RU2831213C1 - Adaptive antenna - Google Patents
Adaptive antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2831213C1 RU2831213C1 RU2024116278A RU2024116278A RU2831213C1 RU 2831213 C1 RU2831213 C1 RU 2831213C1 RU 2024116278 A RU2024116278 A RU 2024116278A RU 2024116278 A RU2024116278 A RU 2024116278A RU 2831213 C1 RU2831213 C1 RU 2831213C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- input
- attenuator
- output
- controller
- Prior art date
Links
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике антенн и может быть использовано в радиотехнических системах навигации при приеме сигналов в условиях воздействия помех.The invention relates to radio engineering, namely to antenna engineering, and can be used in radio navigation systems when receiving signals under interference conditions.
Известна многофункциональная адаптивная антенная решетка (см., патент РФ № 2579996, H01Q 21/00, опубл. 10.04.2016, Бюл. №10), содержащую N антенных элементов, выходы которых подключены ко входам с одной стороны адаптивного процессора, а с другой - блоков комплексного взвешивания сигналов, выходы которых соединены со входами сумматора. В свою очередь выходы адаптивного процессора подсоединены к управляющим входам N блоков комплексного взвешивания сигналов. A multifunctional adaptive antenna array is known (see Russian Federation Patent No. 2579996, H01Q 21/00, published 10.04.2016, Bulletin No. 10), containing N antenna elements, the outputs of which are connected to the inputs on one side of the adaptive processor, and on the other side of the complex signal weighting units, the outputs of which are connected to the inputs of the adder. In turn, the outputs of the adaptive processor are connected to the control inputs of the N complex signal weighting units.
Недостатком данной адаптивной антенной решетки являются её существенная сложность в аппаратной реализации. The disadvantage of this adaptive antenna array is its significant complexity in hardware implementation.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является антенна (см. Riyan Wang, Bin Li, Hongyin He, Kunming Yang, Wei Feng, Zhijian Chen, Quad-channel broadband compact multi-antenna GNSS down-converter for high-reliability navigation// Transportation Safety and Environment, Volume 5, Issue 4, September 2023, p. p. 1-7, https://doi.org/10.1093/tse/tdad029), содержащая антенную решетку 2х2, подключенную ко входу четырехканального модуля преобразования сигнала, каждый из каналов которого состоит из последовательно соединенных малошумящего усилителя, полосового фильтра, смесителя, усилителя промежуточной частоты и аналого-цифрового преобразователя, опорный генератор с системой ФАПЧ, процессор цифровой обработки сигнала, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), аналоговый перемножитель (АП), выход которого подключен ко входу одноантенного приемника навигационных сигналов. При этом выход опорного генератора с одной стороны подсоединен к соответствующим входам смесителей четырехканального модуля, а с другой к первому входу АП, второй вход которого подключен к выходу ЦАП.The closest in technical essence to the claimed device is an antenna (see Riyan Wang, Bin Li, Hongyin He, Kunming Yang, Wei Feng, Zhijian Chen, Quad-channel broadband compact multi-antenna GNSS down-converter for high-reliability navigation// Transportation Safety and Environment , Volume 5, Issue 4, September 2023, pp 1-7, https://doi.org/10.1093/tse/tdad029 ), containing a 2x2 antenna array connected to the input of a four-channel signal conversion module, each channel of which consists of a series-connected low-noise amplifier, a bandpass filter, a mixer, an intermediate frequency amplifier and an analog-to-digital converter, a reference oscillator with a PLL system, a digital signal processing processor, a digital-to-analog converter (DAC), an analog multiplier (AM), the output of which is connected to the input of a single-antenna navigation signal receiver. In this case, the output of the reference generator is connected on one side to the corresponding inputs of the mixers of the four-channel module, and on the other side to the first input of the AP, the second input of which is connected to the output of the DAC.
Недостатком данной антенны является существенная сложность в аппаратной реализации. К тому же для качественного подавления помеховых сигналов необходимо обеспечить идентичность каналов модуля преобразования сигнала, что в данном случае является сложной задачей.The disadvantage of this antenna is the significant complexity of the hardware implementation. In addition, for high-quality suppression of interference signals, it is necessary to ensure the identity of the channels of the signal conversion module, which in this case is a difficult task.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение аппаратной реализации адаптивной антенны. The technical result of the claimed invention is the simplification of the hardware implementation of the adaptive antenna.
Указанный технический результат достигается тем, что в адаптивную антенну, содержащую четыре антенны, выходы которых соединены со входами соответствующих им идентичных каналов передачи сигнала, контроллер и одноантенный приемник навигационных сигналов, дополнительно введены последовательно соединенные пятая антенна и аттенюатор, сумматор, выход которого подключен к антенному входу приемника, имеющего функцию определения соотношения сигнал/шум по спектру навигационных сигналов и связанного с контроллером по цифровой линии связи, выход аттенюатора соединен с первым входом сумматора, а его второй, третий, четвертый и пятый входы - с выходами соответствующих каналов передачи сигналов, каждый из которых образован первым твердотельным СВЧ-переключателем, выход которого подключен к первому входу второго твердотельного СВЧ-переключателя через цепочку из последовательно соединенных управляемых фазовращателя и аттенюатора, второй же вход второго переключателя подключен к общей шине через резистор сопротивлением 50 Ом, в свою очередь выходы контроллера подключены к соответствующим управляющим входам переключателей, фазовращателей и аттенюаторов, входящих в состав каналов передачи сигналов, антенны представляют собой параллельные линейные вибраторы, расположенные в пространстве таким образом, что первый из них находится в центре круга с радиусом λ/4, где λ -длина рабочей волны, а остальные четыре - периферийные - размещены равномерно - с углом раствора в 45°C на окружности.Said technical result is achieved in that an adaptive antenna comprising four antennas, the outputs of which are connected to the inputs of identical signal transmission channels corresponding to them, a controller and a single-antenna receiver of navigation signals, additionally includes a series-connected fifth antenna and an attenuator, a summer, the output of which is connected to the antenna input of a receiver having the function of determining the signal/noise ratio across the spectrum of navigation signals and connected to the controller via a digital communication line, the output of the attenuator is connected to the first input of the summer, and its second, third, fourth and fifth inputs are connected to the outputs of the corresponding signal transmission channels, each of which is formed by a first solid-state microwave switch, the output of which is connected to the first input of the second solid-state microwave switch via a chain of series-connected controlled phase shifters and an attenuator, the second input of the second switch is connected to the common bus through a 50 Ohm resistor, in turn, the controller outputs are connected to the corresponding control inputs of the switches, phase shifters and attenuators included in the signal transmission channels, the antennas are parallel linear vibrators located in space in such a way that the first of them is in the center of a circle with a radius of λ/4, where λ is the length of the operating wave, and the remaining four - peripheral - are placed evenly - with an opening angle of 45°C on the circumference.
На момент подачи заявки авторами не обнаружены технические решения аналогичные или сходные отличительным признакам предполагаемого изобретения в патентах или в научно-технической литературе как в РФ, так и за границей, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства всем условиям патентоспособности.At the time of filing the application, the authors did not find technical solutions similar or similar to the distinctive features of the proposed invention in patents or in scientific and technical literature either in the Russian Federation or abroad, which allows us to conclude that the proposed device complies all conditions of patentability.
Предполагаемое изобретение поясняется чертежами:The proposed invention is illustrated by drawings:
Фиг. 1 -конструкция адаптивной антенны;Fig. 1 - design of an adaptive antenna;
Фиг. 2 -диаграмма направленности в вертикальной плоскости адаптивной антенны на первом шаге режима адаптации; Fig. 2 - the radiation pattern in the vertical plane of the adaptive antenna at the first step of the adaptation mode;
Фиг. 3- диаграмма направленности в вертикальной плоскости адаптивной антенны в рабочем режиме.Fig. 3 - directional diagram in the vertical plane of the adaptive antenna in operating mode.
Адаптивная антенна (Фиг. 1) содержит, пять антенн 1-5, выполненных в виде параллельных линейных вибраторов, расположенных в пространстве таким образом, что первый из них 1 находится в центре круга с радиусом λ/4, где λ -длина рабочей волны, а остальные четыре (2-5) - периферийные - размещены равномерно - с углом раствора в 45°C на окружности, аттенюатор 6, вход которого подключен к выходу центральной антенны 1, сумматор 7, выход которого подсоединен к антенному входу приемника 8, имеющего функцию определения соотношения сигнал/шум по спектру навигационных сигналов и связанного с контроллером 9 по цифровой линии связи 10, выход аттенюатора 6 соединен с первым входом сумматора 7, а его второй, третий, четвертый и пятый входы - с выходами периферийных антенн 2-5 посредством четырех одинаковых каналов передачи сигнала , где i = 1 … 4, каждый из которых образован первым твердотельным СВЧ-переключателем , выход которого подключен к первому входу второго твердотельного СВЧ-переключателя через цепочку из последовательно соединенных управляемых фазовращателя и аттенюатора , второй же вход переключателя подсоединен к общей шине через резистор сопротивлением 50 Ом. Линии и управления работой соответственно переключателей и линии и , определяющие параметры фазовращателя и аттенюатора , объединены в шину 21, подключенную к выходу контроллера 9.The adaptive antenna (Fig. 1) comprises five antennas 1-5, made in the form of parallel linear vibrators, located in space in such a way that the first of them 1 is in the center of a circle with a radius of λ/4, where λ is the length of the operating wave, and the remaining four (2-5) - peripheral - are placed uniformly - with an opening angle of 45°C on the circumference, an attenuator 6, the input of which is connected to the output of the central antenna 1, a summer 7, the output of which is connected to the antenna input of a receiver 8, having the function of determining the signal/noise ratio by the spectrum of navigation signals and connected to a controller 9 via a digital communication line 10, the output of the attenuator 6 is connected to the first input of the summer 7, and its second, third, fourth and fifth inputs are connected to the outputs of the peripheral antennas 2-5 by means of four identical signal transmission channels, where i = 1 … 4, each of which is formed by the first solid-state microwave switch, the output of which is connected to the first input of the second solid-state microwave switchthrough a chain of series-connected controlled phase shifters and attenuator, the second input of the switchconnected to the common bus via a resistorresistance 50 Ohm. Lines And control the operation of the switches accordingly And lines And , determining the parameters of the phase shifterand attenuator, are combined into bus 21, connected to the output of controller 9.
Адаптивная антенна функционирует следующим образом. The adaptive antenna operates as follows.
Работа адаптивной антенны распадается на два этапа:The operation of an adaptive antenna is divided into two stages:
этап адаптации;adaptation stage;
собственно рабочий режим.the actual working mode.
В свою очередь этап адаптации выполняется за четыре шага. На первом шаге контроллер 9 устанавливает на линиях и такие уровни, что:In turn, the adaptation stage is performed in four steps. In the first step, controller 9 sets the lines And such levels that:
пара переключателей и переводится в положение, когда выход антенны 2 отключается от первого входа сумматора 7, который, в свою очередь, подсоединяется к общей шине через резистор (см. Фиг. 1); a pair of switches And is transferred to a position where the output of antenna 2 is disconnected from the first input of adder 7, which, in turn, is connected to the common bus via a resistor (see Fig. 1);
пары переключателей и , и , и устанавливаются в положение при котором сигналы с антенн 3, 4 и 5 попадают на третий, четвертый и пятый входы сумматора 7, пройдя через соответствующую цепочку из последовательно соединенных управляемых фазовращателя и аттенюатора. pairs of switches And , And , And are set in a position in which signals from antennas 3, 4 and 5 reach the third, fourth and fifth inputs of adder 7, having passed through a corresponding chain of series-connected controlled phase shifters and attenuators.
По завершении вышеперечисленных действий, формируется некий аналог антенны, известной под названием «волновой канал», в которой роль директора играет вибратор 2, активного элемента − вибратор 1, а рефлекторов − вибраторы 3−5. Наличие аттенюатора 6 обусловлено необходимостью выравнивания исходного затухания сигналов в центральном и периферийных каналах.Upon completion of the above actions, a certain analogue of an antenna is formed, known as a "wave channel", in which the role of the director is played by vibrator 2, the active element is vibrator 1, and the reflectors are vibrators 3-5. The presence of attenuator 6 is due to the need to equalize the initial attenuation of signals in the central and peripheral channels.
Далее, используя информацию о величине соотношения сигнал/шум, которая поступает по линии связи 10 с приемника 8 в контроллер 9, последний устанавливает такие величины фазового сдвига, вносимые фазовращателями , и , а также значения коэффициентов передачи аттенюаторов , и , которые максимизирует значение сигнал/шум. Next, using the information about the signal/noise ratio value, which comes via communication line 10 from receiver 8 to controller 9, the latter sets such phase shift values introduced by the phase shifters , And , as well as the values of the attenuator transmission coefficients , And , which maximizes the signal-to-noise ratio.
По окончании данной процедуры контроллер 9 переходит к выполнениюUpon completion of this procedure, controller 9 proceeds to execution
остальных шагов, на каждом из которых повторяются операции, описанные выше, за исключением того, что от входа сумматора 7 поочередно отключается одна из оставшихся антенн 3-5, в то время как три другие периферийные антенны подключаются к соответствующим входам сумматора 7. the remaining steps, at each of which the operations described above are repeated, except that one of the remaining antennas 3-5 is disconnected in turn from the input of adder 7, while the other three peripheral antennas are connected to the corresponding inputs of adder 7.
При этом контроллер формирует матрицу: In this case, the controller forms a matrix:
где − фазовый сдвиг, вносимый фазовращателем на шаге адаптации ();Where - phase shift introduced phase shifter on adaptation step ( );
– коэффициент передачи аттенюатора на шаге адаптации; – transmission coefficient attenuator on adaptation step;
− значение соответствующей величины не определено; - the value of the corresponding quantity is not determined;
− величина отношения сигнал/шум полученная на шаге адаптации. - the value of the signal-to-noise ratio obtained at adaptation step.
На этом завершается этап адаптации. This completes the adaptation stage.
Далее контроллер переводит устройство в рабочий режим, когда приемникThe controller then switches the device to operating mode when the receiver
определяет текущие координаты объекта, путем обработки аддитивной смеси полезных сигналов и помех, имеющих место на выходе сумматора 7, при условии, что контроллер, на основании анализа матрицы А, устанавливает такую конфигурацию антенной системы, которая соответствует шагу адаптации, когда была достигнута максимальная величина соотношения . determines the current coordinates of the object by processing the additive mixture of useful signals and interference present at the output of adder 7, provided that the controller, based on the analysis of matrix A , sets such a configuration of the antenna system that corresponds adaptation step when the maximum value of the ratio was reached .
Для определения степени подавления помехи предлагаемой адаптивной антенной обратимся к Фиг. 2 и Фиг.3, на которых представлены диаграммы направленности устройства, соответствующие шагам адаптации с минимальным и максимальным значениями сигнал/шум. Как следует из Фиг. 3, удается сформировать провал в ДН в направлении на источник преднамеренных помех и достичь подавления помехи на 10 дБ.To determine the degree of interference suppression by the proposed adaptive antenna, let us refer to Fig. 2 and Fig. 3, which show the directional patterns of the device corresponding to the adaptation steps with the minimum and maximum signal/noise values. As follows from Fig. 3, it is possible to form a dip in the DD in the direction of the source of intentional interference and achieve interference suppression by 10 dB.
По прошествии определенного времени контроллер 9 повторно переводит предлагаемое устройство в режим адаптации, который описан ранее. На это время приемник запоминает навигационную информацию. По завершении этапа адаптации устройство возвращается в рабочий режим. Подобная смена режимов осуществляется с периодом, величина которого зависит от динамики помеховой обстановки.After a certain time, the controller 9 again switches the proposed device to the adaptation mode, which was described earlier. During this time, the receiver remembers the navigation information. Upon completion of the adaptation stage, the device returns to the operating mode. Such a change of modes is carried out with a period, the value of which depends on the dynamics of the interference situation.
Сравнительный анализ адаптивной антенны и устройства-прототипа показывает, что предложенное устройство имеет существенно более простую структуру, т. к. не содержит в своем составе сложную систему преобразовательных каналов, которые должны быть выполнены с высокой степенью идентичности, а также не осуществляется повторное гетеродинирование с целью переноса отфильтрованных информационных сигналов на несущую частоту навигационного сигнала.A comparative analysis of the adaptive antenna and the prototype device shows that the proposed device has a significantly simpler structure, since it does not contain a complex system of conversion channels that must be implemented with a high degree of identity, and no repeated heterodyning is performed to transfer filtered information signals to the carrier frequency of the navigation signal.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2831213C1 true RU2831213C1 (en) | 2024-12-02 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1506569A1 (en) * | 1987-06-25 | 1989-09-07 | Московский Электротехнический Институт Связи | Device with adaptive array for receiving broadband signals |
| US5596329A (en) * | 1993-08-12 | 1997-01-21 | Northern Telecom Limited | Base station antenna arrangement |
| RU2466482C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-11-10 | Дмитрий Давидович Габриэльян | Adaptive antenna array |
| RU2573787C1 (en) * | 2014-11-06 | 2016-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Multibeam adaptive antenna array |
| RU2579996C2 (en) * | 2014-01-16 | 2016-04-10 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Multifunctional adaptive antenna array |
| RU2744030C1 (en) * | 2020-09-02 | 2021-03-02 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Combined adaptive antenna array |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1506569A1 (en) * | 1987-06-25 | 1989-09-07 | Московский Электротехнический Институт Связи | Device with adaptive array for receiving broadband signals |
| US5596329A (en) * | 1993-08-12 | 1997-01-21 | Northern Telecom Limited | Base station antenna arrangement |
| RU2466482C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-11-10 | Дмитрий Давидович Габриэльян | Adaptive antenna array |
| RU2579996C2 (en) * | 2014-01-16 | 2016-04-10 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Multifunctional adaptive antenna array |
| RU2573787C1 (en) * | 2014-11-06 | 2016-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Multibeam adaptive antenna array |
| RU2744030C1 (en) * | 2020-09-02 | 2021-03-02 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Combined adaptive antenna array |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4298873A (en) | Adaptive steerable null antenna processor | |
| US7352325B1 (en) | Phase shifting and combining architecture for phased arrays | |
| CN103401072B (en) | Phased Array Antenna System and Beam Steering Method Based on Periodic Amplitude Control | |
| CN111370873B (en) | High-efficiency phase modulation system based on time modulation array | |
| EP3494614B1 (en) | Method and transmitter for transmit beamforming in a wireless communication system | |
| CN101587188A (en) | Monopulse radar system based on time modulation antenna array | |
| US11469501B2 (en) | Beam steerable antenna system, method of manufacturing thereof and method of beam steering an antenna array | |
| US5410321A (en) | Directed reception pattern antenna | |
| US10637522B2 (en) | Apparatus, control method, and non-transitory computer readable medium storing program | |
| RU2831213C1 (en) | Adaptive antenna | |
| US5252983A (en) | Method for reducing side lobes in antenna patterns | |
| Joseph et al. | Subsampling time-modulated array for reduced hardware down conversion and beamforming | |
| JP2002185378A (en) | Array antenna system | |
| EP0371133B1 (en) | Holographic radar | |
| US10979091B1 (en) | Reconfigurable wideband image suppressing receiver | |
| Kharalkar et al. | A review of phased-array receiver architectures for 5G communications | |
| US20240413545A1 (en) | Radio frequency (rf) phased-array detector | |
| JPH0831737B2 (en) | Antenna device | |
| JPH05291813A (en) | Beam compression processing method for antenna pattern | |
| US11462838B2 (en) | Tapering for MIMO | |
| RU2002132544A (en) | SHIP COMPLEX OF RADIO ELECTRONIC OPPOSITION | |
| Prasad et al. | Noise figure analysis of beamforming systems | |
| SU832745A1 (en) | Multichanel receiving device | |
| RU2146076C1 (en) | Analog-digital signal processing unit | |
| CN112311437B (en) | Receiving method of analog-digital mixed multi-beam receiving array with cylindrical omnibearing coverage |