RU161794U1

RU161794U1 - ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY

Info

Publication number: RU161794U1
Application number: RU2015152312/28U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Владимирович Кауфман; Андрей Васильевич Вицукаев; Иван Николаевич Матвеев; Ольга Николаевна Гвоздкова; Дмитрий Юрьевич Муринец; Павел Алексеевич Агеев; Андрей Владимирович Трифонов
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова"
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2016-05-10

Abstract

Активная фазированная антенная решетка, содержащая N излучателей, соединенных с первыми входами-выходами соответствующих N приемопередающих модулей, где N целое число большее либо равное единице, N устройств распределения и фазирования, блок управления антенной, устройство управления, отличающаяся тем, что введены N приемно-согласующих устройств, N аналого-цифровых преобразователей, многоканальный вычислитель, генератор, причем второй вход-выход каждого приемо-передающего модуля соединен с входом-выходом соответствующего приемно-согласующего устройства, выход каждого приемно-согласующего устройства соединен с входом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, вход каждого приемно-согласующего устройства соединен с выходом соответствующего устройства распределения и фазирования, первый вход каждого из устройств распределения и фазирования соединен с выходом генератора, вход которого является первым внешним входом активной фазированной антенной решетки, а второй вход каждого из устройств распределения и фазирования соединен с первым выходом блока управления антенной посредством шины данных, а второй выход блока управления антенной соединен с входом устройства управления, вход блока управления антенной является вторым внешним входом активной фазированной антенной решетки, каждый из N выходов устройства управления соединен с входом соответствующего приемо-передающего модуля, выход каждого аналого-цифрового преобразователя соединен с соответствующим из N входом многоканального вычислителя, N+1 вход которого является третьим внешним входом активной фазированной антенной решетки, выход многоканAn active phased antenna array containing N emitters connected to the first inputs and outputs of the corresponding N transceiver modules, where N is an integer greater than or equal to unity, N distribution and phasing devices, an antenna control unit, a control device, characterized in that N receiving and receiving matching devices, N analog-to-digital converters, a multi-channel computer, a generator, and the second input-output of each transceiver module is connected to the input-output of the corresponding transceiver device, the output of each receiving and matching device is connected to the input of the corresponding analog-to-digital converter, the input of each receiving and matching device is connected to the output of the corresponding distribution and phasing device, the first input of each of the distribution and phasing devices is connected to the output of the generator, the input of which is the first external input of the active phased antenna array, and the second input of each of the distribution and phasing devices is connected to the first output of the control unit the antenna via the data bus, and the second output of the antenna control unit is connected to the input of the control device, the input of the antenna control unit is the second external input of the active phased antenna array, each of the N outputs of the control device is connected to the input of the corresponding transceiver module, the output of each analog the digital converter is connected to the corresponding N input of a multichannel calculator, N + 1 input of which is the third external input of the active phased array antenna, the output mnogokan

Description

Полезная модель относится к технике СВЧ, в частности к активным фазированным антенным решеткам (АФАР) и может быть использована в стационарных и бортовых радиолокационных станциях (РЛС).The utility model relates to microwave technology, in particular to active phased array antennas (AFAR) and can be used in stationary and airborne radar stations (radar).

Известна цифровая фазированная антенная решетка (ЦАР) описанная в «Method and apparatus for a digital phased array antenna» [US 6693590 B1 опубликовано 17.02.2004, МПК G01S 3/16]. Цифровая фазированная антенная решетка содержит антенную решетку с множеством антенных элементов расположенных на определенном расстоянии друг от друга для приема электромагнитного сигнала; множество аналого-цифровых преобразователей (АЦП), каждый из которых имеет вход и выход, вход соединен с соответствующим антенным элементом, для преобразования принятого аналогового сигнала в цифровую форму; структуру, предназначенную для регулирования цифровых сигналов полученных с выходов АЦП в части компенсации временных задержек цифровых сигналов вызванных приемом аналоговых сигналов элементами решетки в разные моменты времени; структуру для объединения сигналов в суммарный сигнал, включающую в себя множество демодуляторов, осуществляющих свертку цифрового сигнала поступающего с АЦП с опорным сигналом.Known digital phased array antenna (CAR) described in the "Method and apparatus for a digital phased array antenna" [US 6693590 B1 published 02.17.2004, IPC G01S 3/16]. The digital phased antenna array comprises an antenna array with a plurality of antenna elements located at a certain distance from each other to receive an electromagnetic signal; many analog-to-digital converters (ADCs), each of which has an input and an output, the input is connected to the corresponding antenna element to convert the received analog signal to digital form; a structure designed to regulate digital signals received from the ADC outputs in terms of compensating for the time delays of digital signals caused by the reception of analog signals by grating elements at different times; structure for combining the signals into a total signal, which includes many demodulators that carry out the convolution of a digital signal coming from the ADC with the reference signal.

Недостатком указанного технического решения является работа антенной решетки только на прием сигнала, без возможности работы на излучение сигнала.The disadvantage of this technical solution is the work of the antenna array only to receive the signal, without the possibility of working on the emission of the signal.

Известна «Активная фазированная антенная решетка» [RU 2451373 опубликовано 25.05.2012, МПК H01Q 3/26 (2006.01)], содержащая первый когерентный СВЧ-гетеродин, синхронизатор, первый и второй делители мощности, центральный процессор, N приемопередающих модулей (ППМ), первые входы которых соединены с одним из выходов первого делителя мощности, номер которого соответствует номеру ППМ. Вторые входы ППМ соединены с одним из выходов второго делителя мощности, номер которого соответствует номеру ППМ, третий выход синхронизатора соединен с входом второго делителя мощности, первый вход каждого ППМ через последовательно соединенные векторный модулятор, усилитель мощности, циркулятор и пятый вход-выход ППМ соединен с элементом антенной решетки (АР), номер которого соответствует номеру ППМ. Ключ защиты каждого ППМ соединен с входом малошумящего усилителя, фильтр промежуточной частоты каждого ППМ через аналого-цифровой преобразователь, шестой выход ППМ и сигнальную шину соединен с третьим (сигнальным) входом центрального процессора, первый и второй входы каждого ППМ соединены с одноименными входами векторного модулятора, первый вход векторного модулятора через квадратурный балансный смеситель соединен с четвертым выходом векторного модулятора, второй вход векторного модулятора через квадратурный генератор прямого цифрового синтеза (КГПС) соединен со вторым входом квадратурного балансного смесителя, третий вход которого соединен со вторым выходом КГПС. Дополнительно введены последовательно соединенные второй когерентный гетеродин и коммутатор, выход которого соединен с входом первого делителя мощности, преселектор, смеситель и программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) в каждый ППМ, при этом второй выход циркулятора в каждом ППМ через преселектор соединен с первым входом ключа защиты. Выход малошумящего усилителя каждого ППМ через смеситель соединен с входом фильтра промежуточной частоты, первый вход каждого ППМ соединен со вторым входом смесителя, третий вход-выход КГПС через третий вход-выход векторного модулятора соединен с третьим входом-выходом ПЛИС. Второй вход каждого ППМ соединен с первым входом ПЛИС, четвертый выход ПЛИС соединен со вторым входом усилителя мощности, пятый выход ПЛИС соединен со вторым входом ключа защиты, шестой выход ПЛИС соединен со вторым входом преселектора, седьмой и восьмой выходы ПЛИС соединены с третьим и четвертым входами АЦП соответственно. Второй выход первого когерентного СВЧ-гетеродина соединен с первым входом коммутатора, второй выход синхронизатора соединен с третьим (управляющим) входом коммутатора и через третьи входы каждого ППМ со вторыми входами ПЛИС, (N+1)-й выход второго делителя мощности соединен с третьим входом первого и второго когерентных СВЧ-гетеродинов, второй вход-выход центрального процессора через шину управления соединен с первым входом-выходом первого и второго когерентных СВЧ-гетеродинов, с первым входом-выходом синхронизатора, через четвертые входы-выходы каждого ППМ соединен с девятым входом-выходом ПЛИС. Первый вход-выход центрального процессора обеспечивает связь АФАР с потребителем; при этом центральный процессор для заданного потребителем режима работы АФАР выдает команды установки частоты в первый и второй когерентные СВЧ-гетеродины, установки периода повторения и длительности зондирующего импульса в синхронизатор, установки начальной фазы и амплитуды сигнала индивидуально для каждого ППМ, одинаковых параметров модуляции сигнала и приемного строба в ПЛИС каждого ППМ. Центральный процессор по известным алгоритмам выполняет цифровую обработку принятого сигнала. ПЛИС в каждом ППМ обеспечивает настройку полосы пропускания преселектора, установку параметров сигнала в КГПС, на время формирования зондирующего импульса включает усилитель мощности и запирает ключ защиты приемника, формирует последовательность импульсов дискретизации и приемный строб-импульс для управления работой АЦП.The well-known "Active phased antenna array" [RU 2451373 published May 25, 2012, IPC H01Q 3/26 (2006.01)], containing the first coherent microwave local oscillator, synchronizer, first and second power dividers, a central processor, N transceiver modules (PPM), the first inputs of which are connected to one of the outputs of the first power divider, the number of which corresponds to the PPM number. The second PPM inputs are connected to one of the outputs of the second power divider, the number of which corresponds to the PPM number, the third synchronizer output is connected to the input of the second power divider, the first input of each PPM is connected through a series-connected vector modulator, power amplifier, circulator and the fifth input-output of the PPM element of the antenna array (AR), the number of which corresponds to the MRP number. The protection key of each PPM is connected to the input of a low-noise amplifier, the intermediate filter of each PPM through an analog-to-digital converter, the sixth PPM output and the signal bus are connected to the third (signal) input of the central processor, the first and second inputs of each PPM are connected to the same inputs of the vector modulator, the first input of the vector modulator through a quadrature balanced mixer is connected to the fourth output of the vector modulator, the second input of the vector modulator through a quadrature generator of direct digits new synthesis (CGPS) is connected to the second input of the quadrature balanced mixer, the third input of which is connected to the second output of the CGPS. In addition, a second coherent local oscillator and a switch are connected in series, the output of which is connected to the input of the first power divider, a preselector, a mixer, and a programmable logic integrated circuit (FPGA) in each PPM, while the second output of the circulator in each PPM is connected via the preselector to the first input of the protection key . The output of the low-noise amplifier of each PPM through the mixer is connected to the input of the intermediate frequency filter, the first input of each PPM is connected to the second input of the mixer, the third input-output of the CGPS through the third input-output of the vector modulator is connected to the third input-output of the FPGA. The second input of each PPM is connected to the first input of the FPGA, the fourth output of the FPGA is connected to the second input of the power amplifier, the fifth output of the FPGA is connected to the second input of the protection key, the sixth output of the FPGA is connected to the second input of the selector, the seventh and eighth outputs of the FPGA are connected to the third and fourth inputs ADC respectively. The second output of the first coherent microwave local oscillator is connected to the first input of the switch, the second output of the synchronizer is connected to the third (control) input of the switch and through the third inputs of each PPM with the second inputs of the FPGA, the (N + 1) -th output of the second power divider is connected to the third input of the first and second coherent microwave local oscillators, the second input-output of the central processor via the control bus is connected to the first input-output of the first and second coherent microwave local oscillators, with the first input-output of the synchronizer, through the fourth input s-outputs of each PPM is connected to the ninth FPGA input-output. The first input-output of the central processor provides communication AFAR with the consumer; at the same time, the central processor for the operating mode specified by the consumer AFAR issues commands to set the frequency in the first and second coherent microwave local oscillators, set the repetition period and duration of the probe pulse to the synchronizer, set the initial phase and signal amplitude individually for each MRP, the same signal modulation and receiving parameters the gate in the FPGA of each PPM. The central processor according to known algorithms performs digital processing of the received signal. FPGA in each MRP provides tuning of the preselector bandwidth, setting the signal parameters in the CGPS; for the duration of the probing pulse formation, it turns on the power amplifier and locks the receiver protection key, generates a sampling pulse sequence and a receiving strobe pulse to control the ADC operation.

Недостатком указанного решения является сложное выполнение цифрового приемо-передающего модуля, содержащего как аналоговые, так и цифровые элементы (ПЛИС, АЦП, векторный модулятор).The disadvantage of this solution is the difficult implementation of a digital transceiver module containing both analog and digital elements (FPGA, ADC, vector modulator).

Наиболее близкой по технической сущности является «Активная фазированная антенная решетка» [RU 2338307 опубликовано 10.11.2008, МПК H01Q 21/00 (2006.01)], содержащая m излучателей, соединенных с m приемо-передающими модулями, 2К устройств распределения и фазирования, четыре делителя, формирователь диаграммы направленности, имеющий два входа и четыре выхода, 2К периферийных устройств управления, выполненных с возможностью установления требуемых значений фазовых соотношений в соответствии с управляющими сигналами, поступающими от блока управления лучом. Каждый из четырех высокочастотных выходов формирователя диаграммы направленности подключен к высокочастотному входу соответствующего делителя, имеющего К/2 высокочастотных выходов каждый, где К - четное число, 2К высокочастотных выходов делителей соединены с высокочастотными входами соответствующих устройств распределения и фазирования, имеющих каждый m высокочастотных выходов, где m - любое целое число, каждый из 2Km высокочастотных выходов устройств распределения и фазирования соединен с высокочастотным входом соответствующего 2Km приемо-передающего модуля, высокочастотные выходы которых, в свою очередь, подключены к излучателям. При этом каждое устройство распределения и фазирования, соединенное с высокочастотными входами m приемо-передающих модулей, подключенных к m излучателям, периферийное устройство управления, m низкочастотных выходов которого соединены с низкочастотными входами m приемо-передающих модулей, а низкочастотный (m+1)-ый выход периферийного устройства управления соединен с низкочастотным входом устройства распределения и фазирования, образуют подрешетку. Низкочастотные входы всех периферийных устройств управления подключены к выходу блока управления лучом, вход блока управления лучом является управляющим входом активной фазированной антенной решетки. Первый и второй входы формирователя диаграммы направленности являются суммарным и разностными входами активной фазированной антенной решетки.The closest in technical essence is the "Active phased antenna array" [RU 2338307 published 10.11.2008, IPC H01Q 21/00 (2006.01)], containing m emitters connected to m transceiver modules, 2K distribution and phasing devices, four dividers , a radiation shaper having two inputs and four outputs, 2K peripheral control devices configured to establish the required values of the phase relationships in accordance with the control signals received from the beam control unit. Each of the four high-frequency outputs of the beam former is connected to the high-frequency input of the corresponding divider having K / 2 high-frequency outputs each, where K is an even number, 2K of the high-frequency outputs of the dividers are connected to the high-frequency inputs of the respective distribution and phasing devices with each m high-frequency outputs, where m is any integer, each of the 2Km high-frequency outputs of the distribution and phasing devices is connected to the high-frequency input of the corresponding 2Km a transmitting module, the high-frequency outputs of which, in turn, are connected to the emitters. Moreover, each distribution and phasing device connected to the high-frequency inputs of m transceiver modules connected to m emitters, a peripheral control device, m of low-frequency outputs of which are connected to low-frequency inputs of m transceiver modules, and the low-frequency (m + 1) -th the output of the peripheral control device is connected to the low-frequency input of the distribution and phasing device, form a sublattice. The low-frequency inputs of all peripheral control devices are connected to the output of the beam control unit, the input of the beam control unit is the control input of the active phased array antenna. The first and second inputs of the beam former are the total and difference inputs of the active phased antenna array.

Недостатками указанного технического решения является невозможность создания многолучевых диаграмм направленности антенны на прием.The disadvantages of this technical solution is the impossibility of creating multi-beam antenna patterns for reception.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей активной фазированной антенной решетки.The technical result of the proposed utility model is to expand the functionality of the active phased antenna array.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание АФАР с многолучевой диаграммой направленности на прием с цифровым диаграммообразованием на базе аналоговой АФАР.The objective of the proposed utility model is to create an AFAR with a multi-beam pattern of reception with digital beamforming based on an analog AFAR.

Сущность активной фазированной антенной решетки заключается в том, что она содержит N излучателей, соединенных с первыми входами-выходами соответствующих N приемо-передающих модулей, где N целое число большее либо равное единице, N устройств распределения и фазирования, блок управления антенной, устройство управления.The essence of an active phased antenna array is that it contains N emitters connected to the first inputs and outputs of the corresponding N transceiver modules, where N is an integer greater than or equal to one, N distribution and phasing devices, an antenna control unit, and a control device.

Новым в предлагаемой полезной модели является введение N приемно-согласующих устройств, N аналого-цифровых преобразователей (АЦП), многоканального вычислителя, генератора. Вход-выход каждого приемопередающего модуля соединен с входом-выходом соответствующего приемно-согласующего устройства. Выход каждого приемно-согласующего устройства соединен с входом соответствующего АЦП. Вход каждого приемно-согласующего устройства соединен с выходом соответствующего устройства распределения и фазирования. Первый вход каждого из устройств распределения и фазирования соединен с выходом генератора, вход которого является первым внешним входом активной фазированной антенной решетки, а второй вход каждого из устройств распределения и фазирования соединен с первым выходом блока управления антенной посредством шины данных, а второй выход блока управления антенной соединен с входом устройства управления. Вход блока управления антенной является вторым внешним входом активной фазированной антенной решетки. Каждый из N выходов устройства управления соединен с входом соответствующего приемо-передающего модуля. Выход каждого аналого-цифрового преобразователя соединен с соответствующим из N входом многоканального вычислителя, N+1 вход которого является третьим внешним входом активной фазированной антенной решетки. Выход многоканального вычислителя является внешним выходом активной фазированной антенной решетки.New in the proposed utility model is the introduction of N receiving-matching devices, N analog-to-digital converters (ADCs), a multi-channel computer, generator. The input-output of each transceiver module is connected to the input-output of the corresponding receiving-matching device. The output of each receiving-matching device is connected to the input of the corresponding ADC. The input of each receiving-matching device is connected to the output of the corresponding distribution and phasing device. The first input of each of the distribution and phasing devices is connected to the output of the generator, the input of which is the first external input of the active phased array antenna, and the second input of each of the distribution and phasing devices is connected to the first output of the antenna control unit via a data bus, and the second output of the antenna control unit connected to the input of the control device. The input of the antenna control unit is the second external input of the active phased antenna array. Each of the N outputs of the control device is connected to the input of the corresponding transceiver module. The output of each analog-to-digital converter is connected to the corresponding N input of a multi-channel calculator, N + 1 input of which is the third external input of the active phased antenna array. The output of a multi-channel computer is the external output of an active phased array antenna.

На фигуре 1 представлена структурная схема активной фазированной антенной решетки.The figure 1 presents a structural diagram of an active phased antenna array.

На фигуре 2 представлена структурная схема аналогового приемопередающего модуля.The figure 2 presents a structural diagram of an analog transceiver module.

На фигуре 3 представлена структурная схема приемно-согласующего устройства.The figure 3 presents a structural diagram of a receiving-matching device.

Активная фазированная антенная решетка содержит N излучателей (1), соединенных с первыми входами-выходами соответствующих N приемопередающих модулей (2), где N целое число большее либо равное единице, N приемно-согласующих устройств (3), устройство управления (4), блок управления антенной (5), N устройств распределения и фазирования (6), N аналого-цифровых преобразователей (7), генератор (8), многоканальный вычислитель (9). Второй вход-выход каждого приемо-передающего модуля (2) соединен с входом-выходом соответствующего приемно-согласующего устройства (3). Выход каждого приемно-согласующего устройства (3) соединен с входом соответствующего АЦП (7). Вход каждого приемно-согласующего устройства (3) соединен с выходом соответствующего устройства распределения и фазирования (6). Первый вход каждого из устройств распределения и фазирования (6) соединен с выходом генератора (8), вход которого является первым внешним входом активной фазированной антенной решетки, а второй вход каждого из устройств распределения и фазирования (6) соединен с первым выходом блока управления антенной (5) посредством шины данных, а второй выход блока управления антенной (5) соединен с входом устройства управления (4), вход блока управления антенной (5) является вторым внешним входом активной фазированной антенной решетки. Каждый из N выходов устройства управления (4) соединен с входом соответствующего приемо-передающего модуля (2), выход каждого АЦП (7) соединен с соответствующим из N входом многоканального вычислителя (9), N+1 вход которого является третьим внешним входом активной фазированной решетки, выход многоканального вычислителя (9) является внешним выходом активной фазированной антенной решетки.An active phased antenna array contains N emitters (1) connected to the first inputs and outputs of the corresponding N transceiver modules (2), where N is an integer greater than or equal to one, N receiving and matching devices (3), a control device (4), a unit antenna control (5), N distribution and phasing devices (6), N analog-to-digital converters (7), generator (8), multi-channel computer (9). The second input-output of each transceiver module (2) is connected to the input-output of the corresponding receiving-matching device (3). The output of each receiving-matching device (3) is connected to the input of the corresponding ADC (7). The input of each receiving-matching device (3) is connected to the output of the corresponding distribution and phasing device (6). The first input of each of the distribution and phasing devices (6) is connected to the output of the generator (8), the input of which is the first external input of the active phased array antenna, and the second input of each of the distribution and phasing devices (6) is connected to the first output of the antenna control unit ( 5) through the data bus, and the second output of the antenna control unit (5) is connected to the input of the control device (4), the input of the antenna control unit (5) is the second external input of the active phased antenna array. Each of the N outputs of the control device (4) is connected to the input of the corresponding transceiver module (2), the output of each ADC (7) is connected to the corresponding N input of the multi-channel computer (9), N + 1 of which is the third external active phased input array, the output of a multi-channel computer (9) is an external output of an active phased array antenna.

Приемо-передающий модуль (2) содержит переключатель (10), устройство защиты (11), малошумящий усилитель (МШУ) (12), аттенюатор (13), вентиль (14), циркулятор (15), усилительный каскад (16), датчик мощности (17). Вход-выход переключателя (10) является первым входом-выходом ППМ (2), выход переключателя (10) соединен с входом устройства защиты (11), выход которого соединен с входом малошумящего усилителя (12), выход которого соединен со вторым входом аттенюатора (13). Первый вход аттенюатора (13) и первый вход переключателя (10) соединены с внешним входом ППМ (2). Выход аттенюатора (13) соединен с входом вентиля (14), выход которого соединен с входом циркулятора (15). Выход циркулятора соединен с входом усилительного каскада (16), выход которого соединен с датчиком мощности (17). Выход датчика мощности (17) соединен со вторым входом переключателя (10). Вход-выход циркулятора (15) является вторым входом-выходом ППМ (2).The transceiver module (2) contains a switch (10), a protection device (11), a low noise amplifier (LNA) (12), an attenuator (13), a valve (14), a circulator (15), an amplifier stage (16), a sensor power (17). The input-output of the switch (10) is the first input-output of the PPM (2), the output of the switch (10) is connected to the input of the protection device (11), the output of which is connected to the input of the low-noise amplifier (12), the output of which is connected to the second input of the attenuator ( 13). The first input of the attenuator (13) and the first input of the switch (10) are connected to the external input of the PPM (2). The output of the attenuator (13) is connected to the input of the valve (14), the output of which is connected to the input of the circulator (15). The output of the circulator is connected to the input of the amplifier stage (16), the output of which is connected to the power sensor (17). The output of the power sensor (17) is connected to the second input of the switch (10). The input-output of the circulator (15) is the second input-output of the PPM (2).

Приемно-согласующее устройство (3) содержит циркулятор (18), фильтр-преселектор (19), малошумящий усилитель (20), аттенюатор (21). Вход-выход циркулятора (18) является входом-выходом приемно-согласующего устройства (3). Выход циркулятора (18) соединен с входом фильтра-преселектора (19), выход которого соединен с входом малошумящего усилителя (20), выход которого соединен с входом аттенюатора (21). Выход аттенюатора (21) является внешним выходом приемно-согласующего устройства (3). Вход циркулятора (18) является внешним входом приемно-согласующего устройства (3).The receiving-matching device (3) contains a circulator (18), a filter preselector (19), a low-noise amplifier (20), an attenuator (21). The input-output of the circulator (18) is the input-output of the receiving-matching device (3). The output of the circulator (18) is connected to the input of the filter preselector (19), the output of which is connected to the input of a low-noise amplifier (20), the output of which is connected to the input of the attenuator (21). The output of the attenuator (21) is the external output of the receiving-matching device (3). The input of the circulator (18) is the external input of the receiving-matching device (3).

Рассмотрим работу АФАР в составе радиолокационной станции.Consider the work of AFAR as part of a radar station.

Активная фазированная антенная решетка формирует диаграмму направленности антенны (ДНА) на передачу следующим образом. От РЛС на вход блока управления антенной (БУА) (5) (второй внешний вход АФАР) поступают импульсы, запускающие процесс фазирования антенной решетки, и тактовые импульсы (ТИ), синхронизирующие работу БУА (5) с другими блоками РЛС и АФАР. В БУА (5) происходит формирование команд для управления устройством распределения и фазирования (УРФ) (6), предназначенном для установки ДНА в требуемом направлении. Со второго выхода БУА (5) на вход устройства управления (4) поступают управляющие команды для переключения режимов работы ППМ (2). Устройство управления (4) осуществляет переключение режимов работы ППМ (2), управляет аттенюаторами в приемных каналах. Устройство управления (4) может быть выполнено на основе программируемой логической интегральной схемы и оборудовано flash-памятью для хранения характеристик ППМ (2). На вход генератора (8) (первый внешний вход АФАР) от РЛС поступают импульсы, формирующие команду на формирование СВЧ-сигнала и его излучение АФАР, и тактовые импульсы. С выхода генератора (8) сигнал поступает на первый вход УРФ (6), в которых происходит фазирование СВЧ энергии, в соответствии с командами, поступающими с БУА (5) на второй вход УРФ (6) для формирования заданной ДНА. С выхода УРФ (6) СВЧ-энергия поступает в приемно-согласующее устройство (ПСУ) (3), осуществляющее дополнительную развязку передающей и приемной частей антенны, посредством циркулятора (18). С входа-выхода ПСУ (3) сигнал поступает в приемо-передающие модули (2), в которых происходит усиление сигнала в усилительном каскаде (16) с дальнейшей передачей на излучатели (1).Active phased antenna array generates an antenna pattern (BOTTOM) for transmission as follows. From the radar to the input of the antenna control unit (ACU) (5) (second external input of the AFAR), pulses are received that start the phasing of the antenna array and clock pulses (TI) synchronizing the operation of the ACU (5) with other radar and AFAR units. In ACU (5), teams are formed to control the distribution and phasing device (URF) (6), designed to set the DND in the desired direction. From the second output of the ACU (5), control commands are input to the input of the control device (4) to switch the operating modes of the control panel (2). The control device (4) switches the operating modes of the PPM (2), controls the attenuators in the receiving channels. The control device (4) can be performed on the basis of a programmable logic integrated circuit and is equipped with a flash memory for storing the characteristics of the MRP (2). The input of the generator (8) (the first external input of the AFAR) from the radar receives pulses that form a command for the formation of the microwave signal and its radiation AFAR, and clock pulses. From the output of the generator (8), the signal is supplied to the first input of the URF (6), in which the phasing of microwave energy occurs, in accordance with the commands received from the ACU (5) to the second input of the URF (6) to form the specified BOTTOM. From the output of the URF (6), microwave energy is supplied to a receiving-matching device (PSU) (3), which additionally decouples the transmitting and receiving parts of the antenna through a circulator (18). From the input-output of the CCP (3), the signal enters the transceiver modules (2), in which the signal is amplified in the amplification stage (16) with further transmission to the emitters (1).

В режиме приема излучение внешнего источника принимается излучателями (1). Каждый излучатель (1) соединен с первым входом-выходом соответствующего ППМ (2). В ППМ (2) переключатель (10) переходит в положение приема сигнала. Сигнал поступает на МШУ (12) через устройство защиты (11), предохраняющее МШУ (12) от высокого уровня сигнала при нештатных ситуациях. МШУ (12) осуществляет предварительное усиление сигнала. Аттенюатор (13) регулирует уровень сигнала в соответствии с управляющей командой, поступающей с выхода устройства управления (4). Из приемо-передающего модуля (2) сигналы поступают на приемно-согласующее устройство (ПСУ) (3). С выхода циркулятора (18) сигнал поступает на вход фильтра-преселектора (19), обеспечивающего перестройку по несущей частоте, а также обеспечивающий перестройку по полосе пропускания для обеспечения работы, как с узкополосными, так и с широкополосными сигналами. В МШУ (20) происходит усиление сигнала, а в аттенюаторе (21) ослабление амплитуды сигнала, чтобы полностью использовать весь диапазон рабочих значений входного сигнала АЦП (7). С выхода ПСУ (3) сигнал поступает на вход АЦП (7) на несущей частоте. При высоких несущих частотах, например при работе в L диапазоне частот, АЦП (7) работает в режиме субдискретизации, с частотой дискретизации, меньшей несущей частоты сигнала в 5-7 раз, которая подбирается специальным образом во избежание наложения спектров сигналов лежащих вне полосы частот сигнала [«Бортовые цифровые антенные решетки» Воскресенский Д.В., Овчинникова Е.В., Шмачилин П.А. - Москва: «Радиотехника», 2013 г., стр. 155-160]. После оцифровки сигнал с каждого АЦП (7) в цифровом виде поступает в многоканальный вычислитель (9). В многоканальном вычислителе (9) осуществляется процедура цифрового гетеродинирования с целью разложения сигнала на квадратуры и переноса несущей частоты нулевую частоту, фильтрация нижних частот; децимация для обужения полосы пропускания сигнала; преобразование Фурье с целью проведения спектрального анализа сигнала. Посредством алгоритмов цифрового диаграммообразования, описанных, например, в книге [«Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках» Григорьев Л.Н., М.: «Радиотехника», 2010 г. стр. 13-22.] в многоканальном вычислителе (9) осуществляется построение многолучевой ДНА. Также на N+1 вход многоканального вычислителя (9) поступают тактовые импульсы от РЛС с целью синхронизации работы многоканального вычислителя (9) с другими блоками АФАР и РЛС. Многоканальный вычислитель (9) может быть построен на базе вычислителей таких производителей как PENTEK (Multichannel РМС/ХМС module Model 7142, MODEL 6826 и др. (http://www.pentek.com/products), Nallatech (ХМС-220, ХМС-240 и др. (http://www.nallatech.com/wp-content/uploads/xmc-220_product_briefl.pdf) и т.д. Такие вычислители являются многоканальными, имеют входы для внешней синхронизации вычислительного процесса, и контроллеры интерфейса для различных шин передачи данных PCI, VME и др., обеспечивающих связь с различными блоками.In receive mode, the radiation from an external source is received by the emitters (1). Each emitter (1) is connected to the first input-output of the corresponding PPM (2). In the MRP (2), the switch (10) switches to the signal receiving position. The signal arrives at the LNA (12) through the protection device (11), which protects the LNA (12) from a high signal level in case of emergency. LNA (12) provides preliminary signal amplification. The attenuator (13) adjusts the signal level in accordance with the control command coming from the output of the control device (4). From the transceiver module (2), the signals are transmitted to the receiving-matching device (CCP) (3). From the output of the circulator (18), the signal enters the input of the filter preselector (19), which provides tuning in the carrier frequency, and also provides tuning in the passband to ensure operation with both narrow-band and wide-band signals. In the LNA (20), the signal is amplified, and in the attenuator (21), the signal amplitude is weakened to fully use the entire range of operating values of the ADC input signal (7). From the output of the CCP (3), the signal is fed to the input of the ADC (7) at the carrier frequency. At high carrier frequencies, for example, when operating in the L frequency range, the ADC (7) operates in a subsampling mode, with a sampling frequency that is 5-7 times lower than the signal carrier frequency, which is selected in a special way to avoid overlapping signal spectra lying outside the signal frequency band [“On-board digital antenna arrays” Voskresensky D.V., Ovchinnikova E.V., Shmachilin P.A. - Moscow: "Radio Engineering", 2013, pp. 155-160]. After digitization, the signal from each ADC (7) in digital form enters the multi-channel computer (9). In the multi-channel computer (9), a digital heterodyning procedure is carried out in order to decompose the signal into quadratures and transfer the carrier frequency to zero frequency, low-pass filtering; decimation to narrow the signal bandwidth; Fourier transform in order to conduct spectral analysis of the signal. Through the algorithms of digital beamforming, described, for example, in the book ["Digital beamforming in phased antenna arrays" Grigoryev LN, M .: "Radio Engineering", 2010, pp. 13-22.] In a multi-channel computer (9 ) the construction of multi-beam DND is carried out. Also, N + 1 input of the multi-channel computer (9) receives clock pulses from the radar in order to synchronize the operation of the multi-channel computer (9) with other AFAR and radar units. The multi-channel computer (9) can be built on the basis of computers from manufacturers such as PENTEK (Multichannel PMC / HMS module Model 7142, MODEL 6826, etc. (http://www.pentek.com/products), Nallatech (HMS-220, HMS -240 and others (http://www.nallatech.com/wp-content/uploads/xmc-220_product_briefl.pdf), etc. Such computers are multi-channel, have inputs for external synchronization of the computing process, and interface controllers for various data buses PCI, VME, etc., providing communication with various blocks.

Активная фазированная антенная решетка формирует диаграмму направленности на передачу посредством аналогового диаграммообразования, а на прием посредством цифрового диаграммообразования. Такое решение было выбрано в связи с отсутствием явных преимуществ цифрового диаграммообразования (ИДО) на передачу, и напротив, заявляемое построение АФАР позволяет создавать многолучевые диаграммы направленности антенны на прием за счет восприятия всей информации, содержащейся в структуре пространственно-временных электромагнитных полей в раскрыве АФАР, и при этом сохранить использование аналоговых ППМ широко выпускаемых промышленностью.An active phased antenna array generates a directivity pattern for transmission through analog beamforming, and for reception through digital beamforming. This solution was chosen due to the lack of obvious advantages of digital beam-forming (IDO) transmission, and, on the contrary, the claimed design of the AFAR allows you to create multi-beam antenna patterns for reception by perceiving all the information contained in the structure of spatio-temporal electromagnetic fields in the AFAR and at the same time, to retain the use of analog PPMs widely produced by industry.

Claims

An active phased antenna array containing N emitters connected to the first inputs and outputs of the corresponding N transceiver modules, where N is an integer greater than or equal to unity, N distribution and phasing devices, an antenna control unit, a control device, characterized in that N receiving and receiving matching devices, N analog-to-digital converters, a multi-channel computer, a generator, the second input-output of each transceiver module is connected to the input-output of the corresponding transceiver device, the output of each receiving and matching device is connected to the input of the corresponding analog-to-digital converter, the input of each receiving and matching device is connected to the output of the corresponding distribution and phasing device, the first input of each of the distribution and phasing devices is connected to the output of the generator, the input of which is the first external input of the active phased antenna array, and the second input of each of the distribution and phasing devices is connected to the first output of the control unit the antenna via the data bus, and the second output of the antenna control unit is connected to the input of the control device, the input of the antenna control unit is the second external input of the active phased antenna array, each of the N outputs of the control device is connected to the input of the corresponding transceiver module, the output of each analog the digital converter is connected to the corresponding N input of a multichannel calculator, N + 1 input of which is the third external input of the active phased array antenna, the output calculating a multi-channel external output active phased array antenna.