PL210992B1 - Układ aktywnego wiersza nadawczo-odbiorczego - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 210992 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 376032 ^{(51) Int.Cl.}

G01S 13/00 (2006.01) G01S 7/42 (2006.01) H01Q 23/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 01.07.2005 _{H01Q 3/00 (2006.01)} (54)

Układ aktywnego wiersza nadawczo-odbiorczego

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 08.01.2007 BUP 01/07	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

PL 210 992 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ aktywnego wiersza nadawczo-odbiorczego znajdujący zastosowanie w traktach nadawczo-odbiorczych współczesnych radarów.

We współczesnych systemach radarowych coraz częściej stosowane są anteny aktywne. Anteny te zawierają w swojej strukturze źródła promieniujące oraz wzmacniacze nadawcze i odbiorcze o sterowanym wzmocnieniu i fazie. Anteny takie pozwalają na sterowanie położeniem wiązki w obu płaszczyznach i na adaptywne dobieranie kształtu wiązki głównej.

Najczęściej układy takie składają się, z co najmniej jednej struktur promieniujących. Każda z nich zawiera promienniki i wewnętrzne dzielniki mocy, które zapewniają rozkłady amplitudy i fazy sygnału wypromieniowanego w przestrzeń oraz moduły nadawczo-odbiorcze, zawierające układ przełącznika nadawanie-odbiór oraz tor nadawczy i tor odbiorczy. Każda ze struktur promieniujących posiada również układ rozdziału sygnału nadawanego i układ sumowania sygnału odbieranego.

Konstrukcja takiej w pełni aktywnej anteny jest niezwykle kosztowna z uwagi na ilość źródeł promieniujących, na ogół jest to liczba kilku tysięcy, a także z uwagi na problemy produkcyjne związane z realizacją wzmacniaczy nadawczych i odbiorczych o bardzo małych gabarytach i o powtarzalnych parametrach amplitudowo-fazowych.

Mniej kosztowne rozwiązanie anteny aktywnej wykorzystuje kolumny lub wiersze antenowe z wbudowanymi w nie moduł ami nadawczo-odbiorczymi, przy czym ilość modułów zmniejsza się do ilości kolumn lub wierszy antenowych, na ogół do kilkudziesięciu. W rozwiązaniach radarów z aktywnymi wierszami lub kolumnami wzrasta wymaganie na maksymalną moc pozyskiwaną z modułu nadawczo-odbiorczego, zależnie od typu radaru nawet do kilku kilowatów. Dostępne na rynku tranzystory mikrofalowe, w zależności od pasma pracy, umożliwiają uzyskanie mocy wyjściowych rzędu 100 * 150 W w impulsie. Wymaganą moc wypromieniowaną w wierszu lub w kolumnie antenowej uzyskuje się poprzez sumowanie mocy z wielu wzmacniaczy w układach składania. W procesie składania mocy zachodzi, znaczny spadek mocy sumarycznej powodowany stratami w układzie składania sygnałów, co powoduje zmniejszenie sprawności energetycznej anteny. Problem sprawności jest kluczowym zagadnieniem przy realizacji aktywnych anten nadawczo-odbiorczych, gdyż w antenie wydzielane są znaczne ilości ciepła, rzędu kilkunastu kW a zapewnienie właściwego chłodzenia aparatury anteny stwarza poważne trudności techniczne.

Układ aktywnego wiersza nadawczo-odbiorczego według wynalazku wyróżnia się tym, że wejście pierwszego toru odbiorczego pierwszego modułu nadawczo-obiorczego jest połączone poprzez pierwszy układ nadawanie-odbiór z pierwszą strukturą promieniującą. Wejście drugiego toru odbiorczego drugiego modułu nadawczo-odbiorczego jest połączone poprzez drugi układ nadawanieodbiór z drugą strukturą promieniującą, przy czym wyjścia obu torów odbiorczych połączone są z wejściami sumatora sygnałów tworząc strukturę wiersza antenowego, a z kolei wyjścia od 1 do n wierszy antenowych n-wierszowej anteny połączone są z wejściami układu składania sygnałów.

Do każdego z n wyjść układu pierwszego dzielnika mocy dołączony jest dzielnik mocy jeden do dwóch, do którego wyjść dołączone są pierwszy tor nadawczy pierwszego i drugiego modułu nadawczo-odbiorczego. Wyjście pierwszego toru nadawczego jest połączone poprzez pierwszy układ nadawanie-odbiór z wejściem pierwszej struktury promieniującej, zaś wyjście drugiego toru nadawczego połączone jest poprzez drugi układ nadawanie odbiór z wejściem drugiej struktury promieniującej.

Do jednego z dwóch wyjść dzielnika jeden do dwóch dołączone jest wejście pierwszego dzielnika zasilającego n wierszy, a do drugiego wyjścia dzielnika jeden do dwóch dołączone jest wejście drugiego dzielnika zasilającego n wierszy. Wyjścia pierwszego dzielnika n wierszy są połączone z pierwszym torem nadawczym, zaś wyjścia drugiego dzielnika n wierszy są podłączone z drugim torem nadawczym. Z kolei, wyjście pierwszego toru nadawczego w pierwszym wierszu i w pierwszym module nadawczo-odbiorczym jest połączone poprzez pierwszy układ nadawanie-odbiór z wejściem pierwszej struktury promieniującej, zaś wyjście drugiego toru nadawczego drugiego modułu nadawczo-odbiorczego jest połączone poprzez drugi układ nadawanie-odbiór z wejściem drugiej struktury promieniującej.

W rozwiązaniu według wynalazku zastosowano podział struktury promieniującej na dwa półwiersze antenowe, z których każdy zasilany jest z własnego toru nadawczego. Takie rozwiązanie pozwoliło zrezygnować z dzielnika mocy na wejściu struktury promieniującej oraz z sumatora mocy na wyjściu wzmacniaczy w torach nadawczych, zmniejszając tym samym straty sygnału nadawczego,

PL 210 992 B1 które zależnie od częstotliwości pracy radaru mogą sięgać w układzie sumowania i podziału nawet powyżej 20%.

Inną, istotną zaletą rozwiązania jest przestrzenne usytuowanie wzmacniaczy w kabinie antenowej, co ułatwia odprowadzanie wydzielanego w nich ciepła i zwiększa skuteczność układów chłodzenia.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonanie na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu aktywnego wiersza nadawczo-odbiorczego, zaś na fig. 2 pokazany jest schemat ideowy wariantu aktywnego wiersza nadawczo-odbiorczego z dzielnikami n wierszy antenowych umieszczonymi na wejściach torów nadawczych struktur promieniujących.

Układ aktywnego wiersza nadawczo-odbiorczego składa się z dwóch bliźniaczych struktur promieniujących SP-I, SP-II przełączników nadawanie-odbiór NO-I, NO-II zapewniających rozdzielenie torów nadawczych TOR N-I, TOR N-II od torów odbiorczych TOR O-I, TOR O-II.

Zasada działania aktywnego wiersza nadawczo-odbiorczego, stanowiącego część struktury ściany antenowej w warunkach odbioru sygnału polega na tym, że sygnał odebrany z przestrzeni przez liniowy szyk antenowy złożony z dwóch symetrycznych struktur tworzących wiersz antenowy w płaszczyźnie azymutu przechodzi do dwóch jednakowych torów odbiorczych TOR O-I, TOR O-II z których każdy zawiera przełącznik nadawanie-odbiór NO-I, NO-II i wzmacniacz małoszumiący WZ TO-I, WZ TO-II. Na wejściu każdego wzmacniacza WZ TO-I, WZ TO-II znajduje się ogranicznik mocy OG TO-I, OG TO-II zabezpieczający wzmacniacz przed uszkodzeniem w przypadku, gdy na wejściu wzmacniacza pojawi się sygnał o poziomie przekraczającym jego wytrzymałość mocową. Na wyjściu każdego wzmacniacza zainstalowane są przesuwnik fazy PF TO-I, PF TO-II oraz tłumik regulowany TR TO-I, TR TO-II o sterowanym tłumieniu, wykorzystywane do zrównania amplitud i faz w obu torach w przypadku kształtowania wiązek odbiorczych w specjalnie zaprojektowanym układzie składania sygnałów lub do kształtowania charakterystyk odbiorczych w przypadku synfazowego sumowania sygnałów.

Sygnały wyjściowe w wierszu sumowane są w sumatorze mocy Σ 2:1 dla każdego n wiersza, przy zachowaniu takich samych amplitud i faz w całych torach od wejścia liniowego szyku antenowego do wejścia sumatora mocy Σ 2:1. W wielowierszowej antenie sygnały wyjściowe z każdego wiersza są albo sumowane w układzie synfazowego sumatora, albo składane 1... n w układzie składania sygnałów SK n:1, który spełnia rolę układu formowania wiązek odbiorczych z odpowiednimi przesunięciami fazy i w wymaganych stosunkach amplitud sygnału.

W warunkach nadawania sygnału tory odbiorcze TOR O-I, TOR O-II są izolowane przez przełącznik nadawanie-odbiór NO-I, NO-II a sygnał nadawczy doprowadzony do jednego z wejść przełącznika nadawanie-odbiór NO-I, NO-II jest wypromieniowany w przestrzeń.

W przykładzie wykonania wynalazku sygnał nadawczy jest doprowadzany poprzez ten przełącznik do struktury promieniującej SP-I, SP-II i jest wypromieniowywany w przestrzeń.

Sygnał nadawczy jest dzielony w dzielniku mocy DZ-1:n pomiędzy poszczególne wiersze anteny, a następnie dzielony w każdym wierszu w stosunku 1:2 w dzielniku D 1:2, przy czym podział ten może być zrealizowany tak, aby sygnały na wyjściach dzielnika mocy DZ-1 :n miały jednakową amplitudę i fazę, a kształtowanie wiązki nadawczej odbywało się poprzez odpowiednie regulacje amplitudy i fazy w torach nadawczych zasilających liniowy szyk antenowy, bądź kształtowanie wiązki nadawczej przeprowadzane jest w dzielniku w taki sposób, że na jego wyjściach zapewniony jest określony rozkład amplitud i faz sygnału nadawczego.

Dla poprawnej pracy anteny sygnały wypromieniowane przez każdą z połówek szyku antenowego muszą mieć jednakową amplitudę i fazę. Do wyrównywania amplitud i faz są wykorzystywane przesuwniki fazy PF TN-I, PF TN-II i tłumiki sterowane TR N-I, TR N-II włączone na wejściu wzmacniacza dużej mocy WZ TN-I, WZ TN-II w każdym z torów nadawczych TOR N-I i TOR N-II.

W przypadku równomiernego i synfazowego podziału mocy w dzielniku DZ-1:n dzielącym moc nadawania pomiędzy wiersze antenowe 1... n, tłumiki sterowane TR N-I, TR N-II i przesuwniki fazy PF TN-I, PF TN-II w torze nadawania służą do ukształtowania wiązki nadawczej przez zapewnienie odpowiednich rozkładów amplitud i faz każdego z torów nadawczych w całej antenie.

W alternatywnym przykładzie wykonania wynalazku, sygnał nadawczy w torach nadawczych najpierw jest dzielony w stosunku 1:2 w dzielniku D 1.2, a następnie jest dzielony na n wierszy w dzielnikach DZI-1 :n, DZII-1:n.

PL 210 992 B1

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ aktywnego wiersza nadawczo-odbiorczego złożony, z co najmniej jednej struktury promieniującej, która składa się z promienników i wewnętrznego dzielnika mocy zapewniającego rozkłady amplitudy i fazy sygnału wypromieniowanego w przestrzeń oraz z modułu nadawczo-odbiorczego, zawierającego układ przełącznika nadawanie-odbiór oraz tory nadawczy i odbiorczy, a także układ rozdziału sygnału nadawanego i układ sumowania sygnału odbieranego, znamienny tym, że wejście pierwszego toru odbiorczego (TOR O-I) pierwszego modułu nadawczo-obiorczego (MOD_NO-I) jest połączone poprzez pierwszy układ nadawanie-odbiór (NO I) z pierwszą strukturą promieniującą (SP I). zaś wejście drugiego toru odbiorczego (TOR O-II) drugiego modułu nadawczo-odbiorczego (MOD NO-II) jest połączone poprzez drugi układ nadawanie-odbiór (NO I) z drugą strukturą promieniującą (SP II). przy czym wyjścia obu torów odbiorczych (TOR O-I, TOR O-II) połączone są z wejściami sumatora sygnałów (Σ 2:1) tworząc strukturę wiersza antenowego, a jednocześnie wyjścia wierszy antenowych (1... n) n-wierszowej anteny połączone są z wejściami układu składania sygnałów (SK n:1).
2. 2. Układ aktywnego wiersza według zastrz. 1, znamienny tym, że do każdego z n wyjść układu pierwszego dzielnika mocy (DZ I-1:n) dołączony jest dzielnik mocy jeden do dwóch (D 1:2). do którego wyjść dołączony jest pierwszy tor nadawczy (TOR N-I) pierwszego modułu nadawczo-odbiorczego (MOD NO-I) i drugi tor nadawczy (TOR N-II) drugiego modułu nadawczo-odbiorczego (MOD NO-II), przy czym wyjście pierwszego toru nadawczego (TOR N-I) jest połączone poprzez pierwszy układ nadawanie-odbiór (NO-I) z wejściem pierwszej struktury promieniującej (SP-I), zaś wyjście drugiego toru nadawczego (TOR N-II) jest połączone poprzez drugi układ nadawanie odbiór (NO-II) z wejściem drugiej struktury promieniującej (SP-II).
3. 3. Układ aktywnego wiersza według zastrz. 1, znamienny tym, że do jednego z dwóch wyjść dzielnika sygnałów jeden do dwóch (D 1:2) dołączone jest wejście pierwszego dzielnika n wierszy (DZ-I 1:n), a do drugiego wyjścia dzielnika sygnałów jeden do dwóch (D 1:2) dołączone jest wejście drugiego dzielnika n wierszy (DZ-II 1:n), przy czym wyjścia pierwszego dzielnika n wierszy (DZ-I 1:n) są połączone z pierwszym torem nadawczym (TOR N-I), a wyjścia drugiego dzielnika n wierszy (DZ-II 1:n) są połączone z drugim torem nadawczym (TOR N-II), przy czym wyjście pierwszego toru nadawczego (TON N-I) w pierwszym wierszu i w pierwszym module nadawczo-odbiorczym (MOD NO-I) jest połączone poprzez pierwszy układ nadawanie-odbiór (NO-I) z wejściem pierwszej struktury promieniującej (SP-I), zaś wyjście drugiego toru nadawczego (TOR N-II) drugiego modułu nadawczo-odbiorczego (MOD NO-II) jest połączone poprzez drugi układ nadawanie-odbiór (NO-II) z wejściem drugiej struktury promieniującej (SP-II).