RU113425U1

RU113425U1 - TWO DIMENSIONAL MONOPULSE HEADLIGHT WITH ELECTRONIC BEAM CONTROL

Info

Publication number: RU113425U1
Application number: RU2011110623/07U
Authority: RU
Inventors: Тамерлан Османович Бекирбаев; Юрий Михайлович Пузакин; Владимир Александрович Митин; Петр Константинович Крылов; Александр Николаевич Грибанов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова"
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2012-02-10

Abstract

Двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом, содержащая панели излучателей, блоки фазовращателей и волноводную распределительную систему (ВРС), состоящую из строчно-столбцовых делителей, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, а также СВЧ-сумматора, запитывающего эти делители и обеспечивающего формирование суммарно-разностных диаграмм направленности (ДН), отличающаяся тем, что каждый квадрант апертуры ФАР разбит на четыре части и в каждой этой части в ВРС выполнены один распределитель-столбец и распределители-строки, обеспечивающие запитку элементов раскрыва своей части без нарушения регулярности структуры всей ФАР, причем запитка четырех распределителей-столбцов в каждом квадранте осуществлена через управляемые линии задержки отдельным суммирующим устройством, выполненным из трех балансных восьмиполюсников, соединенных таким образом, что при подаче сигнала от СВЧ-сумматора на входы суммирующих устройств происходит распределение его между четырьмя распределителями-столбцами во всех частях в квадрантах апертуры, при этом три выхода-входа суммирующих устройств в каждом квадранте снабжены переключателями, обеспечивающими подключение согласованных нагрузок и переключение режимов работы. A two-dimensional monopulse headlamp with electronic beam control, containing emitter panels, phase shifter units and a waveguide distribution system (HRS), consisting of row-column dividers, each of which branches out microwave energy in one of the aperture quadrants, as well as a microwave adder, which feeds these dividers and providing the formation of total-difference radiation patterns (DN), characterized in that each quadrant of the PAR aperture is divided into four parts and in each of this part in the HRV there is one distributor -column and row distributors, providing power to the elements of the opening of its part without violating the regularity of the structure of the entire PAR, moreover, the supply of four distributor-columns in each quadrant is carried out through controlled delay lines by a separate summing device made of three balanced eight-terminal devices connected in such a way that when applying a signal from the microwave adder to the inputs of the summing devices, it is distributed between the four column distributors in all parts of the aperture quadrants s, wherein the three output-input adders in each quadrant are equipped with switches for connecting the matched loads and switching of operation modes.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в СВЧ-антенной технике в составе радиолокационных систем и комплексов.The proposed utility model relates to the radio industry and can be used in microwave antenna technology as part of radar systems and complexes.

Известна антенная система, содержащая двумерную моноимпульсную фазированную решетку, у которой волноводный распределитель выполнен из М линейных распределителей первого типа и четырех линейных распределителей второго типа, содержащих волноводные направленные ответвители, объединенные общими магистральными волноводами, при этом М линейных распределителей первого типа сгруппированы по четвертям и построчно заполняют весь раскрыв, а четыре линейных распределителя второго типа запитывают каждым из своих волноводных выходов магистральные волноводы линейных распределителей первого типа ["Антенная система", авт. Алексеев О.С., Винярская Н.А., Митин В.А., Позднякова Р.Д., Синани А.И., Ястребов Б.П., пат. RU 2256263 C1, H01Q 3/28].A known antenna system containing a two-dimensional monopulse phased array, in which the waveguide distributor is made of M linear distributors of the first type and four linear distributors of the second type, containing directional waveguide couplers combined by common main waveguides, while the M linear distributors of the first type are grouped in quarters and line by line fill the entire opening, and four linear dispensers of the second type feed each of their waveguide outputs of the master first waveguides of linear distributors of the first type ["Antenna system", ed. Alekseev O.S., Vinyarskaya N.A., Mitin V.A., Pozdnyakova R.D., Sinani A.I., Yastrebov B.P., Pat. RU 2256263 C1, H01Q 3/28].

Известна двумерная моноимпульсная антенна с электронным управлением лучом, содержащая линейки излучателей, линейки фазовращателей и распределительную систему, состоящую из линеек распределителей первого типа, входы которых соединены с соответствующими выходами линеек распределителя второго типа, входы, которых соединены соответственно с выходами основного и дополнительного СВЧ-сумматоров соединенных между собой по одному разностному входу через фазирующие секции и направленный ответвитель. Между выходами линеек распределителей первого типа и фазовращателями, а также между фазовращателями и соответствующими каналами линеек излучателей двумя своими плечами присоединены циркуляторы, обеспечивающие передачу СВЧ-сигнала от линеек распределителей первого типа к линейкам излучателей. Третьи плечи циркуляторов присоединены к разделяющим устройствам таким образом, что сигналы от линеек излучателей через циркуляторы поступают на выходы разделяющих устройств, которые через дополнительные фазовращатели соединены с выходами линеек распределителей первого типа и выходами второй, независимой распределительной системы ["Двумерная моноимпульсная антенна с электронным управлением лучом", авт. Митин В.А., Синани А.И., Алексеев О.С., Лапшин В.И., пат. RU №2383090 C1, H01Q 25/02].Known two-dimensional monopulse antenna with electronic beam control, containing a line of emitters, a line of phase shifters and a distribution system consisting of lines of distributors of the first type, the inputs of which are connected to the respective outputs of the lines of the distributor of the second type, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the main and additional microwave adders interconnected by one differential input through phasing sections and a directional coupler. Between the outputs of the lines of the distributors of the first type and phase shifters, as well as between the phase shifters and the corresponding channels of the lines of emitters, two circuits are connected with their two shoulders, which ensure the transmission of the microwave signal from the lines of distributors of the first type to the lines of emitters. The third arms of the circulators are connected to the separating devices in such a way that the signals from the emitter lines through the circulators are fed to the outputs of the separating devices, which are connected through the additional phase shifters to the outputs of the distributor lines of the first type and the outputs of the second, independent distribution system ["Two-dimensional monopulse antenna with electronic beam control ", author Mitin V.A., Sinani A.I., Alekseev O.S., Lapshin V.I., Pat. RU No. 2383090 C1, H01Q 25/02].

Недостатками указанных выше фазированных антенных решеток являются невозможность формирования многих лучей на прием и передачу, небольшая мгновенная полоса пропускания и невысокая разрешающая способность, определяемая отсутствием возможности работы антенны в режиме интерферометра, а также искажения сигналов и ошибки при работе сканирующей антенны с сигналами малой длительности.The disadvantages of the aforementioned phased antenna arrays are the inability to form many beams for reception and transmission, a small instantaneous bandwidth and low resolution, determined by the inability to operate the antenna in interferometer mode, as well as signal distortion and error when the scanning antenna works with short-duration signals.

Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является бортовая антенна с электронным управлением лучом с волноводной распределительной системой ["Волноводная распределительная система бортовой антенны с электронным управлением лучом", авт. А.И.Синани, Р.Д.Позднякова, В.А.Митин, журнал "Антенны", вып.6(61), 2002 г.], в которой волноводная распределительная система (ВРС) по существу является диаграммо-образующей структурой ФАР, обеспечивающей суммарно-разностную обработку сигналов. В этом варианте антенны ВРС состоит из четырех строчно-столбцовых делителей, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, для чего используется один распределитель-″столбец" и n линеек "строк", а также СВЧ-сумматор, обеспечивающий формирование суммарно-разностных диаграмм направленности (ДН).Closest in technical essence to the present invention is an onboard antenna with electronic beam control with a waveguide distribution system ["Waveguide distribution system of an onboard antenna with electronic beam control", ed. A. I. Sinani, R. D. Pozdnyakova, V. A. Mitin, Antennas magazine, issue 6 (61), 2002], in which the waveguide distribution system (HRV) is essentially a diagram-forming structure HEADLIGHT, providing total-difference signal processing. In this embodiment, the HRV antenna consists of four row-column dividers, each of which branches microwave energy in one of the quadrants of the aperture, for which one distributor ″ column ”and n rulers of“ rows ”are used, as well as a microwave adder, which ensures the formation total-difference radiation patterns (DN).

Недостатками этого технического решения являются невысокая разрешающая способность, невозможность формирования многих лучей на прием и передачу, а также небольшая мгновенная полоса пропускания, сильное искажение сигналов в сканирующей антенне при работе с сигналами наносекундной длительности.The disadvantages of this technical solution are the low resolution, the inability to form many rays for reception and transmission, as well as the small instantaneous bandwidth, strong distortion of the signals in the scanning antenna when working with signals of nanosecond duration.

Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом содержит панели излучателей, блоки фазовращателей и волноводную распределительную систему, состоящую из четырех строчно-столбцовых делителей, каждый из которых разветвляет СВЧ-энергию в одном из квадрантов апертуры, а также СВЧ-сумматор, обеспечивающий формирование суммарно-разностных ДН.The essence of the proposed utility model consists in the fact that the two-dimensional monopulse phased array with electron beam control contains emitter panels, phase shifter units and a waveguide distribution system consisting of four horizontal column dividers, each of which branches out microwave energy in one of the aperture quadrants, and The microwave adder, providing the formation of total-differential day patterns.

Новыми признаками заявленного технического решения является то, что каждый квадрант апертуры ФАР разбит на четыре части и в каждой этой части выполнены распределитель столбец и распределители-строки, обеспечивающие запитку отдельных излучающих элементов апертуры своей части без нарушения регулярности структуры всей ФАР, при этом запитка четырех распределителей-столбцов в каждом квадранте осуществлена через управляемые линии задержки суммирующим устройством из 3^x балансных восьмиполюсников, соединенных таким образом, что при подаче сигнала от СВЧ-сумматора происходит распределение его между четырьмя распределителями-столбцами во всех частях в каждом квадранте апертуры. Три входа-выхода суммирующих устройств в каждом квадранте снабжены переключателями, обеспечивающими подключение согласованных нагрузок при работе с СВЧ-сумматором, или подключение иных устройств (передатчиков, приемников и т.д.), обеспечивающих независимую работу квадрантов антенны или их частей на прием и передачу.New features of the claimed technical solution is that each quadrant of the PAR aperture is divided into four parts and each column has a column distributor and row distributors that provide power to the individual radiating elements of the aperture of its part without violating the regularity of the structure of the entire PAR, while four distributors are powered -columns in each quadrant is carried out through controlled delay lines by a summing device of 3 ^x balanced eight-terminal devices connected in such a way that when applied The signal from the microwave adder is distributed between four column distributors in all parts in each quadrant of the aperture. The three inputs and outputs of the summing devices in each quadrant are equipped with switches that provide the connection of the agreed loads when working with the microwave adder, or the connection of other devices (transmitters, receivers, etc.) that ensure the independent operation of the antenna quadrants or their parts for reception and transmission .

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является реализация более развитой, параллельной схемы диаграммообразующего устройства и обеспечение работы антенны как со всей апертурой сразу, так и в независимом режиме с отдельными ее частями, при этом введение линий задержки позволяет выбирать необходимые временные сдвиги в сканирующей антенне при работе с сигналами наносекундной длительности.The technical result of the proposed utility model is the implementation of a more developed, parallel circuit diagram-forming device and ensuring the operation of the antenna with both the entire aperture immediately and in an independent mode with its individual parts, while the introduction of delay lines allows you to choose the necessary time shifts in the scanning antenna when working with nanosecond signals.

Это достигнуто за счет разбиения каждого квадранта апертуры на четыре части и введения дополнительных суммирующих устройств (по одному на квадрант), которые обеспечивают как запитку распределителей в каждой из частей квадрантов, так и наличие независимых входов-выходов отдельных квадрантов и частей апертуры, развязанных с другими, аналогичными частями и квадрантами апертуры всей ФАР, а также включения между выходами суммирующих устройств и входами распределителей-столбцов в каждой части управляемых линий задержки.This is achieved by dividing each quadrant of the aperture into four parts and introducing additional summing devices (one per quadrant), which provide both powering of the distributors in each part of the quadrants and the presence of independent inputs and outputs of the individual quadrants and parts of the aperture decoupled from other , similar parts and quadrants of the aperture of the entire headlamp, as well as the inclusion between the outputs of the summing devices and the inputs of the column distributors in each part of the controlled delay lines.

На фиг.1 приведена функциональная схема двумерной моноимпульсной ФАР с электронным управлением лучом.Figure 1 shows the functional diagram of a two-dimensional monopulse phased array with electronic beam control.

Двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом состоит из панелей излучателей 1, блоков фазовращателей 2, волноводной распределительной системы, в свою очередь состоящей из СВЧ-сумматора 3, суммирующих устройств 4, распределителей-столбцов 5, распределителей-строк 6, а также линий задержки 7, переключателей 8, согласованных нагрузок 9.The two-dimensional monopulse headlamp with electronic beam control consists of emitter panels 1, phase shifter units 2, a waveguide distribution system, which in turn consists of a microwave adder 3, summing devices 4, column distributors 5, row distributors 6, and delay lines 7 , switches 8, matched loads 9.

Панели излучателей 1 соединены с выходными каналами блоков фазовращателей 2, входные каналы блоков фазовращателей 2 соединены с выходными каналами распределителей-строк 6 в каждый части квадрантов апертуры. В свою очередь, входные каналы распределителей-строк 6 соединены с соответствующими выходными каналами распределителей-стролбцов 5 в своей части квадранта апертуры, при этом входные каналы распределителей-столбцов 5 соединены через управляемые линии задержки 7, с выходными каналами суммирующих устройств 4. Входы суммирующих устройств 4 в каждом квадранте апертуры соединены с выходами СВЧ-сумматора 3. Входы суммирующих устройств 4, в которые направленно не ответвляется СВЧ-энергия при работе ФАР от СВЧ-сумматора 3 соединены с переключателя 8 при этом одно из плеч переключателя 8 соединено в каждой части квадранта с согласованной нагрузкой 9 (при работе антенны от СВЧ-сумматора), а другое формирует вход части квадранта ФАР или квадранта в целом при независимой работе этих фрагментов ФАР.The emitter panels 1 are connected to the output channels of the phase shifter blocks 2, the input channels of the phase shifter blocks 2 are connected to the output channels of the row distributors 6 in each part of the aperture quadrants. In turn, the input channels of the distributor rows 6 are connected to the corresponding output channels of the distributor strolbers 5 in its part of the aperture quadrant, while the input channels of the distributor columns 5 are connected via controlled delay lines 7 to the output channels of the summing devices 4. Inputs of the summing devices 4 in each quadrant of the aperture is connected to the outputs of the microwave adder 3. The inputs of the summing devices 4 into which the microwave energy does not branch out directionally when the headlight is operated from the microwave adder 3 are connected to the switch 8, one of the arms of the switch 8 is connected in each part of the quadrant with the matched load 9 (when the antenna is operating from the microwave adder), and the other forms the input of the part of the PAR of the PAR or the quadrant as a whole with the independent operation of these fragments of the PAR.

Предлагаемая двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом работает следующим образом. При подаче СВЧ-сигнала на суммарный вход СВЧ-сумматора 3 происходит распределение его через СВЧ-сумматор 3, суммирующие устройства 4, через линии задержки 7, распределители-столбцы 5 и распределители-строки 6 по входным каналам блоков фазовращателей 2 и далее по входным каналам панелей излучателей 1 в каждой части квадрантов апертуры ФАР. При этом определенный выбор величин переходных ослаблений отдельных каналов распределителей-столбцов 5 и распределителей-строк 6 обеспечивает формирование заданного амплитудного распределения, а электрически управляемые блоки фазовращателей 2 и линии задержки 7 обеспечат формирование заданных фазовых распределений и управление им в апертуре ФАР, а также необходимые задержки сигналов по времени при работе сканирующей антенны с широкополосными сигналами. В этом варианте возможно формирование суммарно-разностных характеристик.The proposed two-dimensional monopulse phased array with electron beam control operates as follows. When a microwave signal is applied to the total input of the microwave adder 3, it is distributed through the microwave adder 3, summing devices 4, through delay lines 7, distributor columns 5 and distributor rows 6 along the input channels of the phase shifter blocks 2 and further along the input channels panels of emitters 1 in each part of the quadrants of the PAR aperture. Moreover, a certain choice of transition attenuation values of individual channels of column distributors 5 and row distributors 6 provides the formation of a given amplitude distribution, and the electrically controlled phase shifter blocks 2 and delay lines 7 provide the formation of specified phase distributions and their control in the PAR aperture, as well as the necessary delays time signals during the operation of a scanning antenna with broadband signals. In this embodiment, the formation of total difference characteristics is possible.

При сканировании антенны переключатели 8 обеспечивают подключение согласованных нагрузок 9 и переключение режимов работы.When scanning the antenna, the switches 8 provide the connection of the agreed loads 9 and the switching of operating modes.

При подаче СВЧ-сигнала на один из независимых входов «Вх.¹/₄», «Вх.¹/₈», развязанных с другими частями антенны, происходит аналогичное описанному выше распределение сигнала по излучателям апертуры, но только в той части квадранта или в целом квадранте, с которым связан конкретный вход. При этом возможны как реализация режима интерферометра, т.е. независимой работы фрагментов апертуры с разнесенными фазовыми центрами с последующей обработкой сигналов от фрагментов, что в результате увеличивает разрешающую способность станции, так и формирование независимо управляемых лучей от квадрантов антенны и их частейWhen applying a microwave signal to one of the independent inputs "In. ^_1/4 "," Bx. ^_1/8 ", separated from other parts of the antenna, there is a similar distribution to that described above for signal emitters of the aperture, but only in that part of a quadrant or a whole quadrant is associated with a particular input. Moreover, it is possible as an implementation of the interferometer mode, i.e. independent operation of aperture fragments with spaced phase centers followed by processing of signals from the fragments, which as a result increases the resolution of the station, as well as the formation of independently controlled beams from the antenna quadrants and their parts

Таким образом, технико-экономические преимущества предложенного технического решения по сравнению с прототипом заключаются в обеспечении возможности работы с широкополосными сигналами, в реализации режима интерферометра и, соответственно, увеличении разрешающей способности, а также в возможности формирования одновременно до восьми независимо управляемых лучей.Thus, the technical and economic advantages of the proposed technical solution compared to the prototype consist in providing the ability to work with broadband signals, in implementing the interferometer mode and, accordingly, increasing the resolution, as well as in the possibility of simultaneously generating up to eight independently controlled beams.

Реализация предлагаемого технического решения не вызывает сомнения, разработаны, изготовлены и прошли испытания основные фрагменты распределительной системы: СВЧ-сумматор с суммирующими устройствами, распределитель-столбец и распределитель-строка. Испытания подтвердили возможность достижения заявляемого технического эффекта.The implementation of the proposed technical solution is not in doubt; the main fragments of the distribution system have been developed, manufactured and tested: microwave adder with summing devices, distributor-column and distributor-row. Tests have confirmed the possibility of achieving the claimed technical effect.

Предлагаемая двумерная моноимпульсная ФАР с электронным управлением лучом позволяет:The proposed two-dimensional monopulse headlamp with electronic beam control allows you to:

1. Обеспечить возможность работы сканирующей ФАР с широкополосными сигналами за счет применения более разветвленной, параллельной, схемы распределения СВЧ-сигнала, а также возможность установки в каждую часть квадранта линии задержки при незначительном увеличении габаритных размеров и массы.1. Ensure that the scanning headlight can work with broadband signals through the use of a more branched, parallel, microwave signal distribution scheme, as well as the possibility of installing a delay line in each part of the quadrant with a slight increase in overall dimensions and mass.

2. Увеличить разрешающую способность станции за счет обеспечения возможности независимой работы отдельных фрагментов антенны с разнесенными фазовыми центрами.2. To increase the resolution of the station by enabling the independent operation of individual fragments of the antenna with spaced phase centers.

3. Формировать одновременно до восьми независимо управляемых лучей.3. Form at the same time up to eight independently controlled beams.

Claims

A two-dimensional monopulse headlamp with electronic beam control, containing emitter panels, phase shifter units and a waveguide distribution system (HRV), consisting of row-column dividers, each of which branches out microwave energy in one of the aperture quadrants, as well as a microwave adder that feeds these dividers and providing the formation of total-difference radiation patterns (DN), characterized in that each quadrant of the aperture of the HEADLIGHTER is divided into four parts and in each of this part in the HRV there is one distributor -column and row distributors, providing power to the elements of the opening of its part without violating the regularity of the structure of the entire PAR, moreover, the supply of four distributor-columns in each quadrant is carried out through controlled delay lines by a separate summing device made of three balanced eight-terminal devices connected in such a way that when applying a signal from the microwave adder to the inputs of the summing devices, it is distributed between the four column distributors in all parts of the aperture quadrants s, wherein the three output-input adders in each quadrant are equipped with switches for connecting the matched loads and switching of operation modes.