RU2666577C1 - Receiving multi-beam active phased antenna array - Google Patents

Receiving multi-beam active phased antenna array Download PDF

Info

Publication number
RU2666577C1
RU2666577C1 RU2017142072A RU2017142072A RU2666577C1 RU 2666577 C1 RU2666577 C1 RU 2666577C1 RU 2017142072 A RU2017142072 A RU 2017142072A RU 2017142072 A RU2017142072 A RU 2017142072A RU 2666577 C1 RU2666577 C1 RU 2666577C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
inputs
module
outputs
Prior art date
Application number
RU2017142072A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Геннадьевич Ефимов
Александр Григорьевич Каменев
Игорь Васильевич Чернов
Original Assignee
Акционерное общество "Ижевский радиозавод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Ижевский радиозавод" filed Critical Акционерное общество "Ижевский радиозавод"
Priority to RU2017142072A priority Critical patent/RU2666577C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2666577C1 publication Critical patent/RU2666577C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: antenna equipment.SUBSTANCE: invention relates to antenna devices having at least two directional patterns, and can be used in communication systems to receive broadband microwave signals, including the millimeter range, for example, in on-board space communication systems. Receiving multi-beam active phased array antenna (APAA) is configured to supply the required supply voltage to all circuit elements requiring power and contains an input module and an output module. Input module contains at each n-th input (N≥n≥2) the corresponding n-th group of the series-connected emitter (module inputs and APAA as a whole), low-noise amplifier, M-channel power divider (M≥2) and in parallel connected to it the first inputs M of phase shifter. Second inputs of the phase shifters are connected in parallel to the control unit to obtain certain phase programs. Input module also contains M beam adders. Output of each m-th phase shifter of each n-th group is connected to the n-th input of the m-th beam adder. Outputs of the totalizers are the outputs of the input module. In each n-th group, the first input of the down-mixer is connected to the output of the low-noise amplifier, the second input of which is connected to the local oscillator, and the output through the compensating amplifier is connected to the input of the divider.EFFECT: technical result consists in expanding the APAA working band.4 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое в качестве изобретения техническое решение относится к антеннам, имеющим, по меньшей мере, две диаграммы направленности, и может быть использовано в системах связи для приема широкополосных сигналов, в том числе в системах СВЧ диапазона, например, в бортовых космических системах связи.The technical solution proposed as an invention relates to antennas having at least two radiation patterns and can be used in communication systems for receiving broadband signals, including in microwave systems, for example, in space communication systems.

Ближайшим аналогом технического решения приемной многолучевой активной фазированной антенной решетки (далее АФАР) является приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка по патенту РФ №2352034 (МКИ H01Q 3/36, ГУН г. Москвы НПЦ "СПУРТ", опубликовано 10.04.2009). Входной модуль АФАР содержит на каждом из N (N≥2) входов (М по описанию) n-ую группу из последовательно соединенных излучателя, малошумящего усилителя, М-канального (N-канального по описанию) делителя мощности (где М≥2.), а также параллельно подключенные к последнему первыми входами М фазовращателей, параллельно соединенные кроме того вторыми (управляющими) входами с блоком управления, и лучевой сумматор. При этом выход каждого из M×N фазовращателей соединен с соответствующим входом соответствующего лучевого сумматора, то есть выход каждого m-го фазовращателя каждой n-ой группы подключен к n-му входу m-го лучевого сумматора.The closest analogue to the technical solution of the receiving multipath active phased antenna array (hereinafter AFAR) is the receiving multipath active phased antenna array according to the patent of the Russian Federation No. 2352034 (MKI H01Q 3/36, VCO of Moscow SPC "SPURT", published April 10, 2009). The input AFAR module contains on each of the N (N≥2) inputs (M by description) the nth group of series-connected emitter, low-noise amplifier, M-channel (N-channel by description) power divider (where M≥2.) , as well as parallel to the last, the first inputs of M phase shifters, parallel connected in addition by the second (control) inputs to the control unit, and the beam adder. In this case, the output of each of the M × N phase shifters is connected to the corresponding input of the corresponding beam adder, that is, the output of each mth phase shifter of each n-th group is connected to the n-th input of the m-th beam adder.

Выходной модуль АФАР содержит М (N по описанию) выходных каналов. Каждый m-канал содержит последовательно соединенные узкополосный лучевой полосно-пропускающий фильтр и выходной усилитель.The output AFAR module contains M (N by description) output channels. Each m-channel contains a series-connected narrow-band beam pass-pass filter and an output amplifier.

При приеме сигналов высокой частоты (в миллиметровом диапазоне) описанное устройство имеет небольшие геометрические размеры, которые возможно уменьшить пропорционально длине волны. Однако, стоимость таких АФАР значительно возрастает в основном за счет сложной реализации ее основных элементов - фазовращателей. Кроме того, в пассивных элементах (делителях, сумматорах, линиях передачи) при прохождении и обработке сигналов высокой частоты возникают больше потери. Для надежного приема сигнала потребителем требуется введение в схему дополнительных элементов, также ведущих к дополнительному усложнению и удорожанию устройства.When receiving high frequency signals (in the millimeter range), the described device has small geometric dimensions, which can be reduced in proportion to the wavelength. However, the cost of such AFARs increases significantly mainly due to the complex implementation of its main elements - phase shifters. In addition, in passive elements (dividers, combiners, transmission lines) during the passage and processing of high-frequency signals there is more loss. For reliable reception of the signal by the consumer, the introduction of additional elements into the circuit, also leading to additional complication and appreciation of the device, is required.

Целью предлагаемого в качестве изобретения технического решения является создание приемной многолучевой активной фазированной антенной решетки, позволяющей без увеличения стоимости АФАР и при сохранении технологичности сборки изделия расширить рабочую полосу известных АФАР для осуществления надежного и устойчивого приема сигналов СВЧ диапазона, а именно - миллиметрового диапазона, свыше 30 ГГц.The aim of the proposed technical solution as an invention is to create a receiving multipath active phased antenna array, which allows without increasing the cost of AFAR and while maintaining the manufacturability of the product assembly to expand the working band of known AFARs for reliable and stable reception of microwave signals, namely, the millimeter range, over 30 GHz

Цель достигается в приемной многолучевой активной фазированной антенной решетке (АФАР) повышением верхней границы рабочей полосы АФАР за счет того, что частоту принятого сигнала высокой частоты конвертируют в более низкую частоту, на которой осуществляют дальнейшую обработку и передачу потребителям. Для этого во входную часть структурной схемы АФАР включают в соответствии с количеством N входов по N понижающих смесителей с гетеродинами и компенсирующих усилителей. При обработке сигнала на пониженной частоте нет необходимости применять в АФАР дорогостоящие фазовращатели, удается также избежать дополнительных потерь в пассивных элементах. Таким образом, без существенных затрат реализуется прием сигнала существенно более высокого уровня (миллиметрового диапазона). Кроме того, не требуется доработки аппаратуры каждого из М потребителей.The goal is achieved in the receiving multipath active phased array antenna (AFAR) by increasing the upper limit of the operating band of the AFAR due to the fact that the frequency of the received high frequency signal is converted to a lower frequency, at which further processing and transmission to consumers is carried out. To do this, in the input part of the structural diagram of the AFAR include in accordance with the number of N inputs for N step-down mixers with local oscillators and compensating amplifiers. When processing a signal at a reduced frequency, there is no need to use expensive phase shifters in the AFAR; additional losses in passive elements can also be avoided. Thus, reception of a signal of a significantly higher level (millimeter range) is realized without significant costs. In addition, no refinement of the equipment of each of the M consumers is required.

Приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка, выполненная с возможностью подачи необходимого напряжения питания на все элементы схемы, требующие питания, содержит входной модуль и выходной модуль. Входной модуль содержит на каждом n-ом входе (N≥n≥2) АФАР соответствующую n-ую группу из последовательно соединенных излучателя (входы модуля и АФАР в целом), малошумящего усилителя, М-канального делителя мощности (М≥2) и параллельно подключенных к нему первых входов М фазовращателей. Вторые входы фазовращателей параллельно подключены к блоку управления для получения определенных фазовых программ. Входной модуль содержит также М лучевых сумматоров. Выход каждого m-го фазовращателя каждой n-ой группы подключен к n-му входу m-го лучевого сумматора (выход каждого из М фазовращателей каждого из N каналов подключен к соответствующему входу соответствующего лучевого сумматора). Выходы сумматоров являются выходами входного модуля. При этом в каждой n-ой группе к выходу упомянутого малошумящего усилителя подключен первый вход понижающего смесителя, второй вход которого соединен с гетеродином, а выход через компенсирующий усилитель подключен к входу М-канального делителя мощности. Понижающий конвектор (из понижающего смесителя и гетеродина) позволяет далее использовать известные схемы обработки сигнала.A receiving multipath active phased array antenna, configured to supply the necessary supply voltage to all circuit elements requiring power, comprises an input module and an output module. The input module contains at each n-th input (N≥n≥2) of the AFAR the corresponding n-th group of series-connected emitter (inputs of the module and the AFAR as a whole), a low-noise amplifier, an M-channel power divider (M≥2) and in parallel connected to it the first inputs of M phase shifters. The second inputs of the phase shifters are connected in parallel to the control unit to obtain certain phase programs. The input module also contains M beam adders. The output of each m-th phase shifter of each n-th group is connected to the n-th input of the m-th beam adder (the output of each of the M phase shifters of each of the N channels is connected to the corresponding input of the corresponding beam adder). The outputs of the adders are the outputs of the input module. Moreover, in each n-th group, the first input of the step-down mixer is connected to the output of the aforementioned low-noise amplifier, the second input of which is connected to the local oscillator, and the output through the compensating amplifier is connected to the input of the M-channel power divider. The lowering convector (from the lowering mixer and the local oscillator) allows further use of the known signal processing schemes.

К m-ым выходам входного модуля подключены соответствующие m-ые входы выходного модуля для доставки принимаемого сигнала потребителям через М его выходов. Выходной модуль выполняет доставку принимаемого АФАР сигнала к аппаратуре потребителя, а также, например, преобразование в соответствии с требуемыми характеристиками (усиление до определенного уровня, подавление паразитных каналов приема и т.п.).The mth inputs of the output module are connected to the m-th outputs of the input module to deliver the received signal to consumers through its M outputs. The output module delivers the received AFAR signal to the consumer equipment, as well as, for example, converts it in accordance with the required characteristics (amplification to a certain level, suppression of spurious reception channels, etc.).

Предпочтительно, чтобы выходной модуль содержал по М узкополосных лучевых полосно-пропускающих фильтра и выходных усилителя. При этом m-ый вход выходного модуля соединен с его m-ым выходом через последовательно соединенные m-ый лучевой полосно-пропускающий фильтр и m-ый выходной усилитель.Preferably, the output module contains M narrow-band beam pass-pass filters and output amplifiers. In this case, the mth input of the output module is connected to its mth output through the mth beam pass-pass filter and the mth output amplifier connected in series.

Предпочтительно, чтобы выходной модуль содержал М электронно-оптических преобразователей (ЭОП), вход m-ого ЭОП подключен к соответствующему входу выходного модуля, а выход - к соответствующему входу оптического сумматора (ОС). Выход ОС соединен с входом оптического делителя (ОД). К выходу ОД параллельно подключены М селективных фотоприемников (СФП). Выход каждого m-го СФП соединен с соответствующим выходом АФАР через соответствующий выходной усилитель (У) для передачи принятой информации m-му потребителю. При этом сформированные в фазовращателях и лучевых сумматорах М суммарных аналоговых (электрических) сигналов преобразуют в оптические, суммируют все М сигналов, передают суммарный оптический сигнал по ОВК, а перед усилением и передачей потребителю - осуществляют обратное оптоэлектронное преобразование и выделение всех М сформированных аналоговых сигналов. За счет такого построения АФАР достигают увеличения помехозащищенности и устойчивости принимаемого многочастотного аналогового сигнала к электромагнитным помехам при протяженной передаче принимаемого сигнала в АФАР, обеспечения высокой надежности ее работы, а также уменьшения массы и увеличения технологичности сборки изделия.Preferably, the output module contains M electron-optical converters (ICs), the input of the m-th ICs is connected to the corresponding input of the output module, and the output to the corresponding input of the optical adder (OS). The OS output is connected to the input of the optical divider (OD). M selective photodetectors (TFP) are connected in parallel to the OD output. The output of each mth TFP is connected to the corresponding output of the AFAR through the corresponding output amplifier (U) to transmit the received information to the mth consumer. At the same time, M total analog (electrical) signals formed in the phase shifters and beam adders are converted into optical signals, all M signals are summarized, the total optical signal is transmitted via HVAC, and before amplification and transmission to the consumer, they perform inverse optoelectronic conversion and extraction of all M formed analog signals. Due to this construction, AFARs achieve an increase in the noise immunity and stability of the received multi-frequency analog signal to electromagnetic interference during extended transmission of the received signal to the AFAR, ensure high reliability of its operation, as well as reduce weight and increase the manufacturability of the product assembly.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один из СФП вышеописанного выходного модуля содержал последовательно соединенные широкополосный фотоприемник (ФП), подключенный к входу СФП, и узкополосный фильтр (Ф), подключенный к выходу СФП.Preferably, at least one of the TFP of the above-described output module contains a serially connected broadband photodetector (FP) connected to the input of the TFP and a narrow-band filter (F) connected to the output of the TFP.

В качестве ЭОП может быть использован, например, электронно-оптический модулятор, возбуждаемый оптическим лазером определенной длинны волны, например, на основе арсенида галлия или фосфида индия, или же на основе ниобата лития (LiNbO3), который обеспечивает не только уникальное сочетание функциональных характеристик, но и стабильную работу в жестких условиях, в том числе в условиях космического пространства.As an image intensifier tube, for example, an electron-optical modulator excited by an optical laser of a certain wavelength, for example, based on gallium arsenide or indium phosphide, or based on lithium niobate (LiNbO3), which provides not only a unique combination of functional characteristics, can be used, but also stable operation in harsh conditions, including in outer space.

Для обратного оптоэлектронного преобразования сигнала и выделения сигнала определенной частоты могут использовать как один селективный фотоприемник на основе фотодиода так и два элемента - широкополосный фотоприемник на основе фотодиода и узкополосный фильтр.For inverse optoelectronic signal conversion and signal extraction of a certain frequency, both one selective photodetector based on a photodiode and two elements can be used - a broadband photodetector based on a photodiode and a narrow-band filter.

Кроме того, выходной модуль АФАР может быть выполнен по любой другой из известных схем. В том числе:In addition, the output module AFAR can be performed according to any other of the known schemes. Including:

- выходной модуль АФАР (патент РФ на полезную модель №123586 «Модуль приемной активной фазированной антенной решетки», опубл. 27.12.2012, ФГБО УВПО Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого), к каждому входу которого параллельно подключены соответствующие гиратор, усилитель и детектор. В данном случае М и N совпадают;- AFAR output module (RF patent for utility model No. 123586, "Module for receiving an active phased array antenna", published on December 27, 2012, FSBE UVPO Novgorod State University named after Yaroslav the Wise), each input of which is connected in parallel with a corresponding gyrator, amplifier, and detector . In this case, M and N coincide;

- выходной модуль по патенту на изобретение US №6169513 (02.01.2001) «Thinned multiple beam phased array antenna».- the output module according to the patent for US invention No. 6169513 (02.01.2001) "Thinned multiple beam phased array antenna".

Далее состав и работа АФАР будут описаны в обоих предпочтительных вариантах исполнения.Next, the composition and operation of the AFAR will be described in both preferred embodiments.

На Фиг. 1 приведена структурная схема приемной многолучевой активной фазированной антенной решетки.In FIG. 1 is a structural diagram of a receiving multipath active phased array antenna.

На Фиг. 2 приведена структурная схема выходного блока АФАР для передачи сигнала по оптоволоконным кабелям (ОВК).In FIG. Figure 2 shows the block diagram of the output AFAR block for signal transmission via fiber optic cables (HVAC).

Приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка (АФАР), изображенная на Фиг. 1, содержит входной модуль 1 с N (N≥2) входами и М (М≥2) выходами, соединенными с соответствующими М входами выходного модуля 2, имеющего М выходов. Входы входного модуля (АФАР в целом) - N излучателей 3 (Изл), к каждому из которых последовательно подключены соответствующие малошумящий усилитель 4 (МШУ), понижающий смеситель 5 (СМ) - через его первый вход и выход, компенсирующий усилитель 6 (КУ) и М-канальный делитель 7 (Д). К второму входу СМ 5 подключен гетеродин 8, в качестве которого в данной реализации технического решения используют синтезатор частоты. К выходу Д 7 подключены первые входы М фазовращателей 9 (ФВ). Выход m-го фазовращателя в описанном n-м канале является m-м выходом n-ой группы (n-ого входного приемного канала). Модуль 1 содержит также М лучевых сумматоров 10 (Σ) с N входами. Каждый выход m-го фазовращателя каждого n-го канала подключен к n-му входу m-го сумматора, выход которого является m-м выходом входного модуля 1. Управление фазовращателями осуществляют блоком управления 11 (БУ) через вторые входы ФВ 9.The receiving multipath active phased array antenna (AFAR) shown in FIG. 1, contains an input module 1 with N (N≥2) inputs and M (M≥2) outputs connected to the corresponding M inputs of an output module 2 having M outputs. The inputs of the input module (AFAR as a whole) are N emitters 3 (Izl), each of which is connected in series with the corresponding low-noise amplifier 4 (LNA), the down-mixer 5 (SM) - through its first input and output, compensating amplifier 6 (KU) and M-channel divider 7 (D). A local oscillator 8 is connected to the second input of CM 5, which, in this implementation of the technical solution, uses a frequency synthesizer. To the output D 7 connected to the first inputs of the M phase shifters 9 (PV). The output of the mth phase shifter in the described nth channel is the mth output of the nth group (nth input receive channel). Module 1 also contains M beam adders 10 (Σ) with N inputs. Each output of the m-th phase shifter of each n-th channel is connected to the n-th input of the m-th adder, the output of which is the m-th output of the input module 1. The phase shifters are controlled by the control unit 11 (BC) through the second inputs of the PV 9.

К выходам входного модуля 1 подключены соответствующие входы выходного модуля 2, содержащего по М узкополосных лучевых полосно-пропускающих фильтров 12 (ППФ) и выходных усилителей 13 (У). При этом m-ый вход выходного модуля соединен с его m-ым выходом через последовательно соединенные m-ый ППФ 12 и m-ый У 13. Через М выходов модуля (АФАР в целом) осуществляют передачу информации М потребителям.The outputs of the input module 1 are connected to the corresponding inputs of the output module 2, each containing M narrow-band beam pass-pass filters 12 (PPF) and output amplifiers 13 (U). In this case, the mth input of the output module is connected to its mth output through the mth PPF 12 and the mth U 13 connected in series. Through the M outputs of the module (AFAR as a whole), information M is transmitted to consumers.

АФАР начинает функционировать при подаче необходимого напряжения питания на все элементы схемы, требующие питания.AFAR begins to function when the necessary supply voltage is applied to all elements of the circuit that require power.

Принимаемый сигнал поступает одновременно на N Изл 3 и далее на МШУ 4. Полоса пропускания малошумящего усилителя является суммой полос всех лучей и определяется соотношениемThe received signal is sent simultaneously to N Iz 3 and then to LNA 4. The passband of the low-noise amplifier is the sum of the bands of all beams and is determined by the ratio

Figure 00000001
Figure 00000001

ΔF- полоса пропускания входного приемного трактаΔF - bandwidth of the input receiving path

М - число лучейM is the number of rays

Δf - полоса каждого луча.Δf is the band of each ray.

То есть полоса пропускания МШУ 4 включает частотные диапазоны всех Δf.That is, the bandwidth of the LNA 4 includes the frequency ranges of all Δf.

Далее принятый сигнал преобразуют в сигнал с более низкой (промежуточной) частотой посредством понижающего конвектора - понижающего смесителя 5 с синтезатором частот 8, на который поступает опорная частота. Сигнал на пониженной частоте усиливают компенсирующим усилителем 6. Далее сигнал делят в Д 7 на М лучей (сигнал в полосе частот Δf) согласно числу выходных приемных каналов в системе - количеству потребителей. Таким образом, после КУ 6 обработку сигнала и дальнейшую доставку его потребителям осуществляют на пониженной частоте. Для того, чтобы АФАР принимала сигналы СВЧ миллиметрового диапазона, необходима замена МШУ 4, и дополнительная установка СМ 5, Гет 8 и КУ 6 во входном модуле, что существенно экономичнее замены всех дорогостоящих M×N ФВ 9 и дополнительных пассивных элементов.Next, the received signal is converted into a signal with a lower (intermediate) frequency by means of a step-down convector - step-down mixer 5 with a frequency synthesizer 8, to which the reference frequency is supplied. The signal at a reduced frequency is amplified by a compensating amplifier 6. Next, the signal is divided into D 7 by M rays (signal in the frequency band Δf) according to the number of output channels in the system - the number of consumers. Thus, after KU 6, the signal processing and its further delivery to consumers is carried out at a reduced frequency. In order for the AFAR to receive millimeter-wave microwave signals, it is necessary to replace LNA 4, and additional installation of SM 5, Get 8 and KU 6 in the input module, which is much more economical to replace all expensive M × N FV 9 and additional passive elements.

Выделенные сигналы поступают на первые входы ФВ 9 соответствующей n-й группы. В ФВ 9 всех групп формируют М независимых лучей на прием заданием фазового распределения посредством подачи соответствующих фазовых программ из БУ 11 на все иторые входы M×N фазовращателей 9. Фазовые программы для ФВ 9 могут быть адаптивными. М выходов ФВ 9 являются m-ми выходами n-ой группы.The selected signals are fed to the first inputs of the PV 9 of the corresponding nth group. In PV 9 of all groups, M independent beams are formed for reception by setting the phase distribution by supplying the corresponding phase programs from BU 11 to all the second inputs of M × N phase shifters 9. Phase programs for PV 9 can be adaptive. M outputs PV 9 are the m-th outputs of the n-th group.

С выхода каждого m-го фазовращателя каждого n-ой группы электрические (аналоговые) сигналы сформированных лучей поступают на n-й вход m-го Σ 10, где суммируют N аналоговых сигналов m-х лучей, сформированных во входных приемных каналах. Получают m-ый суммарный аналоговый сигнал для m-го выходного приемного канала с фазовой адресацией, предусмотренной фазовыми программами БУ 11. Суммарные аналоговые сигналы с фазовой адресацией передают с m-ых выходов модуля 1 на соответствующие входы модуля 2.From the output of each m-th phase shifter of each n-th group, the electric (analog) signals of the generated beams are fed to the nth input of the m-th Σ 10, where N analog signals of m-beams formed in the input receiving channels are summed. Get the m-th total analog signal for the m-th output receiving channel with phase addressing provided by the phase programs BU 11. The total analog signals with phase addressing are transmitted from the m-th outputs of module 1 to the corresponding inputs of module 2.

В последнем суммарный сигнал, принадлежащий определенному m-му лучу, выделяют узкополосным ППФ 12 с полосой пропускания луча Δf, передают на У 13 для усиления до требуемого уровня и передают через m-ый выход модуля 2 (АФАР в целом).In the latter, the total signal belonging to a certain m-th beam is isolated by narrow-band PPF 12 with a beam passband Δf, transmitted to Y 13 to amplify to the desired level and transmitted through the m-th output of module 2 (as a whole, AFAR).

Приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка (АФАР), изображенная на Фиг. 2, содержит входной модуль 1, выполненный как описано выше, с N (N≥2) входами и М (М≥2) выходами, соединенными с соответствующими М входами выходного модуля 2.The receiving multipath active phased array antenna (AFAR) shown in FIG. 2, contains an input module 1, made as described above, with N (N≥2) inputs and M (M≥2) outputs connected to the corresponding M inputs of output module 2.

Выходной модуль 2 содержит М электронно-оптических преобразователей 20 (ЭОП). Вход каждого m-го ЭОП 20 подключен к соответствующему входу модуля 2, а выход посредством ОВК соединен с соответствующим входом оптического сумматора 21 (ОС).The output module 2 contains M electron-optical converters 20 (image intensifier tubes). The input of each m-th image intensifier tube 20 is connected to the corresponding input of module 2, and the output is connected via the HVAC to the corresponding input of the optical adder 21 (OS).

Выход ОС 21 соединен по ОВК с входом оптического делителя 22 (ОД).The output of the OS 21 is connected through the HVAC to the input of the optical divider 22 (OD).

К выходу ОД 22 подключены М селективных фотоприемников 23 (СФП). В данном варианте исполнения каждый из СФП 23 содержит последовательно соединенные широкополосный фотоприемник 24 (ФП), вход которого является входом СПФ 23, и узкополосный фильтр 25 (Ф). К выходу каждого СФП 23 (в данном варианте - к выходу Ф 25) подключен выходной усилитель 26 (У). Выходы У 26 являются М выходами выходных приемных каналов АФАР для передачи информации М потребителям.M selective photodetectors 23 (TFP) are connected to the output of OD 22. In this embodiment, each of the TFP 23 contains a serially connected broadband photodetector 24 (FP), the input of which is the input of the SPF 23, and a narrow-band filter 25 (F). An output amplifier 26 (V) is connected to the output of each TFP 23 (in this embodiment, to the output of F 25). Outputs 26 are M outputs of the output receiving channels AFAR for transmitting information to consumers M.

Таким образом, передачу сигнала от ЭОП 20 до СФП 23 осуществляют по ОВК, что дает дополнительный технический результат - существенный выигрыш по массе и устойчивости передачи сигнала при протяженных линиях передачи в АФАР или при удаленном расположении потребителей (устройства обработки принятых в АФАР сигналов).Thus, the signal is transmitted from the image intensifier tube 20 to the TFP 23 by the HVAC, which gives an additional technical result - a significant gain in the mass and stability of the signal transmission with extended transmission lines in the AFAR or at a remote location of consumers (processing devices for signals received in the AFAR).

АФАР начинает функционировать при подаче необходимого напряжения питания на все элементы схемы, требующие питания.AFAR begins to function when the necessary supply voltage is applied to all elements of the circuit that require power.

Прием и обработку сигнала в модуле 1 проводят, как описано выше.The reception and processing of the signal in module 1 is carried out as described above.

Далее каждый из М суммарных сигналов с m-го входа модуля 2 передают на соответствующий ЭОП 20 для преобразования электрического сигнала в оптический. При этом излучаемый в m-ом ЭОП 20 оптический сигнал определенной длины волны модулируют поступающим электрическим сигналом m-го луча. Получают М модулированных оптических выходных приемных сигналов, каждый из которых имеет соответствующую длину волны m (нм) и уровень выходной мощности одного порядка (мВт). Все М выходных приемных сигналов через ОВК передают на ОС 21 для суммирования. Суммарный оптический сигнал передают через ОВК на ОД 22. Далее через выход ОД 22 сигнал по ОВК передают на каждый из М СПФ 23 для обратного выделения выходных приемных сигналов.Next, each of the M total signals from the mth input of module 2 is transmitted to the corresponding image intensifier tube 20 for converting the electrical signal into an optical one. In this case, the optical signal of a certain wavelength emitted in the m-th image intensifier tube 20 is modulated by the incoming electric signal of the m-th beam. Get M modulated optical output signals, each of which has a corresponding wavelength m (nm) and a level of output power of the same order (mW). All M output signals through the HVAC are transmitted to OS 21 for summation. The total optical signal is transmitted through OVK to OD 22. Next, through the output of OD 22, a signal is transmitted via OVK to each of the M SPF 23 for reverse allocation of output receiving signals.

В СФП 23 каждого m-го выходного приемного канала проводят обратное оптоэлектронное преобразование сигнала m-го модулированного оптического сигнала и выделение полосы частот Δƒ. В представленном на Фиг. 2 варианте исполнения заявленного изобретения оптический сигнал с выхода ОД 22 поступает на входы всех ФП 24 (входы СФП 23), где проводят демодуляцию оптического сигнала, а затем на Ф 25, где выделяют заданную в системе полосу частот. В результате на выходе каждого m-го Ф 25 (выходы СФП 23) получают электрический m-ый суммарный сигнал m-го выходного приемного канала, полученный ранее в m-ом Σ 10 из принимаемого АФАР информационного сигнала. Выделенный в СФП 23 суммарный сигнал усилителем 26 доводят до требуемого потребителем уровня.In SFP 23 of each m-th output receiving channel, the inverse optoelectronic conversion of the signal of the m-th modulated optical signal and the allocation of the frequency band Δƒ are performed. In the embodiment of FIG. 2 embodiment of the claimed invention, the optical signal from the output of the OD 22 is fed to the inputs of all the FP 24 (inputs of the TFP 23), where the optical signal is demodulated, and then to F 25, where the frequency band specified in the system is isolated. As a result, at the output of each m-th Ф 25 (SFP 23 outputs), the electric m-th total signal of the m-th output receiving channel, obtained earlier in the m-th Σ 10 from the received AFAR information signal, is obtained. Selected in the TFP 23, the total signal amplifier 26 is adjusted to the level required by the consumer.

Благодаря преобразованию аналогового выходного приемного сигнала с фазовой адресацией в оптический в каждом m-ом ЭОП 20, суммированию этих оптических сигналов, передаче информации по ОВК, на выходах СПФ 23 после обратного преобразования получают сигналы, сформированные в соответствующих лучевых сумматорах, без потерь и искажений. Вместе с тем, многократно (в М раз) снижается трудоемкость монтажа ОВК между ОС 21 и ОД 22 (лишь один кабель), что значительно снижает затраты.By converting the analog output signal with phase addressing to optical in each m-th image intensifier tube 20, summing these optical signals, transmitting information through the HVAC, at the outputs of the SPF 23, after the inverse transformation, the signals generated in the corresponding beam adders are received without loss and distortion. At the same time, the laboriousness of installing HVAC between OS 21 and OD 22 (only one cable) is significantly reduced (by M times), which significantly reduces costs.

Несмотря на то, что предлагаемое в качестве изобретения техническое решение приемной многолучевой активной фазированной антенной решетки описано со ссылкой на его конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что различные изменения по форме и содержанию могут быть сделаны без отступления от сущности и объема изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения.Despite the fact that the proposed invention as a technical solution for receiving a multipath active phased array antenna is described with reference to its specific embodiments, specialists in the art should understand that various changes in form and content can be made without departing from the essence and scope inventions defined by the appended claims.

Например, во входном модуле могут быть введены дополнительные каскады малошумящих усилителей для повышения чувствительности приемного тракта и дополнительные полосно-пропускающие фильтры для повышения помехозащищенности.For example, in the input module, additional cascades of low-noise amplifiers can be introduced to increase the sensitivity of the receiving path and additional bandpass filters to increase the noise immunity.

Описанное построение приемной многолучевой активной фазированной антенной решетки характеризуется высокой надежностью, устойчивостью принимаемого сигнала, дает существенную экономию по стоимости устройств при приеме сигналов миллиметрового диапазона, что особенно актуально в бортовых космических устройствах и системах спутниковой связи для перспективных частотных диапазонов частот (Ka (27:40 ГГц) и Q (36:46 ГГц)).The described construction of a receiving multipath active phased array antenna is characterized by high reliability and stability of the received signal, which provides significant cost savings for devices receiving millimeter-wave signals, which is especially important in on-board space devices and satellite communication systems for promising frequency ranges (Ka (27:40 GHz) and Q (36:46 GHz)).

Claims (4)

1. Приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка (АФАР), выполненная с возможностью подачи необходимого напряжения питания на все элементы схемы, требующие питания, включающая входной модуль, содержащий на каждом из N (N≥2) входов, являющихся входами АФАР, n-ую группу из последовательно соединенных излучателя, малошумящего усилителя, М-канального делителя мощности (М≥2) и параллельно подключенных к нему первыми входами М фазовращателей, вторые входы которых параллельно подключены к блоку управления, причем выход каждого m-го фазовращателя каждой n-ой группы подключен к n-му входу m-го лучевого сумматора, выходы М сумматоров являются m-ми выходами входного модуля, соединенными с соответствующими m-ми входами выходного модуля для доставки принимаемого сигнала потребителям через его m-ые выходы, являющиеся выходами АФАР, отличающаяся тем, что каждая n-ая группа входного модуля дополнительно содержит соответствующие понижающий смеситель, гетеродин и компенсирующий усилитель, причем в упомянутой группе к выходу малошумящего усилителя подключен первый вход понижающего смесителя, второй вход которого соединен с гетеродином, а выход через компенсирующий усилитель подключен к входу делителя.1. The receiving multi-beam active phased antenna array (AFAR), configured to supply the necessary supply voltage to all circuit elements requiring power, including an input module containing on each of the N (N≥2) inputs that are inputs of the AFAR, n-th a group of series-connected emitter, low-noise amplifier, M-channel power divider (M≥2) and parallel to it the first inputs of M phase shifters, the second inputs of which are connected in parallel to the control unit, and the output of each m-th the phase shifter of each nth group is connected to the nth input of the mth beam adder, the outputs of the M adders are the mth outputs of the input module, connected to the corresponding mth inputs of the output module to deliver the received signal to consumers through its mth outputs, which are the outputs of the AFAR, characterized in that each n-th group of the input module additionally contains a corresponding step-down mixer, a local oscillator and a compensating amplifier, and in the said group the first input is connected to the output of the low-noise amplifier it mixer, a second input coupled to a local oscillator, and the output from the compensating amplifier is connected to the input of the divider. 2. Приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый m-ый вход выходного модуля соединен с его m-ым выходом через последовательно соединенные m-ый лучевой полосно-пропускающий фильтр и m-ый выходной усилитель.2. The receiving multipath active phased active antenna array according to claim 1, characterized in that each m-th input of the output module is connected to its m-th output through the m-th beam-pass filter and the m-th output amplifier connected in series. 3. Приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что m-ые входы выходного модуля через соответствующие электронно-оптические преобразователи параллельно подключены к оптическому сумматору, выход которого подключен к входу оптического делителя, к выходу которого параллельно подключены М селективных фотоприемников (СФП), подключенных через соответствующие выходные усилители к соответствующим m-ым выходам выходного модуля.3. The receiving multipath active phased active antenna array according to claim 1, characterized in that the mth inputs of the output module are connected in parallel through the corresponding electron-optical converters to the optical adder, the output of which is connected to the input of the optical divider, to the output of which M selective are connected photodetectors (TFP) connected through the corresponding output amplifiers to the corresponding m-th outputs of the output module. 4. Приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка по п. 3, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из СФП содержит последовательно соединенные широкополосный фотоприемник, подключенный к входу СФП, и узкополосный фильтр, подключенный к выходу СФП.4. The receiving multi-beam active phased antenna array according to claim 3, characterized in that at least one of the TFP contains a serially connected broadband photodetector connected to the input of the TFP and a narrow-band filter connected to the output of the TFP.
RU2017142072A 2017-12-01 2017-12-01 Receiving multi-beam active phased antenna array RU2666577C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017142072A RU2666577C1 (en) 2017-12-01 2017-12-01 Receiving multi-beam active phased antenna array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017142072A RU2666577C1 (en) 2017-12-01 2017-12-01 Receiving multi-beam active phased antenna array

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2666577C1 true RU2666577C1 (en) 2018-09-11

Family

ID=63580456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017142072A RU2666577C1 (en) 2017-12-01 2017-12-01 Receiving multi-beam active phased antenna array

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2666577C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696366C1 (en) * 2018-09-28 2019-08-01 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" Adaptive antenna array with preliminary formation of channel pattern diagrams
CN112332075A (en) * 2020-11-02 2021-02-05 中国电子科技集团公司第三十八研究所 Multi-beam phased array integration system and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4736463A (en) * 1986-08-22 1988-04-05 Itt Corporation Electro-optically controlled wideband multi-beam phased array antenna
US5999128A (en) * 1998-05-19 1999-12-07 Hughes Electronics Corporation Multibeam phased array antennas and methods
RU2298810C1 (en) * 2005-10-04 2007-05-10 Дмитрий Феоктистович Зайцев Receiving-transmitting optoelectronic module of an antenna with a phased antenna array
RU2352034C1 (en) * 2007-09-24 2009-04-10 Государственное унитарное предприятие города Москвы Научно-производственный центр "СПРУТ" Receive multibeam active phased antenna array
RU2577827C1 (en) * 2014-11-06 2016-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" Self-focusing multibeam antenna array

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4736463A (en) * 1986-08-22 1988-04-05 Itt Corporation Electro-optically controlled wideband multi-beam phased array antenna
US5999128A (en) * 1998-05-19 1999-12-07 Hughes Electronics Corporation Multibeam phased array antennas and methods
RU2298810C1 (en) * 2005-10-04 2007-05-10 Дмитрий Феоктистович Зайцев Receiving-transmitting optoelectronic module of an antenna with a phased antenna array
RU2352034C1 (en) * 2007-09-24 2009-04-10 Государственное унитарное предприятие города Москвы Научно-производственный центр "СПРУТ" Receive multibeam active phased antenna array
RU2577827C1 (en) * 2014-11-06 2016-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" Self-focusing multibeam antenna array

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696366C1 (en) * 2018-09-28 2019-08-01 Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" Adaptive antenna array with preliminary formation of channel pattern diagrams
CN112332075A (en) * 2020-11-02 2021-02-05 中国电子科技集团公司第三十八研究所 Multi-beam phased array integration system and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6724523B2 (en) Remotely locatable RF power amplification system
US6686875B1 (en) Bi-directional amplifier module for insertion between microwave transmission channels
CN113067635B (en) Transmit-receive integrated phased array beam synthesis device based on integrated optical delay chip
US5025485A (en) Multi-feed, multi-channel communication system
US20180234119A1 (en) Outphasing Transmit and Receive Wireless Systems Having Dual-Polarized Antennas
RU2666577C1 (en) Receiving multi-beam active phased antenna array
US20030206134A1 (en) Partially deployed active phased array antenna array system
Sheehan et al. The use of optical techniques for beamforming in phased arrays
US3273151A (en) Antenna system
US20130177315A1 (en) Phased antenna array with electro-optic readout circuit with multiplexing and mll and related methods
CN117554972B (en) Multi-beam microwave photon phased array radar detection method and system
CN110190889A (en) A kind of implementation method of the earth station system based on Microwave photonics
KR102520675B1 (en) Photonics based active array radar for transmitting and receiving pulse waveform
CN116865900A (en) All-optical simultaneous multi-band multi-beam phased array transmitter and method thereof
CN108809427B (en) Wave beam adjustable terahertz wireless communication system and communication method based on optical phase control
US20130176165A1 (en) Phased antenna array with electro-optic readout circuit with multiplexing and related methods
RU2352034C1 (en) Receive multibeam active phased antenna array
CN214099928U (en) Satellite communication multi-beam antenna
RU2654994C1 (en) Receiving multi-beam active phased antenna array
RU2697194C1 (en) Method of constructing an active phased antenna array
RU2717258C1 (en) Method of constructing an active phased antenna array
RU2730120C1 (en) Method of constructing an active phased antenna array
Steeg et al. 2D mm-wave beam steering via optical true-time delay and leaky-wave antennas
Piqueras Recent advances of photonics processing in the satellite market
Beresford ASKAP photonic requirements