Оптическая фазированная антенная решетка


 


Владельцы патента RU 2552142:

Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" (RU)

Изобретение относится к фазированным антенным решеткам. Технический результат изобретения заключается в расширении арсенала технических средств реализации оптической ФАР. Оптическая фазированная антенная решетка содержит пучок оптических волокон, торцы которых с одной стороны составляют плоскость фазированной антенной решетки (ФАР), с другой - приемо-передающую оптическое излучение плоскость, согласующую оптическую систему для равномерного распределения оптического излучения от лазера по всей приемопередающей плоскости пучка оптических волокон; каждое волокно изолировано от обкладок других волокон, одна из обкладок «конденсатора» контактирует с соответствующим элементом на токопроводящей резине, который соединяется с соответствующим контактом на «нижней» плате, а другая контактирует с общей шиной через токопроводящую резину, где есть единый для всех «верхних» обкладок «конденсаторов» контакт. Такие одномерные массивы собираются один над другим, образуя матрицу. Управление фазой оптического излучения происходит через «нижние» платы посредством системы управления, синхронизации и обработки информации через цифроаналоговые преобразователи. 2 ил.

 

Изобретение относится к фазированным антенным решеткам. Что это такое и где они применяются?

«<…> Во многих случаях нужна антенна, у которой направление луча не было бы связано с ориентацией всей антенны как механической конструкции. Нужна антенна с немеханическим движением луча или, другими словами, антенна с электронным сканированием. Под сканированием здесь понимается движение луча антенны, осуществляющее обзор пространства в заданном пространственном угле. Такая антенна нужна не только в системах связи с ИСЗ, но и в системе управления движением в районе большого аэропорта. Особую роль антенны с электронным сканированием играли и продолжают играть в системах противоракетной обороны (ПРО). С начала 90-х годов антенны с электронным сканированием стали объектом внимания автомобильных компаний. В этой связи такие антенны могут стать предметом массового спроса, как цветной телевизор или персональный компьютер.

Сложившееся к настоящему времени техническое решение антенны с электронным сканированием представлено в виде решетки, в узлах которой расположены простейшие излучатели электромагнитной волны. Цепи питания этих излучателей организованы так, что излучение, испускаемое каждым излучателем, когерентно с излучением всех излучателей, в то время как фаза излучаемых волн изменяется по заданному закону. Изменение распределения фаз на излучателях позволяет сформировать луч антенны в заданном направлении. Такая решетка излучателей с управляемым распределением фаз волн, излучаемых элементарными излучателями, получила название фазированной антенной решетки (ФАР)» (Вендик О.Г. Фазированная антенная решетка - глаза радиотехнической системы // Соросовский образовательный журнал, №2, 1997, с.115-116).

Удвоенное расстояние между соседними излучателями должно быть не менее длины волны, а лучше, если это расстояние будет много больше нее (там же, с.117-118). Для хорошо направленной антенны, работающей в одной плоскости, общее число излучателей приближается к 100, а в двух - превосходит 1000 (там же, с.118). Ясно, что поэтому ведется поиск путей создания ФАР на как можно более высоких частотах.

Наиболее проблемным местом ФАР являются фазовращатели. Известны используемые в ФАР СВЧ-фазовращатели (там же, с.120). Но возможен переход на более высокие частоты.

«Специалисты Массачусетского технологического института впервые смогли создать оптическую фазированную антенную решетку (ФАР). Помимо всего прочего, она позволит создавать голографические телевизоры, в которых объект можно будет рассматривать со всех сторон.

Управлять лучом света можно двумя способами: с помощью механических приводов, поворачивающих лампочку, а также варьируя фазу света. В последнем случае интерференция света от двух излучателей позволяет создавать направленный световой луч. Говоря проще, световые лучи излучателей гасят другу друга в одних направлениях и усиливают в других, в результате чего формируется направленный луч. Принцип ФАР хорошо известен и используется в радиолокационных станциях, но специалистам MIT впервые удалось сделать аналогичную крупную оптическую антенну» (из http://rnd.cnews.ru/news/top/index_science.shtml?2013/01/14/515434).

Более подробная информация об этой ФАР содержится в http://www.extremetech.com/extreme/145909-revolutionary-new-2d-optical-phased-array-is-packed-onto-a-single-tiny-chip.

Ее недостаток - она работает только как передатчик излучения. Кроме того, эта технология требует большого количества управляющих проводов для больших ФАР.

В работе Optical Phused Array Technology for Beam steering and Wavefront Control (http://www.lcd.kent.edu/lcd2004/Documents/1080843391.pdf) рассказывается о ФАР на жидких кристаллах. Недостаток этой технологии - жидкие кристаллы имеют невысокую надежность при работе на высоких мощностях.

В

(http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=482231&url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D482231)

- тоже жидкие кристаллы, притом с существенным ограничением (две ортогональные 1-D матрицы), что радикально ограничивает возможные фазовые профили.

Технический результат изобретения - расширение арсенала технических средств реализации оптической ФАР.

Предлагается оптическая ФАР (фиг.1 и 2), которая содержит:

1. Приемо-передающую антенну (антенную решетку) 1, плоскость которой состоит из торцов пучка оптических волокон.

2. Плоскость равномерного распределения излучения 2, состоящую из других торцов волокон, с системой фазовращателей 3 (более детально изображены на фиг.2).

3. Согласующую оптическую систему 4.

4. Источник излучения (лазер) 5.

5. Систему управления, синхронизации и обработки информации (СУиОИ) 6.

6. Приемник излучения (фотодетектор) 7.

Система фазовращателей представляет собой "пирог", каждый "слой" которого представляет собой одномерный массив волноводов 9, двух слоев токопроводящей резины 10 (14 - контакты для ее проводящих «полос») и двух печатных плат 11 («верхняя») и 12 («нижняя»).

Каждый из оптических волноводов имеет участок (50-60 см), на который напылен алюминий (или иной металл) таким образом, чтобы на указанном участке образовался фазовращатель "конденсаторного" типа 8. Обкладки одних волокон изолированы от обкладок других волокон.

Одна из обкладок «конденсатора» контактирует с соответствующим элементом на токопроводящей резине, который соединяется с соответствующим контактом на «нижней» плате, а другая контактирует с общей шиной через токопроводящую резину, где есть единый для всех «верхних» обкладок «конденсаторов» контакт.

Под действием электрического напряжения происходит поляризация диэлектрика оптического волновода, за счет нелинейности зависимости поляризации от напряжения меняется скорость распространения света в таком волокне, а значит, и фаза излучения на выходе волновода. Управление осуществляется от СУиОИ через цифроаналоговые преобразователи 13.

Величина (длина) такого одномерного массива определяется конструктивными особенностями прибора. Такие одномерные массивы собираются один над другим, образуя матрицу и обеспечивая управление фазой каждого волновода оптической ФАР.

При работе на излучение лазер излучает через согласующую оптическую систему. Излучение в каждом канале (оптическом волокне) когерентно, так как происходит от единого источника - лазера. Согласующая оптическая система служит для равномерного распределения оптического излучения от лазера по всей приемопередающей плоскости пучка оптических волокон.

При приеме отраженного излучения лучи попадают на чувствительную площадку приемника излучения (за счет призмы, например).

СУиОИ отвечает за согласованную синхронизированную работу каждого из устройств, включая систему фазовращателей.

Использование волокон в оптической ФАР позволяет устойчиво работать при более высоких мощностях, чем при использовании жидких кристаллов. Кроме того, оптическое волокно, за счет низкой чувствительности изменения фазы к подаваемому напряжению, позволяет с очень высокой точностью устанавливать диаграмму направленности.

Оптическая фазированная антенная решетка, содержащая пучок оптических волокон, торцы которых с одной стороны составляют плоскость фазированной антенной решетки (ФАР), с другой - приемо-передающую оптическое излучение плоскость, причем излучение в каждом канале (оптическом волокне) когерентно, согласующую оптическую систему, служащую для равномерного распределения оптического излучения от лазера по всей приемопередающей плоскости пучка оптических волокон; каждое волокно находится между индивидуальными обкладками «конденсатора», изолированными от обкладок других волокон, одна из обкладок «конденсатора» контактирует с соответствующим элементом на токопроводящей резине, который соединяется с соответствующим контактом на «нижней» плате, а другая контактирует с общей шиной через токопроводящую резину, где есть единый для всех «верхних» обкладок «конденсаторов» контакт, такие одномерные массивы собираются один над другим, образуя матрицу; управление фазой оптического излучения происходит через «нижние» платы посредством системы управления, синхронизации и обработки информации через цифроаналоговые преобразователи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиолокации, точнее к фазированным антенным решеткам (ФАР) СВЧ диапазона, и может быть использовано в пассивной и активной радиолокации для осуществления непрерывного параллельного контроля пространства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиоэлектронных передающих и приемных устройствах различного назначения. Технический результат - упрощение конструкции электронной решетки.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации, в системах связи и других устройствах, в которых используются последовательности мощных радиоимпульсов.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокационных станциях различного назначения, станциях радиосвязи, использующих два далеко разнесенных частотных диапазона, например сантиметровый и миллиметровый диапазоны волн.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к широкополосным антенным системам, рабочий диапазон частот которых перекрывает несколько октав. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот комбинированной антенной системы, работающей в активном и пассивном режимах.

Изобретение относится к области гидролокации и может быть использована при конструировании антенн гидролокационных станций. Технический результат состоит в создании технологичной конструкции гидролокационной фазированной антенной решетки с заданной полосой пропускания преобразователей и повышенным сроком службы.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для приема радиочастотных сигналов в радиосвязи, мобильной связи, радиолокации и радиоастрономии. Технический результат - повышение чувствительности приема радиочастотных сигналов.

Изобретение относится к радиоэлектронике. Технический результат - обеспечение доступа к узкополосным сигналам в отложенном режиме и повышение числа одновременно функционирующих каналов приема.

Изобретение относится к отражающей решетке для отражающей решеточной антенны. Технический результат состоит в устранении явления дифракции. Для этого отражающая решетка содержит множество элементарных излучающих элементов, образующих отражающую поверхность без резкого перехода, и характеризуется тем, что каждый излучающий элемент отражающей поверхности выбран из совокупности заранее определенных последовательных излучающих элементов, называемой рисунком, при этом первый элемент (1) и последний элемент (9) рисунка соответствуют одной фазе по модулю 360° и являются идентичными, а излучающие элементы (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) рисунка имеют излучающую структуру типа металлического пятна и/или типа излучающего отверстия, постепенно меняющуюся от одного излучающего элемента к другому соседнему излучающему элементу, при этом изменение излучающей структуры содержит последовательность постепенных увеличений, по меньшей мере, одного металлического пятна (25) и/или, по меньшей мере, одного отверстия (27) и появлений, по меньшей мере, одного металлического пятна (25) в отверстии (27) и/или, по меньшей мере, одного отверстия (27) в металлическом пятне (25).

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к мобильной радиосвязи сотовой структуры. Технический результат - улучшение равномерности распределения токов и расширение рабочей полосы частот.

Использование: для приема и передачи сигнала при измерении диаграмм вторичного излучения антенн. Сущность изобретения заключается в том, что приемопередающая широкодиапазонная антенная решетка наклонной поляризации из 2*N-ПАР V-образных вибраторов, расположенных в плоскости, жестко закрепленная на основании, состоящая из N-пар антенных излучателей, соединенных с помощью согласованных СВЧ-трактов одинаковой электрической длины, отличающаяся тем, что все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N-пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, плечи всех вибраторов состоят из двух диполей разной длины, длина первого диполя равна от 0.2*λcp1 до 0.3*λcp1, длина второго диполя равна от 0.2*λcp2 до 0.3*λcp 2, где λcp1, λcp2 - средние длины волн первого и второго диапазонов. Технический результат: повышение точности и скорости анализа компонентного состава потока многофазной жидкости. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к системам низкочастотных антенн, имеющих улучшенную направленность излучения. Техническим результатом является создание низкочастотной антенны, имеющей улучшенные рабочие характеристики, а именно обеспечение коэффициента сжатия волны больше единицы без изменения полного волнового сопротивления оболочки при переходе от ее внутренней части к внешней, которые реализуются посредством того, что структура или материал внешней части оболочки антенны выбраны так, что отношение магнитной проницаемости внешней части оболочки к диэлектрической проницаемости внешней части оболочки остается постоянным в пределах внешней части оболочки и равным отношению магнитной проницаемости внешней среды к диэлектрической проницаемости внешней среды. Предложена низкочастотная антенна, предназначенная для излучения/приема электромагнитной волны. Антенна содержит питаемый вход, выполненный с возможностью соединения с линией передачи, провод антенны, соединенный с питаемым входом, и оболочку, по меньшей мере частично окружающую провод антенны. Оболочка антенны содержит внутреннюю часть, примыкающую к проводу антенны, и внешнюю часть, примыкающую к внутренней части и имеющую периферию, внутренняя часть оболочки имеет такую структуру или выполнена из такого материала, что каждая из величин магнитной проницаемости внутренней части оболочки, проводимости внутренней части оболочки и диэлектрической проницаемости внутренней части оболочки постоянна в пределах внутренней части. 5 н. и 54 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР). Технический результат - повышение технологичности изготовления антенной решетки за счет включения антенных излучателей, повышение радиотехнических характеристик за счет снижении КСВ. Для этого модуль содержит корпус, радиоэлектронную ячейку, закрепленную на дне корпуса и содержащую основную печатную плату с радиоэлектронными элементами, образующими, по меньшей мере, один приемо-передающий канал, полосковая линия которого соединена перемычкой с центральным проводником герметичного перехода, расположенного в дне корпуса. Центральный проводник герметичного перехода проходит через металлизированное отверстие в основной печатной плате и изолирован от его стенок. Диаметр металлизированного отверстия, диаметр центрального проводника и толщина изоляции выбраны так, что образован участок согласованной коаксиальной линии. На внешней поверхности дна корпуса закреплена, по меньшей мере, одна дополнительная печатная плата, на которой расположен, по меньшей мере, один антенный излучатель, выполненный в виде рисунка на печатной плате, соединенный полосковой линией с центральным проводником герметичного перехода. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к сканирующей антенной решетке, базовой станции, сети беспроводной связи и способу формирования диаграммы направленности. Техническим результатом является повышение эффективности сканирования и формирования многолучевой диаграммы направленности в антенной решетке уже при наличии двух радиопередающих трактов. Согласно изобретению, в сканирующей антенной решетке количество каналов питания меньше количества излучающих элементов и больше или равно 2, при этом каждый канал имеет отдельный постоянный делитель мощности с фиксированными параметрами распределения амплитуды и фазы. Весовые коэффициенты сконфигурированы так, чтобы в совокупности у антенной решетки формировалась косекансная диаграмма направленности. Сканирование выполняется путем изменения фазы на входе по меньшей мере одного из делителей мощности. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл.

Использование: для проектирования и изготовления активной фазированной антенной решетки (АФАР). Сущность изобретения заключается в том, что способ охлаждения активной фазированной антенной решетки (АФАР) включает: размещение охлаждающих средств и осуществление циркуляции в каналах охлаждающей жидкой среды; в качестве каждого из охлаждающих средств используют трубы эллиптического поперечного сечения с толщиной стенки, составляющей от 0,25 до 0,3 мм, в контакте с внешней поверхностью боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, которые устанавливают в промежуток между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющим от 0,1 до 0,5 мм, при этом каждую из труб выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации, обеспечивающей прижатие каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, циркуляцию осуществляют со скоростью, обеспечивающей разность температур между внутренней поверхностью стенки трубы и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C, а нагретую охлаждающую жидкую среду охлаждают при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха. Технический результат: обеспечение возможности интенсивного отвода тепла с поверхностей корпусов приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для приема и передачи сигнала при измерении диаграмм вторичного излучения антенн. Сущность изобретения заключается в том, что приемопередающая антенная решетка вибраторов, жестко закрепленная на основании, состоящая из N-пар антенных излучателей, соединенных с помощью согласованных СВЧ-трактов одинаковой электрической длины, при этом все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N-пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N-пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N-пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N-пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N-пары. Технический результат: обеспечение возможности создания приемопередающей антенной решетки, имеющей более широкую диаграмму обратного рассеяния. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области волноводных антенн с эллиптической поляризацией, и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например, на подвижных объектах. Сущность: волноводная антенна содержит круглый волновод, в полости которого установлен поляризатор, выполненный в виде диэлектрической пластины, на открытый конец волновода в плоскости его раскрыва установлен круглый металлический экран в виде кольца с внешним диаметром D<2·λ, где λ - длина волны, а кромка волновода продолжена за плоскость раскрыва в виде четырех пилообразных выступов с высотой зуба h=d/4, где d - диаметр волновода. Технический результат: расширение диаграммы направленности по уровню половинной мощности, не изменяя поляризационных характеристик излучения. 3 ил.

Свч-модуль // 2566328
Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР). Технический результат изобретения заключается в повышении удобства монтажа СВЧ-модуля за счет обеспечения простоты и удобства установки печатной платы в корпус при одновременном сохранении высоких радиотехнических характеристик СВЧ-модуля вследствие установки печатной платы с минимально допустимым зазором. СВЧ-модуль содержит корпус и расположенную в нем радиоэлектронную ячейку, содержащую печатную плату с радиоэлектронными элементами. В печатной плате с одной из сторон, предназначенных для соединения полосковых линий с центральными проводниками герметичных СВЧ-переходов, выполнены первые вырезы в количестве, равном количеству центральных проводников, имеющие форму и размеры, позволяющие разместить в них центральные проводники герметичных СВЧ-переходов с зазором, и второй вырез, имеющий форму и размеры, позволяющие обеспечить размещение центральных проводников герметичных СВЧ-переходов в упомянутых первых вырезах. Расстояния между продольными осями центральных проводников герметичных СВЧ-переходов и продольными осями первых вырезов одинаковы. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Использование: для радиосистем навигации, посадки, управления воздушным движением. Сущность изобретения заключается в том, что многоцелевая самолетная антенно-фидерная система содержит антенную часть, коммутационно-разделительное устройство, устройство управления, антенная часть содержит передние UHF антенну, правую и левую антенны горизонтальной поляризации диапазонов L, S, антенну вертикальной поляризации диапазонов L, S, заднюю антенну горизонтальной поляризации диапазонов UHF, L, S и антенну вертикальной поляризации диапазонов L, S, коммутационно-разделительное устройство, устройство управления, пять коммутаторов на два направления, пять частотно-разделительных устройств, управляемый фазовращатель, устройство управления входами соединено с UHF, L, S радиооборудованием, гировертикалью, определителем курсового угла радиомаяка, а выходами - с коммутационно-разделительным устройством, коммутаторами и фазовращателем, первый коммутатор соединен с одной стороны с коммутационно-разделительным устройством, а с другой стороны - с антеннами непосредственно или через частотно-распределительные устройства, а с задней антенной горизонтальной поляризации - через фазовращатель. Технический результат: обеспечение возможности устойчивой работы UHF радиооборудования при круговом обзоре пространства в азимутальной плоскости, в том числе в интерференционных зонах, и в L, S частотных диапазонах при значительных кренах летательного объекта. 3 ил.

Использование: изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР). Сущность: приемо-передающий СВЧ-модуль содержит корпус и расположенную в нем радиоэлектронную ячейку, содержащую несущую печатную плату, на которой расположен узел, предназначенный для управления модулем, узел, предназначенный для питания модуля, и радиоэлектронные элементы, образующие по меньшей мере два приемо-передающих канала и узел, предназначенный для передачи СВЧ-сигнала. На несущей печатной плате установлены экранирующие жесткие перегородки, разделяющие приемо-передающие каналы, и экранирующая жесткая, по существу, четырехугольная рамка, ограничивающая область расположения узла, предназначенного для управления модулем, и узла, предназначенного для питания модуля. Две смежные стороны рамки выполнены с открытыми снизу каналами, обеспечивающими размещение узла, предназначенного для передачи СВЧ-сигнала. Каждая из упомянутых перегородок и упомянутая рамка закреплены через несущую печатную плату на дне корпуса резьбовыми соединениями. Технический результат: изобретение позволяет снизить шумы при работе модуля, повысить электромагнитную совместимость и повысить жесткость конструкции в целом за счет особенностей экранирования различных функциональных узлов и каналов модуля. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх