Приемо-передающий модуль активной фазированной антенной решетки

Авторы патента:

Григорьев Александр Анатольевич (RU)

H01Q3/26 - изменяющие относительную фазу и(или) относительную амплитуду возбужденного колебания между двумя или более активными излучающими элементами; изменяющие распределение энергии в растворе антенны (H01Q 3/22,H01Q 3/24 имеют преимущество)

H01Q21/00 - Антенные решетки и системы (с изменяемой ориентацией луча или изменяемой формой диаграммы направленности H01Q 3/00; электрически длинные антенны H01Q 11/00)

Владельцы патента RU 2571884:

Открытое акционерное общество "ОКБ-Планета" ОАО "ОКБ-Планета" (RU)

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к средствам приема и передачи радиоволн. Приемо-передающий модуль активной фазированной антенной решетки содержит передающий и приемный каналы, первое, второе и третье направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей, защитное устройство, выпрямитель, согласованную нагрузку, обратноходовой преобразователь. Вход падающей мощности первого направленного устройства соединен с выходом передающего канала, а выход отраженной мощности соединен с входом падающей мощности второго направленного устройства, которое через защитное устройство соединено с входом приемного канала. Выход отраженной мощности второго направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей подключен к входу падающей мощности третьего направленного устройства, подключенному к выпрямителю, нагруженному на вход обратноходового преобразователя, выход которого подключен к цепи питания передающего канала. Выход отраженной мощности третьего направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей подключен к согласованной нагрузке. Технический результат - повышение КПД антенной решетки. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве приемо-передающего модуля (ППМ) активных фазированных антенных решеток (АФАР), в которых, наряду с высокой эффективностью защиты входа приемного и выхода передающего каналов ППМ, требуется высокий коэффициент полезного действия (КПД) АФАР.

Широко известны ППМ АФАР, содержащие приемный и передающий каналы, узел разделения передаваемого и принимаемого сигналов - либо коммутатор [Голик А.М., Емец В.Ф., Клейменов Ю.А., Левчук В.Б. «Приемо-передающие модули активных ФАР», Зарубежная радиоэлектроника, 1993, №5, с. 12-19»], либо циркулятор [В.А. Коломейцев, А.В. Езопов «Электромагнитное взаимодействие компонентов приемного и передающего каналов в приемо-передающих модулях АФАР Х-диапазона», Sciencejournal. http://sstu.ru, с. 18]. Функционально, в состав приемного канала входят следующие устройства: Устройство защиты приемника - обычно либо разрядник, либо другое пороговое устройство, предотвращающее перегрузку приемного канала. Малошумящий усилитель (МШУ), обеспечивающий необходимую чувствительность приемного канала. Фазовращатель - устройство фазовой задержки сигнала в канале для задания фазового распределения по всему раскрыву решетки. Аттенюатор - устройство задания (понижения, ослабления) амплитуды сигнала для задания амплитудного распределения по раскрыву решетки. Следует заметить, что возможно и другое построение приемного канала. Так после МШУ сигнал переносят по частоте и оцифровывают, а все фазовые и амплитудные распределения моделируются и просчитываются в вычислителе [В.Л. Гостюхин, В.Н.Трусов, А.В. Гостюхин «Активные фазированные антенные решетки», Радиотехника, Москва, 2011, с. 22]. Состав передающего канала схож с составом приемного канала. Отличие заключается в отсутствии устройства защиты и меньших требованиях к усилителю по шумам в передающем канале. Тем не менее, передающий усилитель должен обладать большей выходной мощностью, чем приемный. К узлу разделения передаваемого и принимаемого сигналов предъявляются повышенные требования к развязке, поскольку ее считают причиной просачивания выходной мощности передающего канала на вход приемного канала. Однако эти ППМ АФАР имеют существенный недостаток. При сканировании лучом пространства в такте передачи, в зависимости от угла его отклонения, антенные выходы решетки, из-за взаимного влияния излучателей, испытывают значительное рассогласование. Таким образом, выход передающего канала оказывается нагруженным на несогласованную нагрузку. Появляется отраженная от антенного входа волна, идущая в обратном направлении сразу на выход передающего канала, если ППМ АФАР с коммутатором, либо на вход защитного устройства приемного канала, если ППМ АФАР с циркулятором, и далее, отразившись от защитного устройства, она снова через циркулятор попадает на выход передающего канала, что приводит к его перегрузке.

Этот недостаток частично устранен в ППМ АФАР, описанном в патенте РФ (RU 2206155) «Приемо-передающий модуль активной фазированной антенной решетки» и являющемся прототипом заявленного технического решения, за счет введения дополнительного циркулятора с согласованной нагрузкой между выходом третьего плеча входного циркулятора и входом защитного устройства. В данном случае помимо эффективной защиты приемника, реализуется также и защита выхода передающего канала от перегрузки, поскольку отраженная от защитного устройства волна не попадает на его выход, а сбрасывается в согласованную нагрузку. Недостатком является снижение КПД АФАР за счет поглощения согласованной нагрузкой мощности, отраженной вследствие рассогласования.

Технической задачей Изобретения является повышение КПД АФАР.

Поставленная задача достигается тем, что ППМ АФАР содержит передающий и приемный каналы, первое направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей, вход падающей мощности которого соединен с выходом передающего канала, а выход отраженной мощности соединен с входом падающей мощности второго направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей, которое через защитное устройство соединено с входом приемного канала, причем выход отраженной мощности второго направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей подключен к входу падающей мощности третьего направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей, подключенному к выпрямителю, нагруженному на вход обратноходового преобразователя, выход которого подключен к цепи питания передающего канала, а выход отраженной мощности третьего направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей подключен к согласованной нагрузке.

Изобретение поясняется чертежами.

На Фиг. 1 изображена электрическая принципиальная схема ППМ АФАР.

На Фиг. 2 изображена электрическая схема практической реализации ППМ АФАР.

ППМ АФАР содержит передающий 1 и приемный 2 каналы, первое направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей 3, вход падающей мощности которого соединен с выходом передающего канала 1, а выход отраженной мощности соединен с входом падающей мощности второго направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей 4, которое через защитное устройство 5 соединено с входом приемного канала 2, при этом выход отраженной мощности второго направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей 4 подключен к входу падающей мощности третьего направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей 6, подключенного к выпрямителю 7, нагруженному на вход обратноходового преобразователя 8, выход которого подключен к цепи питания передающего канала 1, а выход отраженной мощности третьего направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей 6 подключен к согласованной нагрузке 9.

ППМ АФАР работает следующим образом. В режиме передачи передающий канал 1 через первое направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей 3 подает сигнал на выход ППМ АФАР (далее в антенную решетку). Часть мощности, из-за рассогласования антенной решетки, отражается назад в обратном направлении, и снова через первое направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей 3, далее через второе направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей 4 попадает на защитное устройство 5 приемного канала 2. Отразившись от защитного устройства 5, эта мощность, через второе направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей 4, с его выхода отраженной мощности, через третье направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей 6, поступает на выпрямитель 7, где частично преобразуется в постоянный ток, энергия которого, с помощью обратноходового преобразователя 8 направляется в цепь питания передающего канала 1 для вторичного использования. Обратноходовой преобразователь 8 представляет собой высокочастотный корректор коэффициента мощности, имеющий вторичную обмотку дросселя для сброса энергии на обратном ходе, накопленной во время прямого хода, во внешнюю цепь (цепь питания передающего канала 1), и создающий при этом оптимальную для КПД выпрямителя 7 постоянную квазиактивную нагрузку. Оставшаяся часть мощности (отраженная вследствие рассогласования), которая не была преобразована выпрямителем 7 в постоянный ток во время переходных процессов на фронтах импульсов мощности рассогласования, отразившись от выпрямителя 7, через третье направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей 6, с его выхода отраженной мощности поступает на согласованную нагрузку 9, где и поглощается. Таким образом, часть мощности, отраженной обратно в ППМ АФАР, из-за рассогласования антенной решетки, используется вторично (рекуперируется) в передающем канале 1 (так как отраженная мощность присутствует во время такта передачи), а не рассеивается в тепло внутри ППМ АФАР. Тем самым, при сохранении эффективности защиты входа приемного и выхода передающего каналов, рекуперация отраженной мощности снижает электропотребление ППМ АФАР, увеличивая тем самым КПД АФАР.

Изобретение предполагает различные варианты его реализации в зависимости от построения направленных устройств разделения падающей и отраженной мощностей. Например, это могут быть наиболее известные ферритовые Y-циркуляторы, а могут быть использованы квадратурные мосты. Квадратурный мост с одинаковыми нагрузками в выходных плечах, относительно входных плеч, функционально эквивалентен циркулятору, при этом имеет гораздо меньшие потери, большую широкополосность и лучшую температурную стабильность. Поэтому, если схемотехнически это представляется возможным, то квадратурному мосту в качестве направленного устройства разделения падающей и отраженной мощности следует отдавать предпочтение. Так в практически реализованном образце ППМ (Фиг 2), работающем на излучатель круговой поляризации с ортогональным питанием, в качестве направленных устройств разделения падающей и отраженной мощностей использованы квадратурные мосты, как для разделения каналов передачи и приема 3, так и в качестве развязывающих устройств приемного канала 2 и выпрямителя 7. Входная часть приемного канала 2 выполнена по схеме балансного усилителя. Этот балансный усилитель, состоящий из двух идентичных усилителей с двухканальным защитным устройством 5, содержит на своем входе квадратурный мост 4, который при срабатывании защитного устройства 5, сбрасывает отраженную мощность в балластную цепь (в данном случае, через развязывающее устройство, в выпрямитель 7). Выпрямитель 7, с применением мощных арсенид галлиевых диодов Шоттки, выполнен по балансной схеме (с квадратурным мостом 6) и состоит из двух одинаковых секций полумостов с удвоением напряжения, работающих на общую нагрузку (обратноходовой преобразователь 8). Секции выпрямителей содержат на своих входах фильтры вторых гармоник. Испытания опытного образца показали, что при импульсной мощности передающего канала 300 Вт (частота f=400 МГц, скважность = 2, КСВн нагрузки = 3) отраженная импульсная мощность составила порядка 80 Вт, а КПД выпрямителя составил 60-70%, причем с ростом частоты следования импульсов (при постоянной скважности, равной двум) КПД выпрямления падал. На частоте следования 200 Гц КПД выпрямителя составил 60%, а на частоте следования 30 Гц уже 70%, при этом реальный КПД АФАР возрос на 5%.

Таким образом, применение ППМ АФАР разработанной конструкции позволяет при сохранении эффективности защиты входа приемного и выхода передающего каналов ППМ АФАР повысить КПД АФАР.

Приемо-передающий модуль активной фазированной антенной решетки, содержащий передающий и приемный каналы, первое направленное устройство разделения падающей и отраженной мощностей, вход падающей мощности которого соединен с выходом передающего канала, а выход отраженной мощности соединен с входом падающей мощности второго направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей, которое через защитное устройство соединено с входом приемного канала, отличающийся тем, что выход отраженной мощности второго направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей подключен к входу падающей мощности третьего направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей, подключенному к выпрямителю, нагруженному на вход обратноходового преобразователя, выход которого подключен к цепи питания передающего канала, при этом выход отраженной мощности третьего направленного устройства разделения падающей и отраженной мощностей подключен к согласованной нагрузке.

Использование: для формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прием сигналов антенными элементами плоской антенной решетки с электронным сканированием лучом и суммируют их, формируя остронаправленную сканирующую диаграмму направленности плоской антенной решетки с использованием выбранных комплексных амплитуд антенных элементов с учетом требуемого превышения уровня компенсационной диаграммы направленности над уровнем боковых лепестков остронаправленной сканирующей диаграммы направленности.

Распределительная система для фазированной антенной решетки // 2554521

Изобретение относится к полосковой СВЧ антенной технике, в частности к распределительной системе для фазированной антенной решетки. Технический результат - формирование оптимальных амплитудных распределений для суммарной и разностной диаграмм направленности (ДН), возможность реализации в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн.

Многолучевая свч линейная антенная решётка и двумерная антенная решётка на ее основе // 2541888

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.

Широкополосная антенная система // 2530281

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.

Устройство защиты узкополосных приемно-передающих каналов радиотехнических систем // 2513706

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат - повышение предела подавления помеховой импульсной мощности в узкополосных приемно-передающих каналах радиотехнических систем, работающих в диапазоне СВЧ, в условиях короткоимпульсных помеховых воздействий большой мощности при проведении испытаний на электромагнитную совместимость.

Фазированная антенная решетка с управляемой шириной диаграммы направленности // 2507647

Изобретение относится к фазированным (ФАР) и активным фазированным антенным решеткам (АФАР), состоящим из приемных каналов, выходные сигналы которых оцифровываются с помощью аналогово-цифровых преобразователей и обрабатываются в процессорах бортовых цифровых вычислительных машин радиолокационных станций, головок самонаведения или систем радиопротиводействия.

Способ формирования провалов в диаграммах направленности фазированных антенных решеток в направлениях источников помех // 2507646

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для пространственного подавления помех путем формирования провалов («нулей») в диаграммах направленности фазированных антенных решеток (ФАР) в направлениях источников помех.

Способ формирования контурной диаграммы направленности антенной решетки // 2480869

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для управления комплексными взвешивающими устройствами в каналах антенных решеток по критерию максимума заданного энергетического функционала.

Активная пространственная передающая антенная решетка // 2480868

Изобретение относится к антенной технике, в частности к активным пространственным передающим антенным решеткам миллиметрового диапазона волн, и может быть использовано при создании антенн с немеханическим качанием луча антенны для сверхскоростной (более 15 Гбит/с) спутниковой информации.

Способ оптимизации широкополосных антенных решеток // 2471271

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для оптимального управления комплексными взвешивающими устройствами в каналах антенных решеток по критерию максимума отношения сигнал/шум + помеха.

Антенная решетка с обработкой сигнала // 2571586

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат выражается в простоте конструкции и высокой выходной мощности антенны, оптимальном выходном сопротивлении, согласуемом с сопротивлением нагрузки, а также высокой надежности работы антенны.

Конформная активная отражательная решетка для уменьшения многолучевой интерференции и помех, обусловленных размещением электронного оборудования на одном и том же объекте // 2571556

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - уменьшение помех сигналов или многолучевой интерференции Для этого принимают на датчике, расположенном возле приемной антенны, сигнал отражения, отраженный по меньшей мере от одной поверхности летательного аппарата, с которой соединена конформная отражательная фазированная антенная решетка, настроенная для управления прохождением сигнала отражения.

Самолетная многодиапазонная афар с управляемым лучом на излучении и многолучевым приемом сигнала // 2568413

Изобретение относится к антенным системам направленного излучения и приема. Получаемым техническим результатом является создание АФАР со структурой построения, обеспечивающей, при размещении на самолете, одновременно круговой многолучевой прием запросных сигналов и излучение ответного сигнала в направлении запроса узким лучом с целью скрытости радиоизлучения.

Многочастотная антенная решетка с цифровой обработкой сигналов для определения координат радиолокационной цели // 2567214

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных станциях, предназначенных для обнаружения целей, определения дальности до цели и определения координат цели.

Приемо-передающий свч-модуль // 2566601

Использование: изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР).

Многоцелевая самолетная антенно-фидерная система // 2566396

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.

Свч-модуль // 2566328

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР).

Волноводная антенна // 2565352

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.

Приемопередающая антенная решетка наклонной поляризации из 2·n-пар v-образных вибраторов, направленных в одну сторону в пространстве // 2564694

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.

Способ охлаждения активной фазированной антенной решетки // 2564152

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.

Многолучевая адаптивная антенная решетка // 2573787

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиотехнических системах связи, размещаемых на борту космических аппаратов (КА), функционирующих в сложной сигнально-помеховой обстановке, например, в системах космической связи с подвижными объектами. Технический результат - повышение помехоустойчивости путем снижения величины систематических ошибок в оценках пеленга на источники излучения, находящиеся в зоне ответственности адаптивной антенной решетки. Многолучевая адаптивная антенная решетка содержит N приемных элементов, диаграммообразующий блок, аналого-цифровые преобразователи, цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, а также цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов пространственного накопления. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.