PL210990B1 - Układ pobudzania anteny nadawczej - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 210990 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 378601 ^{(51) Int.Cl.}

H01Q 3/26 (2006.01) G01S 7/02 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 29.12.2005 (54)

Układ pobudzania anteny nadawczej

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 09.07.2007 BUP 14/07	(73) Uprawniony z patentu: PRZEMYSŁOWY INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI SPÓŁKA AKCYJNA, Warszawa, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.03.2012 WUP 03/12	(72) Twórca(y) wynalazku: ANNA CZWARTACKA, Warszawa, PL KONRAD SZUSTAK, Warszawa, PL BOGDAN STACHOWSKI, Pruszków, PL TOMASZ LORENS, Warszawa, PL

PL 210 990 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ pobudzania anteny nadawczej, mający zastosowanie we współczesnych radarach.

W urządzeniach radiolokacyjnych średniego i dalekiego zasię gu charakterystyka promieniowania jest na ogół kształtowana w układach dzielących sygnał nadawczy. Układy te zapewniają odpowiednie amplitudy i fazy na wejściach elementarnych struktur promieniujących. Dlatego typowe układy pobudzania anteny nadawczej zawierają, na ogół, dzielnik mocy, n przesuwników fazy włączonych w ramiona wyjściowe dzielnika mocy oraz n torów wzmacniają cych. W typowych rozwiązaniach antena radaru zawiera od kilkuset do kilku tysięcy elementarnych struktur promieniujących. Znane są rozwiązania układów kształtowania wiązki promieniującej, w których każda struktura promieniująca jest połączona z własnym wzmacniaczem mocy. Stosowanie kilkuset lub kilku tysięcy wzmacniaczy stwarza poważne problemy techniczne, a w szczególności znacznie zwiększa koszty wykonania anteny.

Znane są również rozwiązania z zastosowaniem centralnych nadajników dużej mocy, które zawierają łańcuchy wzmacniaczy mocy. Wykorzystują one również, w końcowych stopniach, wzmacniacze mocy na lampach LFB lub amplitronach. Nadajniki centralne ze względu na duże gabaryty są umieszczane poza obrotową częścią anteny, często w znacznej odległości od struktur promieniujących. Straty mocy wprowadzane przez trakty mikrofalowe doprowadzające moc z nadajnika do anteny i strukturę podziału mocy powodują , ż e czę sto moc na wyjś ciu nadajnika musi być od dwóch do trzech razy większa od mocy wypromieniowywanej w przestrzeń. Problem strat mocy jest szczególnie dotkliwy gdyż oznacza to zwiększanie mocy nadajnika np. z 60 kW do 150 kW, co znacznie komplikuje rozwiązanie techniczne jak i podnosi koszty realizacji.

Istnieją rozwiązania pośrednie, w których są stosowane wiersze antenowe o pasywnej strukturze kształtującej charakterystykę promieniowania w płaszczyźnie azymutu wtedy, gdy charakterystyka w płaszczyźnie elewacji jest kształtowana przez kilkanaście do kilkudziesięciu wierszy z dołączonym do nich układem podziału mocy, w strukturę, którego mogą być wbudowane wzmacniacze mocy. Alternatywnym rozwiązaniem jest kształtowanie charakterystyki w płaszczyźnie elewacji w pasywnej strukturze kolumny i kształtowanie charakterystyki w płaszczyźnie azymutu w kilkunastu do kilkudziesięciu kolumnach pasywnych lub z wbudowanymi wzmacniaczami mocy.

W urządzeniach średniego i dalekiego zasięgu wymagana moc wyjściowa wzmacniaczy mocy poszczególnych wierszy lub kolumn może być rzędu kilku kW. Dla uzyskania zadanego kształtu charakterystyki promieniowania i małego poziomu listków bocznych niezbędny jest ściśle określony rozkład amplitud pobudzeń najczęściej realizujący wybraną funkcję matematyczną w poszczególnych wierszach, przy czym różnica pomiędzy największą i najmniejszą amplitudą układu pobudzającego może być, ponad stukrotna.

Dodatkowym wymaganiem na parametry sygnałów pobudzeń wierszy jest ścisłe zachowanie relacji fazowych i amplitudowych pomiędzy sygnałami pobudzeń wierszy w paśmie częstotliwości i przy zmianach temperatury otoczenia. Nie są znane rozwiązania, które spełniałyby jednocześnie postawione wyżej wymagania.

Układ pobudzania anteny nadawczej według wynalazku wyróżnia się tym, że do 2k wyjść dzielnika mocy jest dołączony tor wzmacniający o mocy utworzony ze wzmacniacza liniowego, wejściowego dzielnika mocy, czterech wzmacniaczy dużej mocy włączonych w ramiona wyjściowe wejściowego dzielnika mocy i wyjściowego sumatora mocy 4:1, do którego ramion wejściowych dołączone są wyjścia czterech wzmacniaczy dużej mocy. Wzmacniacz dużej mocy zawiera wzmacniacz wstępny dołączony do wejścia dzielnika dużej mocy oraz dołączone do wyjść tego dzielnika cztery wzmacniacze mocy, a także sumator dużej mocy, którego ramiona wejściowe są połączone z wyjściami wzmacniaczy mocy. Do 2m wyjść dzielnika mocy dołączony jest tor wzmacniający o mocy P/2 utworzony ze wzmacniacza liniowego, wejściowego dzielnika mocy oraz dwóch wzmacniaczy dużej mocy włączonych w ramiona wyjściowe wejściowego dzielnika mocy. Pozostałe wyjścia wejściowego dzielnika mocy są zamknięte na dopasowane obciążenia, zaś do wyjść wzmacniaczy mocy są dołączone wejścia sumatora dużej mocy 4:1. Z kolei, do 2l wyjść dzielnika mocy dołączony jest tor wzmacniający o mocy P/4 utworzony ze wzmacniacza liniowego, wejściowego dzielnika mocy i wzmacniacza dużej mocy włączonego w jedno z ramion wyjściowych wejściowego dzielnika mocy. Pozostałe wyjścia wejściowego dzielnika mocy są zamknięte na dopasowane obciążenia. Do 2p wyjść dzielnika mocy jest dołączony tor wzmacniający o mocy P/8 utworzony ze wzmacniacza liniowego i wejściowego dzielnika mocy, przy czym do trzech wyjść wejściowego dzielnika mocy są dołączone dopasowane obciążenia,

PL 210 990 B1 zaś do czwartego wyjścia jest dołączony wzmacniacz połowy dużej mocy, zawierający wzmacniacz wstępny połączony kaskadowo z dzielnikiem dużej mocy 1:4, do którego dwóch wyjść są dołączone dopasowane obciążenia, a do pozostałych dwóch wyjść są dołączone wzmacniacze mocy, i których wyjścia są połączone z sumatorem dużej mocy 2:1. Następnie, do 2r wyjść dzielnika mocy jest dołączony tor wzmacniający o mocy P/16 utworzony ze wzmacniacza liniowego i wejściowego dzielnika mocy, przy czym, do trzech wyjść wejściowego dzielnika mocy są dołączone dopasowane obciążenia, zaś do czwartego wyjścia dołączony jest wzmacniacz jednej czwartej dużej mocy zawierający wzmacniacz wstępny i dzielnik dużej mocy 1:4, którego trzy wyjścia są zakończone dopasowanym obciążeniem, zaś do jednego wyjścia dołączony jest wzmacniacz mocy. Do 2s wyjść dzielnika mocy jest dołączony tor wzmacniający o mocy zmienianej liniowo utworzony ze wzmacniacza liniowego, przy czym wszystkie tory wzmacniające, o mocy P, o mocy P/2, o mocy P/4, o mocy P/8, o mocy P/16 oraz tor wzmacniający o mocy zmienianej liniowo są dołączone do dzielnika mocy tak, że licząc od pierwszego jego wyjścia dołączonych jest do jego ramion wyjściowych s torów wzmacniających o mocy zmienianej liniowo, następnie r torów wzmacniających o mocy P/16, p torów wzmacniających o mocy P/8, l torów wzmacniających o mocy P/4, m torów wzmacniających o mocy P/2 i k torów wzmacniających o mocy P. Suma torów wzmacniających s, r, p, l, k wynosi m/2 tworząc połowę układu pobudzania anteny. Druga połowa układu pobudzania jest zwierciadlanym odbiciem jego pierwszej połowy.

Układ pobudzania anteny nadawczej pozwala uzyskać wymagany kształt charakterystyki promieniowania i mały poziom listków bocznych.

Wynalazek jest bliżej objaśniony na rysunku, na którym fig, 1 przedstawia układ pobudzania anteny nadawczej ze wszystkimi torami wzmacniającymi, na fig. 2 pokazany jest tor wzmacniający o mocy P, na fig. 3 - tor wzmacniają cy o mocy P/2, na fig. 4 - tor wzmacniają cy o mocy P/4, na fig. 5 tor wzmacniający o mocy P/8, na fig. 6 - tor wzmacniający o mocy P/16. Fig. 7 przedstawia tor wzmacniający o mocy zmienianej liniowo.

Do każdego z torów wzmacniających układu pobudzania anteny jest dołączony przesuwnik fazy PF!.....PF_n.

Sygnał nadawczy przychodzący na wejście układu pobudzania anteny jest dzielony w dzielniku mocy 1:n. Części sygnału nadawczego na każdym z wyjść dzielnika mocy 1:n wzmacniane w torach wzmacniających są sygnałami pobudzającymi układy promieniujące anteny radaru. I tak, sygnały z wyjść 1 :k wzmacniane są w torze wzmacniającym o mocy P TW1. Sygnały z wyjść k+1 do m wzmacniane są w torze wzmacniającym o mocy P/2 TW1/2, sygnały z wyjść k+m+1 do 1 - w torze wzmacniającym o mocy P/4 TW1/4, sygnały z wyjść k+m+1+1, do p w torze wzmacniającym o mocy P/8 TW1/8, sygnały z wyjść k+m+1+p+1 do r - w torze wzmacniającym o mocy P/16 TW1/16, zaś sygnały z wyjść k+m+1+p+r+1 do s - w torze o mocy zmienianej liniowo TWL.

Tor wzmacniający o mocy P TW1 utworzony jest ze wzmacniacza liniowego WL i wejściowego dzielnika mocy Dzwe1:4, do którego czterech ramion dołączone są cztery wzmacniacze dużej mocy HPM. Z kolei, każdy wzmacniacz dużej mocy HPM składa się ze wzmacniacza wstępnego Ww, którego wyjście połączone jest z wejściem dzielnika dużej mocy Dz_HPM, z dołączonych do jego czterech wyjść wzmacniaczy mocy PA oraz z sumatora dużej mocy Σ_ΗΡΜ. Ramiona sumatora dużej mocy Σ_ΗΡΜ połączone są z wyjściami wzmacniaczy mocy PA, natomiast wyjścia wzmacniaczy dużej mocy Σ_ΗΡΜ dołączone są do wyjściowego sumatora mocy 4:1 Zwy4:1.

Na tor wzmacniający o mocy P/2 TW1/2 składa się wzmacniacz liniowy WL połączony z wejściowym dzielnikiem mocy Dz_WE1:4 oraz dwa wzmacniacze dużej mocy HPM. Pozostałe dwa wyjścia wejściowego dzielnika mocy Dzwe1:4 są zamknięte na dopasowane obciążenia Z_o. Wyjścia czterech wzmacniaczy mocy PA połączone są z sumatorem dużej mocy 4:1 Z_Hpm4:1, zaś wyjścia sumatora dużej mocy 4:1 Ση_Ρμ41 obu wzmacniaczy dużej mocy HPM dołączone są do wyjściowego sumatora mocy 2:1 Zwy2:1.

Z kolei, tor wzmacniający o mocy P/4 TW1/4 zawiera tylko jeden wzmacniacz dużej mocy HPM połączony z wejściowym dzielnikiem mocy Dzwf1:4, zaś pozostałe trzy ramiona dzielnika są zamknięte na dopasowane obciążenie Z_o.

W torze wzmacniającym o mocy P/8 TW1/8 do trzech wyjść wejściowego dzielnika mocy Dzwę1:4 dołączone są dopasowane obciążenia Z_o, a do czwartego dołączony jest wzmacniacz połowy dużej mocy 1/2HPM, przy czym do dwóch wyjść wzmacniacza połowy dużej mocy 1/2HPM dołączone są dopasowane obciążenia Z_o, a do pozostałych dwóch dołączone są wzmacniacze mocy PA. Wyjścia wzmacniaczy mocy PA połączone są z sumatorem dużej mocy 2:1 Σηεμ2:1.

PL 210 990 B1

W torze wzmacniającym o mocy P/16 TW1/16 do trzech wyjść wejściowego dzielnika mocy

Dzwe1:4 są dołączone dopasowane obciążenia Z₂, zaś do czwartego dołączony jest wzmacniacz jednej czwartej dużej mocy 1/4 HPM. zawierający dzielnik dużej mocy 1:4 Dz_HPM1:4, do którego trzech wyjść dołączone są dopasowane obciążenia Z_o, a do czwartego wzmacniacz mocy PA.

Wzmacniacze połowy dużej mocy 1/2HPM i jednej czwartej dużej mocy 1/4 HPM zawierają wzmacniacz wstępny Ww włączony kaskadowo pomiędzy wyjściem wejściowego dzielnika mocy Dzwe1:4 a wejściem dzielnika dużej mocy Dz_Hpm.

I wreszcie, tor wzmacniający o mocy zmienianej liniowo TWL utworzony jest tylko ze wzmacniacza liniowego WL.

Tory wzmacniające s, r, p, I i k tworzą połowę układu pobudzania anteny. Jego druga połowa jest lustrzanym odbiciem pierwszej.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ pobudzania anteny nadawczej złożony z dzielnika mocy, z n przesuwników fazy włączonych w ramiona wyjściowe dzielnika mocy oraz z n torów wzmacniających włączonych kaskadowo z przesuwnikami fazy, znamienny tym, że do 2k wyjść dzielnika mocy (1:n) jest dołączony tor wzmacniający o mocy P (TW1) utworzony ze wzmacniacza liniowego (WL), wejściowego dzielnika mocy (Dzwe1:4), czterech wzmacniaczy dużej mocy (HPM) włączonych w ramiona wyjściowe wejściowego dzielnika mocy (Dzwe1:4) i wyjściowego sumatora mocy 4:1 (Zwy1/4). do którego ramion wejściowych dołączone są wyjścia czterech wzmacniaczy dużej mocy (HPM), przy czym wzmacniacz dużej mocy (HPM) zawiera wzmacniacz wstępny (Ww) dołączony do wejścia dzielnika dużej mocy (Dz_Hpm) oraz dołączone do wyjść tego dzielnika cztery wzmacniacze mocy (PA), a także sumator dużej mocy (Z_Hpm), którego ramiona wejściowe są połączone z wyjściami wzmacniaczy mocy (PA), następnie, do 2m wyjść dzielnika mocy (1:n) dołączony jest tor wzmacniający o mocy P/2 (TW1/2) utworzony ze wzmacniacza liniowego (WL), wejściowego dzielnika mocy (Dzwe1:4), oraz dwóch wzmacniaczy dużej mocy (HPM) włączonych w ramiona wyjściowe wejściowego dzielnika mocy (Dzwe1:4), przy czym pozostałe wyjścia wejściowego dzielnika mocy (Dzwe1:4) są zamknięte na dopasowane obciążenia (Zo), zaś do wyjść wzmacniaczy mocy (PA) są dołączone wejścia sumatora dużej mocy 4:1 (Σ_ΗΡΜ4:1), i z kolei, do 2l wyjść dzielnika mocy (1:n) dołączony jest tor wzmacniający o mocy P/4 (TW1/4) utworzony ze wzmacniacza liniowego (WL), wejściowego dzielnika mocy (Dzwf1:4) i wzmacniacza dużej mocy (HPM) włączonego w jedno z ramion wyjściowych wejściowego dzielnika mocy (Dzwe1:4), pozostałe zaś wyjścia wejściowego dzielnika mocy (Dzwf1:4) są zamknięte na dopasowane obciążenia (Zo), z kolei, do 2p wyjść dzielnika mocy (1:n) jest dołączony tor wzmacniający o mocy P/8 (TW1/8), utworzony ze wzmacniacza liniowego (WL) i wejściowego dzielnika mocy (Dzwe1:4), przy czym do trzech wyjść wejściowego dzielnika mocy (Dzwe1:4) są dołączone dopasowane obciążenia (Zo), zaś do czwartego wyjścia jest dołączony wzmacniacz połowy dużej mocy (1/2HPM), zawierający wzmacniacz wstępny (Ww) połączony kaskadowo z dzielnikiem dużej mocy 1:4 (Dz_Hpm1:4), którego dwa wyjścia są połączone z dopasowanymi obciążeniami (Zo), a do pozostałych dwóch wyjść są dołączone wzmacniacze mocy (PA), których wyjścia są połączone z sumatorem dużej mocy 2:1 (Σ_ΗΡΜ2:1). a następnie, do 2r wyjść dzielnika mocy (1:n) jest dołączony tor wzmacniający o mocy P/16 (TW1/16) utworzony ze wzmacniacza liniowego (WL) i wejściowego dzielnika mocy (Dzwf1:4), przy czym, do trzech wyjść wejściowego dzielnika mocy (Dzwe1:4) są dołączone dopasowane obciążenia (Zo), zaś do czwartego wyjścia dołączony jest wzmacniacz jednej czwartej dużej mocy (1/4HPM), zawierający wzmacniacz wstępny (W_w) i dzielnik dużej mocy 1:4 (Dz_Hpm1/4), do którego trzech wyjść są dołączone dopasowane obciążenia (Z_o), zaś do jednego wyjścia dołączony jest wzmacniacz mocy (PA), podczas gdy do 2s wyjść dzielnika mocy (1 :n) jest dołączony tor wzmacniający o mocy zmienianej liniowo (TWL) utworzony ze wzmacniacza liniowego (WL), przy czym wszystkie tory wzmacniające, o mocy P, o mocy P/2, o mocy P/4, o mocy P/8, o mocy P/16 oraz tor wzmacniający o mocy zmienianej liniowo (TW1, TW/2, TW/4, TW/8, TW/16 i TWL) są dołączone do dzielnika mocy (1 :n) tak, że licząc od pierwszego jego wyjścia dołączonych jest do jego ramion wyjściowych s torów wzmacniających o mocy zmienianej liniowo (TWL), następnie r torów wzmacniających o mocy P/16 (TW1/16), p torów wzmacniających o mocy P/8 (TW1/8), l torów wzmacniających o mocy P/4 (Tw/4), m torów wzmacniających o mocy P/2 (TW/2), k torów wzmacniających o mocy P (TW1), przy czym suma torów wzmacniających s, r, p, l, k wynosi m/2 tworząc połowę układu pobudzania anteny, zaś druga połowa układu pobudzania jest zwierciadlanym odbiciem jego pierwszej połowy.