Универсальная самофокусирующаяся активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат заключается в создании самофокусирующейся частотно привязанной на прием и на передачу активной антенной решетки обратного излучения вне зависимости от формы поверхности решетки и закона размещения на ней элементов решетки. Самофокусирующаяся решетка становится универсальной для требуемых при решении внешней задачи формирования луча, любой формы поверхности решетки и любого закона размещения на ней элементов. Для этого указанная решетка обратного излучения выполнена в виде матрицы, в точках пересечения горизонталей и вертикалей которой установлены приемопередающие элементы, и содержит задающий смеситель, первый и второй делители служебного сигнала, блок деления передаваемого сигнала и блок суммирования принятого сигнала, при этом приемопередающие элементы содержат первый и второй смесители принимаемого сигнала со служебными сигналами, первый и второй выделители несущей, смеситель суммирования выделенных несущих, смеситель формирования передаваемого сигнала, усилитель передаваемого сигнала, разделительный фильтр, малошумящий усилитель и смеситель суммирования принимаемого сигнала с несущей. 2 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике, в частности к активным пространственным фазированным антенным решеткам (ФАР), и может быть использовано при создании антенн с автоматическим наведением луча на направление приема радиосигналов.

Известны ретрансляционные антенные решетки, самофокусирующиеся на передачу сигнала в том направлении, откуда пришел сигнал. (Книга Бененсона и др. Антенные решетки. Стр.340-354, 1987). Однако они не являются самофокусирующимися на прием сигнала.

Однако недостатком приведенных в книге схем является тот факт, что хотя в приведенных в ней схемах рис.5.11 и рис.5.12 используются смесители для сложения фаз от разных гетеродинов и производится преобразование частоты, но в этих схемах используется гетеродин с качающейся частотой и частотно-зависимые линии задержки, при этом сложение фаз от строк и столбцов плоской антенной решетки невозможно.

Известные устройства, описанные в патентах US 6831600, H01Q 3/26, 14.12.2004, WO 03015212 H01Q 3/26 20.02.2003, JP 2002158528, H01Q 3/26, 31.05.2002, обладают теми же недостатками.

Другие схемы формирования необходимого фазового распределения в раскрыве фазированной антенной решетки приведены в книге А.С.Лаврова и Г.Б.Резникова «Антенно-фидерные устройства». В разделе 15.3 этой книги показаны схемы запитки излучателей для получения необходимых фазовых задержек. Как видно из рисунков 15.3 и 15.4, число управляющих фазовращателей плоской антенной фазированной решетки равно числу ее излучателей. Для прямоугольной плоской антенной решетки, имеющей N строк и М столбцов, общее число излучателей будет равно произведению числа строк на число столбцов, а суммарное число К фазовращателей равно К=N·M.

Технический результат устройства заключается в создании самофокусирующейся частотно привязанной на прием и на передачу активной антенной решетки обратного излучения вне зависимости от формы поверхности решетки и закона размещения на ней элементов решетки. Самофокусирующаяся решетка становится универсальной для требуемых при решении внешней задачи формирования луча, любой формы поверхности решетки и любого закона размещения на ней элементов.

Для достижения указанного технического результата предлагается универсальная самофокусирующаяся активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения, выполненная в виде матрицы, в точках пересечения горизонталей и вертикалей которой установлены приемопередающие элементы, и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы задающих частот f и δf, выходные сигналы служебных частот f₁ и f₂ которого соединены соответственно с первым и вторым делителями служебного сигнала, блок деления передаваемого сигнала и блок суммирования принятого сигнала, причем выходы первого делителя служебного сигнала образуют горизонтали и соединены с первыми входами приемопередающих элементов, причем выходы второго делителя служебного сигнала образуют горизонтали и соединены со вторыми входами приемопередающих элементов, выходы приемопередающих элементов, образующих вертикали, соединены с блоком суммирования принятого сигнала, а выходы блока деления передаваемого сигнала, также образующих вертикали, соединены с третьими входами приемопередающих элементов, при этом приемопередающие элементы содержат первый и второй смесители принимаемого сигнала со служебным сигналом, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами приемопередающих элементов, выходы первого и второго смесителей принимаемого сигнала со служебным сигналом соединены соответственно с входами первого и второго выделителей несущей, выходы которого соединены со входами смесителя суммирования выделенных несущих, выход которого соединен с первым входом смесителя формирования передаваемого сигнала, второй вход которого является третьим входом приемопередающего элемента, выход смесителя формирования передаваемого сигнала через усилитель передаваемого сигнала соединен с разделительным фильтром, который через малошумящий усилитель соединен со вторыми входами первого и второго смесителей принимаемого сигнала со служебным сигналом и первым входом смесителя суммирования принимаемого сигнала с несущей, второй вход которого соединен с выходом второго выделителя несущих, а выход смесителя суммирования принимаемого сигнала с несущей является выходом приемопередающего элемента.

На фиг.1 представлена общая функциональная схема приемопередающего элемента.

На фиг.2 представлена общая функциональная схема универсальной самофокусирующейся активной пространственной приемопередающей антенной решетки обратного излучения.

Приемопередающий элемент содержит разделительный фильтр 1 на прием и передачу, малошумящий усилитель 2, смесители принимаемого сигнала с служебными сигналами 3 и 4 f₁ и f₂, антенный элемент 5, выделители несущих 6 и 7, смеситель 8 суммирования принимаемого сигнала с выделенной несущей, смеситель суммирования выделенных несущих 9, смеситель формирования передаваемого сигнала 10, усилитель передаваемого сигнала 11.

Универсальная самофокусирующаяся активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения содержит смеситель получения служебных сигналов 12, приемопередающие элементы 13, сумматор принятых сигналов 14, делитель задаваемого, передаваемого сигнала 15, первый и второй делители служебного сигнала 16 и 17.

Универсальная самофокусирующаяся активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения функционирует следующим образом.

На задающий смеситель 12 подаются сигналы задающих частот f и δf, выходные сигналы служебных частот f₁=f+δf и f₂=f-δf которого подаются через первый и второй делители служебного сигнала 16 и 17 соответственно на один из входов смесителей 3 и 4 приемопередающих элементов, на вторые входы которых подаются сигналы f_пр с фазой ω_прt-ϕ. Сигналы f₁ имеют на входе смесителей 3 одинаковую для всех элементов решетки фазу ω₁t, а сигналы f₂ на входе смесителей 4 также одинаковую для всех элементов решетки фазу ω₂t.

Служебные сигналы промежуточной частоты с выходов смесителей уже несут в себе информацию о фазовой задержке (на данном элементе антенной решетки и их несущие после выделения могут быть использованы в режимах приема и передачи для компенсации фазовых задержек между элементами решетки. Выделение производится на выделителях несущей 6 и 7.

Несущая после выделителя несущей 7 имеет фазу (ω₁-ω_пр)t+ϕ и на смесителе суммирования принимаемого сигнала с несущей 8 суммируется с принимаемым сигналом, имеющим фазу ω_прt-ϕ. Выходной сигнал с смесителя суммирования принимаемого сигнала с несущей 8 имеет частоту f_1м, модулирован полезной информацией и имеет одинаковую для всех приемопередающих элементов 13 фазу ω_1мt. Он может суммироваться со всех приемопередающих элементов 13 решетки.

Передаваемый сигнал формируется следующим образом. Выделенные несущие после выделителей 6 и 7, имеющие фазы (ω₂-ω_пр)t+ϕ и (ω₁-ω_пр)t+ϕ суммируются на смесителе суммирования выделенных несущих 9. Суммарный сигнал имеет фазу (2ω-2ω_пр)t+2ϕ. Этот сигнал суммируется на смесителе формирования передаваемого сигнала 10 с сигналом f₃, имеющим одинаковую для всех приемопередающих элементов 13 фазу ω₃t. На выходе приемопередающего элемента 13 мы имеем фазу (2ω+ω₃-2ω_пр)t+2ϕ передаваемого сигнала.

Условием совпадения принимаемого и передаваемого лучей является равенство

2ω+ω₃-2ω_пр=2ω_пр

Отсюда частота f выбирается из условия f=2f_пр-f₃/2, а частота δf должна быть

δf<<f-f_пр

универсальная самофокусирующаяся решетка обратного излучения может успешно работать на прием и передачу при любой форме поверхности ее раскрыва. Она также может быть успешно реализована как с эквидистантным, так и неэквидистантным размещением элементов на поверхности раскрыва антенны.

Универсальная самофокусирующаяся активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения, выполненная в виде матрицы, в точках пересечения горизонталей и вертикалей которой установлены приемопередающие элементы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы задающих частот f и δf, выходные сигналы служебных частот f₁ и f₂ которого соединены соответственно с первым и вторым делителями служебного сигнала, блок деления передаваемого сигнала и блок суммирования принятого сигнала, причем выходы первого делителя служебного сигнала образуют горизонтали и соединены с первыми входами приемопередающих элементов, причем выходы второго делителя служебного сигнала образуют горизонтали и соединены со вторыми входами приемопередающих элементов, выходы приемопередающих элементов, образующих вертикали, соединены с блоком суммирования принятого сигнала, а выходы блока деления передаваемого сигнала, также образующих вертикали, соединены с третьими входами приемопередающих элементов, при этом приемопередающие элементы содержат первый и второй смесители принимаемого сигнала со служебными сигналами, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами приемопередающих элементов, выходы первого и второго смесителей принимаемого сигнала со служебными сигналами соединены соответственно с входами первого и второго выделителей несущей, выходы которых соединены со входами смесителя суммирования выделенных несущих, выход которого соединен с первым входом смесителя формирования передаваемого сигнала, второй вход которого является третьим входом приемопередающего элемента, выход смесителя формирования передаваемого сигнала через усилитель передаваемого сигнала соединен с разделительным фильтром, который через малошумящий усилитель соединен со вторыми входами первого и второго смесителей принимаемого сигнала со служебными сигналами и первым входом смесителя суммирования принимаемого сигнала с несущей, второй вход которого соединен с выходом второго выделителя несущих, а выход смесителя суммирования принимаемого сигнала с несущей является выходом приемопередающего элемента.