с его выходами, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что линии задержки выполнены в виде мультиплексоров на приборах с зарядовой связью и имеют управляющие входы, к которым подключены соответствующие им выходы введенного в состав формирователя синтезатора сетки частот. 2. Формирователь по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что каждая линия задержки снабжена К = N дополнительными входами, соединенными с входами формирователя в обратном по отношению к своим N-входам порядке, а также дополнительным выходом, подключенным к соответствующему ему дополнительному выходу формирователя. Изобретение относится к структурным схемам формирователей парциальных характеристик направленности (далее ФПХН) интерференционных антенн. Такие формирователи могут быть использованы для повышения эффективности инфра- или ультразвуковых гидролокаторов, ультразвуковых дефектоскопов и медицинских диагностических приборов, оснащенных по меньшей мере двумя работающими в режиме интерференционного взаимодействия акустическими излучателями. При этом каждый из используемых в одной антенне (или одном датчике) акустических излучателей характеризуется собственной, частичной по отношению к ан тенне (или датчику) в целом парциальной « характеристикой направленности (далее ХН) акустического излучения. Должно быть очевидно, что используемые в указанных приборах эквидистантные^ дискретные антенны (датчики) интерферен-' ционного типа) одновременно зондирующие пространство поиска несколькими взаимосвязанными акустическими лучами, смогут обеспечить тем большую точность обнаружения нескольких целей (в гидроакустике) или дефектов (в дефектоскопии) и тем большую достоверность диагностики, чем острее будут сформированы парциональные ХН взаимодействующих акустических излу с > 21469 чателей и чем точнее эти ХН будут сориентированы в пространстве поиска. Известен ФПХН последовательного типа, который описан в патенте США № 4233678, I O I . G O I S 3/80, опубл. 11.11.80. 5 Этот формирователь содержит последовательно включенные входы, линии задержки (далее-л.з.), выполненные в виде двух регистров, сумматор, вычислитель и синхронизатор, который связан с л.з., выходы которых 10 соединены с выходами формирователя. Недостатком формирователя является его одночзстотность, т.е. возможность работы только на одной фиксированной частоте входных сигналов, для которой обеспечива- 15 ется достаточная точность квадратурной обработки суммарного сигнала. По технической сущности к предлагаемому техническому решению наиболее близок известный из книги Смарышева М.Д. и 20 Добровольского Ю.Д. "Гидроакустические антенны", Л., Судостроение, 1984, с.11, рис.1.7. Формирователь-прототип содержит N входов, подключенных к N-входовому сумматору, выход которого соединен с одним из 25 М+1 выходов формирователя, а также М Nвходовых л.з. Одноименные (т.е. 1-ые, 2ые 5-ые и т.д.) входы л.з. соединены с одним из входов формирователя, а выходы с его выходами. Здесь и далее: N - число 30 входов формирователя, равное количеству преобразователей антенны. М - число л.з,, равное количеству формируемых ХН, смещенных относительно нулевой ХН, которая формируется сумматором-отсюда М+1 вы- 35 ход. Недостатком описанного формирователя являются его ограниченные функциональные возможности, в частности - низкая точность ориентации ХН в пространстве, не- 40 перекрытые области контролируемого пространства, низкая скорость обнаружения цели и т.д. Перечисленные недостатки обусловлены фиксированным расположением ХН в пространстве, т.к. отсутствует регули- 45 ровка их совместного и относительного, по отношению друг к другу, положения. В основу изобретения положена задача разработать ФПХН, который обеспечивает регулировку расположения в пространстве 50 как всего набора ХН, так и каждой из них в отдельности, и за счет этого расширить функциональные возможности формирователя. Поставленная задача решена тем, что в ФПХН интерференционной антенны, содер- 55 жащем N входов, подключенных к N-входовому сумматору, выход которого соединен с одним из М+1 выходов формирователя, а также М N-входоаых л.з., одноименные входы которых соединены с одним из входов формирователя, а выходы с его выходами, согласно изобретению, л.з. выполнены в виде мультиплексоров на приборах с зарядовой связью (далее - ПЗС) и имеют управляющие входы, к которым подключены соответствующие им выходы введенного в состав формирователя синтезатора сетки частот (ССЧ).' • В заявляемом формирователе отличительными от прототипа существенными признаками являются: выполнение л.з. в виде мультиплексоров на ПЗС; наличие у л.з. управляющих входов; синтезатор сетки частот (ССЧ); соединение выходов синтезатора сетки частот (ССЧ) с управляющими входами л.з. В пользу соответствия предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень", в результате проведенных информационно-патентных исследований, свидетельствует тот факт, что специалисты в области конструирования антенн до настоящего времени не пришли к объединению известных по отдельности управляемых л.з., выполненных в виде мультиплексоров на ПЗС и синтезаторов частот для решения весьма насущной задачи управления парциальными ХН. Именно совокупность указанных отличительных и известных из прототипа существенных признаков, объединенных в одно целое описанным выше образом, позволила решить поставленную задачу. Выполнение л.з. в виде мультиплексоров на ПЗС, управляемых ССЧ позволяет, за счет изменения управляющих частот, регулировать время задержки в л.з., а следовательно регулировать положение в пространстве как всего набора парциальных ХН, так и отдельных ХН относительно друг друга. Такая регулировка существенно расширяет функциональные возможности формирователя, а именно повышается точность ориентации ХН в пространстве и уменьшается время обнаружения цели, перекрываются неперекрываемые прототипом области контролируемого пространства. Необходимо также отметить, что выполнение л.з. в виде мультиплексоров на ПЗС (интегральные схемы) позволяет значительно уменьшить размеры формирователя по сравнению с формирователем-прототипом, л.з. которого выполнены на индуктивно-емкостных цепочках. Упрощается также технология его изготовления. Весь формирователь можно выполнить в виде одной микросхемы. Еще большими, функциональными возможностями характеризуется 2-ой вариант 21469 ФПХН, каждая л.з. которого снабжена K=N дополнительными входами, соединенными с входами формирователя в обратном, по отношению к своим N-входам, порядке, а также дополнительным выходом, подключенным к соответствующему ему дополнительному выходу формирователя. В этом формирователе, за счет наличия дополнительных входов, количество которых равно числу входов вышеописанного формирователя, подключенных к его входам в обратном порядке (если в 1-ом варианте 1-й вход л.з. соединен с 1-ым входом ФПХН, 2-ой - со 2-ым, а последний - с последним, то здесь - 1-ый - с последним дополнительным, 2-ой - с предпоследним, а последний с 1-ым, или наоборот), формируется дополнительный набор парциальных ХН, количество которых равно числу ХН, смещенных относительно нулевой ХН в первом варианте формирователя, нэ расположенных зеркально по отношению к ним. 5 10 15 20 На фиг.1 показана структурная схема 1го варианта заявляемого ФПХН с 3-мя мультиплексорами, на фиг. 2 - та же, 2-го 25 варианта; на фиг.З изображены диаграммы ХН 1-го варианта преобразователя; на фиг.4 - то же, 2-го варианта. Заявляемый ФПХН на 4 ХН содержит (фиг.1): 5 входов: - Вх.1 - Вх.5, на которые 30 поступают сигналы с 5-ти преобразователей (на чертеже не показаны) антенны; 5-ти входовый сумматор 1, входы которого подключены к входам Вх.1-Вх.5; три 5-ти входовых мультиплексора 2, 3, 4, входы N1-N5 кото- 35 рых подключены к входам Вх.1-Вх.5,а выходы - к выходам Вых.1-Вых.З формирователя, Вых.4, которого соединен с выходом сумматора 1; ССЧ 5, выходы которого подключены к управляющим входам мульти- 40 плексоров 2, 3, 4. Вариант формирователя, показанного на фиг.2, отличается наличием дополнительных входов К1-К5 мультиплексоров 2. 3, 4, к 45 которым в обратном, по отношению к входам N1-N5 порядке, подключены входы Вх. 1-Вх.5, а также дополнительных выходов Вых.1-Вых.З. 50 Практически узлы предлагаемого формирователя могут быть реализованы на серийновыпускаемых элементах. Сумматор 1 может быть выполнен на резисторах, муль55 типлексоры 2, 3, 4 на интегральных схемах (ИС) 528 БРЗ, ССЧ 5 выполняется на базе генератора частот, например ИС 555 АГЗ, к выходу которого подключен делитель частот, например ИС 564 ИЕ15. На фиг.З, 4 изображены диаграммы направленности заявляемого формирователя - 1-го варианта (фиг.1) и 2-го (фиг.2) соответственно. Пунктирными линиями изображены некоторые возможные положения ХН, получаемые путем регулировки (изменения частот ССЧ). Буквой Во обозначена нулевая ХН. В 1 Ф В 2 . В 3 - ХН, смещенные на заданные углы относительно нулевой ХН; - B j , -B 2 , -В 3 зеркальные относительно B 1 t B 2 , В 3 Х Н формирователя, показанного на фиг.2. ФПХН работает следующим образом. На входы Вх.1-В.5 (фиг.1) поступают сигналы вида An(t) = cos(a>t + t m n ), где n « 1, 2 5 - порядковый номер сигнала, а>- угловая частота, t m n - время запаздывания п-го сигнала при приеме с m-го направления. Сигналы An(t) поступают параллельно на сумматор 1 и входы N1-N5 мультиплексоров 2, 3. 4. Путем суммирования сигналов An(t), выполняемого без изменения их фазовых соотношений, на Вых.4 формируется сигнал B0(t), соответствующий нулевой ХН (фиг.З). Остальные М (в данном случае - три) ХН формируются мультиплексорами 2, 3, 4. Сигнал Bm(t), соответствующий каждой из трех ХН (т-ой), получают путем задержки сигналов An(t) на различные периоды времени с последующим их суммированием. Задержка A n (t) и регулировка времени задержки осуществляется путем установки и изменения частоты с помощью ССЧ 5. Сформированные сигналы В ^ - В з ф поступают на выходы Вых.1-Вых.З. Изменяя коэффициенты делителей частоты, входящих в состав ССЧ 5, можно перестраивать Ф П Х Н на формирование парциальных ХН, которым будут соответствовать заданные углы компенсации. Аналогичным образом работает ФПХН, изображенный на фиг.2. Отличием является то, что входные сигналы с входов Вх.1-Вх.5 поступают, помимо входов N1-N5, надополнительные входы К1-К5 в обратном порядке. В результате на дополнительных выходах Вых.-1, -Вых. -3 формируются зеркальные по отношению к В э - В 3 ХН; - B i , -Bj и ~В 3 (фиг.4). 21469 Bx.I • > о о Вх.Ь Й1 5 і h гй ССЧ і іОТЬТИП Вых.І " Ві х . 2 Впх.З Вых. 4 Фиг. і Вх.1