RU132622U1

RU132622U1 - ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY

Info

Publication number: RU132622U1
Application number: RU2013122812/08U
Authority: RU
Inventors: Николай Константинович Кашаев
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2013-09-20

Abstract

1. Активная фазированная антенная решетка, содержащая печатные активные и пассивные антенные излучатели, активные и пассивные элементы схемы управления, расположенные на слоях многослойной печатной платы, отличающаяся тем, что она выполнена в виде малоапертурной активной фазированной активной решетки, в которой на одном из внутренних слоев многослойной печатной платы расположена группа активных антенных излучателей с различными типоразмерами, каждый из которых предназначен для работы в заданном частотном диапазоне, а над слоем с активными излучателями расположены слои с пассивными излучателями отдельно для каждого заданного частотного диапазона и под слоем с активными излучателями расположены слои с активными и пассивными элементами схемы управления, при этом конструктивно малоапертурная активная фазированная антенная решетка выполнена в виде отдельного активного антенного элемента антенной решетки для последующей сборки из них крупноапертурной активной фазированной антенной решетки, в которой антенные элементы размещены в узлах прямоугольной, гексагональной или неэквидистантной сетки, предназначенной для обеспечения широкоугольности сканирования лучами заданных частотных диапазонов.2. Активная фазированная антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что печатные активные антенные излучатели выполнены в виде активных микрополосковых антенных элементов произвольной формы.3. Активная фазированная антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что печатные пассивные антенные излучатели выполнены в виде пассивных антенных элементов произвольной формы.4. Активная фазированная антенная решетка п1. Active phased antenna array containing printed active and passive antenna radiators, active and passive control elements located on the layers of a multilayer printed circuit board, characterized in that it is made in the form of a low aperture active phased active array, in which on one of the inner layers a multilayer printed circuit board is a group of active antenna emitters with different sizes, each of which is designed to work in a given frequency range, and above the layer with active layers of passive emitters are located separately for each given frequency range and layers with active and passive elements of the control circuit are located under the layer of active emitters, while the structurally low-aperture active phased antenna array is made as a separate active antenna element of the antenna array for subsequent assembly from of them a large-aperture active phased antenna array, in which the antenna elements are located in nodes of a rectangular, hexagonal a non-equidistant or non-equidistant grid designed to provide wide-angle scanning with rays of specified frequency ranges. 2. The active phased antenna array according to claim 1, characterized in that the printed active antenna emitters are made in the form of active microstrip antenna elements of arbitrary shape. The active phased antenna array according to claim 1, characterized in that the printed passive antenna emitters are made in the form of passive antenna elements of arbitrary shape. Active phased array antenna p

Description

Техническое решение (полезная модель) относится к радиотехнике, в частности к конструированию активных фазированных антенных решеток (АФАР).The technical solution (utility model) relates to radio engineering, in particular to the design of active phased antenna arrays (AFAR).

Известна активная фазированная антенная решетка, содержащая печатные активные и пассивные антенные излучатели, активные и пассивные элементы схемы управления, расположенные на слоях многослойной печатной платы. [1].Known active phased antenna array containing printed active and passive antenna emitters, active and passive elements of the control circuit located on the layers of a multilayer printed circuit board. [one].

Недостатком данной активной фазированной антенной решетки является ее низкая эффективность, обусловленная ограниченными функциональными возможностями за счет низкой технологичности при изготовлении.The disadvantage of this active phased antenna array is its low efficiency, due to limited functionality due to low manufacturability.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является активная фазированная антенная решетка, содержащая печатные активные и пассивные антенные излучатели, активные и пассивные элементы схемы управления, расположенные на слоях многослойной печатной платы. [2].The closest technical solution to the claimed is an active phased antenna array containing printed active and passive antenna emitters, active and passive control circuit elements located on the layers of a multilayer printed circuit board. [2].

Недостатком данной активной фазированной антенной решетки является ее низкая эффективность, обусловленная ограниченными функциональными возможностями ввиду отсутствия возможности одновременного или раздельного управления характеристиками излучения на нескольких заданных частотах.The disadvantage of this active phased antenna array is its low efficiency due to limited functionality due to the lack of the possibility of simultaneous or separate control of the radiation characteristics at several given frequencies.

В основу заявленного технического решения положена задача создания такой активной фазированной антенной решетки, которая обеспечит возможность управления характеристиками излучения на нескольких заданных частотах при сохранении высокой технологичности изготовления, что повысит ее эффективность за счет более широких функциональных возможностей. Сущность заявленного технического решения заключается в том, что активная фазированная антенная решетка, содержащая печатные активные и пассивные антенные излучатели, активные и пассивные элементы схемы управления, расположенные на слоях многослойной печатной платы, выполнена в виде мало апертурной активной фазированной активной решетки, в которой на одном из внутренних слоев многослойной печатной платы расположена группа активных антенных излучателей с различными типоразмерами, каждый из которых предназначен для работы в заданном частотном диапазоне, а над слоем с активными излучателями расположены слои с пассивными излучателями отдельно для каждого заданного частотного диапазона, и под слоем с активными излучателями расположены слои с активными и пассивными элементами схемы управления, при этом конструктивно мало апертурная активная фазированная антенная решетка выполнена в виде отдельного активного антенного элемента антенной решетки для последующей сборки из них крупно апертурной активной фазированной антенной решетки, в которой антенные элементы размещены в узлах прямоугольной, гексагональной или неэквидистантной сетки, предназначенной для обеспечения широкоугольности сканирования лучами заданных частотных диапазонов.The claimed technical solution is based on the task of creating such an active phased antenna array that will provide the ability to control the radiation characteristics at several predetermined frequencies while maintaining high manufacturability, which will increase its efficiency due to its wider functionality. The essence of the claimed technical solution lies in the fact that an active phased antenna array containing printed active and passive antenna emitters, active and passive control elements located on the layers of a multilayer printed circuit board, is made in the form of a small aperture active phased active array, in which from the inner layers of a multilayer printed circuit board there is a group of active antenna emitters with various sizes, each of which is designed to work in a given frequency range, and above the layer with active emitters there are layers with passive emitters separately for each given frequency range, and below the layer with active emitters there are layers with active and passive elements of the control circuit, while the structurally small aperture active phased antenna array is made as a separate active antenna element of the antenna array for subsequent assembly of them a large aperture active phased antenna array, in which the antenna elements are sized They are located in the nodes of a rectangular, hexagonal or nonequidistant grid, designed to ensure wide-angle scanning by rays of specified frequency ranges.

На фиг.1 изображены слои 1, 2, 3, 4 многослойной печатной платы мало апертурная АФАР, на которых расположены печатные активные 5, 6, 7 и пассивные 8, 9, 10 антенные излучатели, предназначенные для работы в 3-х частотном диапазоне; на фиг.2 изображена мало апертурная АФАР, вид сверху, предназначенная для работы в 3-х частотном диапазоне; на фиг.3 изображена крупно апертурная АФАР, вид сверху, предназначенная для работы в 3-х частотном диапазоне, в которой антенные элементы размещены в узлах прямоугольной сетки; на фиг.4 изображены слои 1, 2, 4 многослойной печатной платы мало апертурная АФАР, на которых расположены печатные активные 5, 6, и пассивные 8, 10 антенные излучатели, предназначенные для работы в 2-х частотном диапазоне; на фиг.5 изображена мало апертурная АФАР, вид сверху, предназначенная для работы в 2-х частотном диапазоне; на фиг.6 изображена крупно апертурная АФАР, вид сверху, предназначенная для работы в 2-х частотном диапазоне, в которой антенные элементы размещены в узлах гексагональной сетки.Figure 1 shows the layers 1, 2, 3, 4 of a multilayer printed circuit board with a small aperture AFAR, on which are located active 5, 6, 7 and passive 8, 9, 10 antenna emitters designed to operate in the 3-frequency range; figure 2 shows a small aperture AFAR, a top view intended for operation in the 3-frequency range; figure 3 shows a large aperture AFAR, a top view intended for operation in the 3-frequency range, in which the antenna elements are located in nodes of a rectangular grid; figure 4 shows the layers 1, 2, 4 of a multilayer printed circuit board a little aperture AFAR, on which are printed active 5, 6, and passive 8, 10 antenna emitters designed to operate in a 2-frequency range; figure 5 shows a small aperture AFAR, a top view designed to operate in a 2-frequency range; Fig.6 shows a large aperture AFAR, a top view intended for operation in the 2-frequency range, in which the antenna elements are located in the nodes of the hexagonal grid.

ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯEXAMPLE OF SPECIFIC PERFORMANCE

Активные фазированные антенные решетки (АФАР) содержат антенные элементы и схему управления (диаграммообразующую схему), содержащую активные (передающие и, или приемные усилители, переключатели и т.д.) и пассивные (фазовращатели, сумматоры, делители и т.д.) элементы, соединенные между собой и с активными антенными излучателями посредством линий передачи. (См., например, Д.М.Сазонов. Антенны и устройства СВЧ. Москва. «Высшая школа» 1988, с.396 - 411). Предложенная АФАР выполнена следующим образом. АФАР содержит печатные активные 5. 6. 7 антенные излучатели и печатные пассивные 8, 9, 10 антенные излучатели, которые расположены на слоях 1, 2, 3, 4 многослойной печатной платы (см. Фиг.1, фиг.2, фиг.4, фиг.5). АФАР выполнена в виде мало апертурной активной фазированной антенной решетки, в которой на одном из внутренних слоев 1 многослойной печатной платы расположена группа активных антенных излучателей 5, 6, 7 с различными типоразмерами, каждый из которых предназначен для работы в заданном частотном диапазоне. Это определяется геометрическими размерами антенных излучателей. Над слоем 1 с активными излучателями 5, 6, 7 расположены слои 2, 3, 4 с пассивными излучателями 8, 9, 10 отдельно для каждого заданного частотного диапазона. Слои 2, 3, 4, с пассивными излучателями 8, 9, 10 расположены над слоем 1 через воздушную прокладку определенной толщины или прокладку из материала с диэлектрической проницаемостью, близкой к 1. Все слои многослойной печатной платы выполнены по технологии печатных плат. Под слоем 1 с активными излучателями 5, 6, 7 расположены слои (на рисунках не показаны) с активными и пассивными элементами схемы управления (на рисунках не показаны). (См. Фиг.1, Фиг.2, Фиг.4, Фиг.5). Конструктивно мало апертурная АФАР (См. Фиг.2, Фиг.5) выполнена в виде отдельного активного антенного элемента антенной решетки для последующей сборки крупно апертурной АФАР (См. Фиг.3, Фиг.6), в которых антенные элементы (См. Фиг.2, Фиг.5) размещены в узлах прямоугольной сетки (См. Фиг.3) и гексагональной сетки (См. Фиг.6). Подобная конструкция АФАР позволяет обеспечить одновременное или раздельное широкоугольное сканирование лучами в заданных частотных диапазонах. На Фиг.1, фиг.2, Фиг.3 изображены АФАР, предназначенные для работы в частотных диапазонах 400/800/1300 МГц или 1300/2900/4000 МГц. На Фиг.4, Фиг.5, фиг.6 изображены АФАР, предназначенные для работы в частотных диапазонах 400/1300 МГц или 1300/4000 МГц. Печатные активные антенные излучатели 5, 6, 7 могут быть выполнены в виде активных микрополосковых антенных элементов произвольной формы. Печатные пассивные антенные излучатели 8, 9, 10 могут быть выполнены в виде пассивных антенных элементов произвольной формы. Активные 5, 6, 7 и пассивные 8, 9, 10 антенные излучатели могут быть выполнены в виде крестообразных печатных вибраторов. Активные элементы схемы управления могут быть выполнены в виде передающих микрополосковых усилителей мощности и, или в виде приемных микрополосковых малошумящих усилителей (МШУ), в том числе и в виде приемопередающего модуля АФАР. Конструкция активных 5, 6, 7 и пассивных 8, 9, 10 антенных излучателей совместно со схемой управления позволяет обеспечить излучение/прием двух ортогональных линейных поляризаций и/или двух круговых поляризаций правого и левого направления вращения.Active phased antenna arrays (AFAR) contain antenna elements and a control circuit (diagram-forming circuit) containing active (transmitting and or receiving amplifiers, switches, etc.) and passive (phase shifters, adders, dividers, etc.) elements interconnected and with active antenna emitters via transmission lines. (See, for example, D.M.Sazonov. Antennas and microwave devices. Moscow. Higher School 1988, pp. 396-411). The proposed AFAR is as follows. AFAR contains printed active 5. 6. 7 antenna emitters and printed passive 8, 9, 10 antenna emitters, which are located on layers 1, 2, 3, 4 of a multilayer printed circuit board (see Figure 1, figure 2, figure 4 5). The AFAR is made in the form of a small aperture active phased antenna array, in which on one of the inner layers 1 of the multilayer printed circuit board there is a group of active antenna radiators 5, 6, 7 with different sizes, each of which is designed to operate in a given frequency range. This is determined by the geometric dimensions of the antenna emitters. Above layer 1 with active emitters 5, 6, 7 are layers 2, 3, 4 with passive emitters 8, 9, 10 separately for each given frequency range. Layers 2, 3, 4, with passive emitters 8, 9, 10 are located above layer 1 through an air strip of a certain thickness or a strip of material with a dielectric constant close to 1. All layers of a multilayer printed circuit board are made using printed circuit board technology. Under layer 1 with active emitters 5, 6, 7 are layers (not shown in the figures) with active and passive control elements (not shown in the figures). (See Figure 1, Figure 2, Figure 4, Figure 5). Structurally small aperture AFAR (See Figure 2, Figure 5) is made in the form of a separate active antenna element of the antenna array for the subsequent assembly of a large aperture AFAR (See Figure 3, Figure 6), in which the antenna elements (See FIG. .2, FIG. 5) are placed in the nodes of a rectangular grid (See FIG. 3) and a hexagonal grid (See FIG. 6). A similar design of the AFAR allows for simultaneous or separate wide-angle scanning by beams in given frequency ranges. Figure 1, figure 2, figure 3 shows the AFAR, designed to operate in the frequency ranges 400/800/1300 MHz or 1300/2900/4000 MHz. In Fig.4, Fig.5, Fig.6 depicts AFAR designed to operate in the frequency ranges 400/1300 MHz or 1300/4000 MHz. Printed active antenna emitters 5, 6, 7 can be made in the form of active microstrip antenna elements of arbitrary shape. Printed passive antenna emitters 8, 9, 10 can be made in the form of passive antenna elements of arbitrary shape. Active 5, 6, 7 and passive 8, 9, 10 antenna emitters can be made in the form of cross-shaped printed vibrators. Active elements of the control circuit can be made in the form of transmitting microstrip power amplifiers and, or in the form of receiving microstrip low-noise amplifiers (LNA), including in the form of an AFAR transceiver module. The design of active 5, 6, 7 and passive 8, 9, 10 antenna emitters together with the control circuit allows the radiation / reception of two orthogonal linear polarizations and / or two circular polarizations of the right and left directions of rotation.

Таким образом предложенное техническое решение позволяет проектировать более эффективные активные фазированные антенные решетки за счет расширения функциональных возможностей при управлении характеристиками излучения и, или приема на нескольких заданных частотах диапазонах, используя многослойные печатные технологии при изготовлении, сохранении высокой технологичности изготовленя.Thus, the proposed technical solution allows us to design more efficient active phased antenna arrays by expanding the functionality when controlling the radiation characteristics and, or receiving at several specified frequency ranges, using multilayer printing technologies in the manufacture, while maintaining high manufacturability.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.INFORMATION SOURCES.

1. Патент РФ №88213, кл. H01Q 21/00 по заявке №2009126707 от 13.07.2009 г.1. RF patent No. 88213, class. H01Q 21/00 by application No. 2009126707 of July 13, 2009

2. Патент РФ №88212, кл. H01Q 21/00 по заявке №2009126181 от 08.07.2009 г. - прототип.2. RF patent No. 88212, cl. H01Q 21/00 on the application No. 2009126181 of 08/08/2009 - a prototype.

Claims

1. Active phased antenna array containing printed active and passive antenna radiators, active and passive control elements located on the layers of a multilayer printed circuit board, characterized in that it is made in the form of a low aperture active phased active array, in which on one of the inner layers a multilayer printed circuit board is a group of active antenna emitters with different sizes, each of which is designed to work in a given frequency range, and above the layer with active layers of passive emitters are located separately for each given frequency range and layers with active and passive elements of the control circuit are located under the layer of active emitters, while the structurally low-aperture active phased antenna array is made as a separate active antenna element of the antenna array for subsequent assembly from of them a large-aperture active phased antenna array, in which the antenna elements are located in nodes of a rectangular, hexagonal a non-equidistant or non-equidistant grid designed to provide wide-angle scanning with rays of specified frequency ranges.

2. The active phased antenna array according to claim 1, characterized in that the printed active antenna emitters are made in the form of active microstrip antenna elements of arbitrary shape.

3. The active phased antenna array according to claim 1, characterized in that the printed passive antenna emitters are made in the form of passive antenna elements of arbitrary shape.

4. The active phased antenna array according to claim 1, characterized in that the active and passive antenna emitters are made in the form of cross-shaped printed vibrators.

5. The active phased antenna array according to claim 1, characterized in that the active elements of the control circuit are made in the form of transmitting microstrip power amplifiers or in the form of receiving microstrip low noise amplifiers, including in the form of a transceiver module.