RU2325742C1

RU2325742C1 - Underground transmitting modular active phased antenna array

Info

Publication number: RU2325742C1
Application number: RU2007107418/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Дмитриевич Артамошин (RU); Александр Дмитриевич Артамошин; Аркадий Павлович Бандейкин (RU); Аркадий Павлович Бандейкин; Владимир Николаевич Блинов (RU); Владимир Николаевич Блинов; К бирь Яхыевич Галеев (RU); Кябирь Яхыевич Галеев; Борис Федорович Гапонов (RU); Борис Федорович Гапонов; Анатолий Алексеевич Курышев (RU); Анатолий Алексеевич Курышев; Владимир Рудольфович Леппа (RU); Владимир Рудольфович Леппа; Игорь Николаевич Пестовский (RU); Игорь Николаевич Пестовский; Владимир Петрович Чернолес (RU); Владимир Петрович Чернолес
Original assignee: Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения"; Военная академия связи им. С.М. Буденного
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-05-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: underground transmitting modular active phased antenna array consists of a basic antenna module unit, a radio link forming unit, an exciter unit, an information signal switch, an automated active phased antenna array parameter control unit. The radio link forming unit consists of a high-frequency switch, a phase shifter, a corrector amplifier, and an attenuator. The basic antenna module unit consists of a broadband power amplifier, a power meter, and N pairs of orthogonal symmetric radiators excited in phase quadrature with equal amplitudes. The possibility of linear installation of the basic antenna modules, forming several radio links, and controlling their parameters when the radio communication conditions change, provides higher efficiency of the active phased antenna array and acceptable costs of its construction.

EFFECT: increase in efficiency and decrease of construction costs.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и, в частности, заявляемая подземная передающая модульная активная фазированная антенная решетка (ППМ АФАР) может использоваться в качестве передающей в коротковолновом (KB) или ультракоротковолновом (УКВ) диапазонах в условиях глубокого погружения излучателей в толщу земли с целью обеспечения их устойчивости к возможным ударным или вибрационным нагрузкам.The invention relates to radio engineering, namely to antenna technology, and, in particular, the claimed underground transmitting modular active phased array antenna (APM AFAR) can be used as a transmitter in the short-wave (KB) or ultra-short-wave (VHF) ranges under conditions of deep immersion of emitters in the thickness of the earth in order to ensure their resistance to possible shock or vibration loads.

Известны подземные фазированные антенные решетки (ФАР).Underground phased array antennas (PAR) are known.

Известная подземная ФАР по пат. РФ №2133531 от 20.07.1999 г. состоит из группы плоских антенных модулей, каждый из которых выполнен в виде пары ортогональных симметричных шунтовых излучателей, подключенных к блоку формирования группового тракта, включающего сумматоры, делители мощности, линии задержки (фазовращатели).Well-known underground PAR according to US Pat. RF №2133531 from 07.20.1999 consists of a group of flat antenna modules, each of which is made in the form of a pair of orthogonal symmetrical shunt emitters connected to the group path forming unit, including adders, power dividers, delay lines (phase shifters).

Недостатком аналога является относительно небольшой рабочий диапазон и низкая устойчивость к различного рода механическим воздействиям.The disadvantage of the analogue is the relatively small operating range and low resistance to various kinds of mechanical stress.

Известная также кольцевая подземная ФАР по пат. РФ №2159488 от 20.11.2000 г. Известная ФАР состоит из группы плоскостных антенных модулей. Каждый антенный модуль выполнен в виде двух ортогонально установленных излучателей. Антенные модули с помощью фидеров подключены к блоку формирования группового тракта, обеспечивающего формирование требуемых внешних параметров ФАР.Also known ring underground PAR according to US Pat. RF №2159488 from 11/20/2000. Famous headlamp consists of a group of planar antenna modules. Each antenna module is made in the form of two orthogonally mounted emitters. Antenna modules with the help of feeders are connected to the group path forming unit, which ensures the formation of the required external parameters of the PAR.

Недостатком известного аналога является относительно низкая эффективность (коэффициент усиления - КУ) и низкая устойчивость к механическим воздействиям на апертуру ФАР.A disadvantage of the known analogue is the relatively low efficiency (gain - KU) and low resistance to mechanical stresses on the PAR aperture.

Наиболее близкой по своей технической сущности к заявленной является известная подземная ФАР по пат. РФ №2170997 от 20.07.2001 г.The closest in its technical essence to the declared is the well-known underground PAR according to US Pat. RF №2170997 from 07.20.2001

ФАР-прототип состоит из блока базовых антенных модулей (ББАМ). Каждый из N базовых антенных модулей (БАМ), где N≥2, выполнен в виде пары ортогональных плоских симметричных излучателей возбуждаемых независимо. БАМ установлены попарно симметрично относительно центра апертуры ФАР, образуя кольцевую решетку. БАМ размещены в толще земли и подключены к соответствующим фидерам, которые в свою очередь подключены к входам блока формирования радиоканала (БФРК). В описании прототипа БФРК обозначен как «фидерный тракт».The headlamp prototype consists of a block of basic antenna modules (BBAM). Each of the N base antenna modules (BAM), where N≥2, is made in the form of a pair of orthogonal planar symmetric emitters excited independently. BAM are installed in pairs symmetrically with respect to the center of the aperture of the PAR, forming an annular lattice. BAM are located in the thickness of the earth and are connected to the corresponding feeders, which in turn are connected to the inputs of the radio channel forming unit (BFRK). In the description of the prototype BFRK is designated as "feeder path".

БФРК состоит из переключателей ортогональных симметричных излучателей, линий задержки, инверторов и сумматора.BFRK consists of switches of orthogonal symmetric radiators, delay lines, inverters and an adder.

Путем коммутации соответствующих излучателей и их фазирования достигается возможность управления формой и ориентацией максимума диаграммы направленности.By switching the corresponding emitters and their phasing, it is possible to control the shape and orientation of the maximum radiation pattern.

Недостатком ближайшего аналога является его низкая эффективность (КУ) при заложении его БАМ на глубину, обеспечивающую необходимую степень их защиты от ударных и вибрационных нагрузок, что обусловлено при таких условиях значительными потерями энергии, выходящей в верхнее полупространство электромагнитной волны (ЭМВ).The disadvantage of the closest analogue is its low efficiency (KU) when laying its BAM to a depth that provides the necessary degree of their protection against shock and vibration loads, which is caused under such conditions by significant losses of energy entering the upper half-space of the electromagnetic wave (EMW).

Возможность формирования диаграммы направленности (ДН) с максимумом в произвольном азимутальном направлении достигается только при кольцевом расположении излучателей, что приводит к неоправданно большим экономическим затратам в случае необходимости глубокого заложения излучателей.The possibility of forming a radiation pattern (MD) with a maximum in an arbitrary azimuthal direction is achieved only with a ring arrangement of emitters, which leads to unreasonably large economic costs if necessary, deep laying emitters.

Целью изобретения является разработка ППМ АФАР, обеспечивающей повышение эффективности (КУ) и снижение материальных затрат на построение при ее глубоком заложении в толщу земли, за счет автоматического управления структурой и внешними параметрами АФАР в зависимости от изменяющихся характеристик тракта распространения радиоволн, числа и ориентации в пространстве корреспондентов и формирования в азимутальной плоскости ненаправленной характеристики излучения одиночного БАМ.The aim of the invention is the development of APM AFAR, providing increased efficiency (KU) and reduced material costs for building when it is deeply embedded in the earth, due to automatic control of the structure and external parameters of the AFAR depending on the changing characteristics of the radio wave propagation path, number and orientation in space correspondents and the formation in the azimuthal plane of the non-directional radiation characteristic of a single BAM.

Заявленное ППМ АФАР расширяет арсенал средств данного назначения.The announced APM AFAR expands the arsenal of funds for this purpose.

Поставленная цель достигается тем, что в известной ППМ АФАР, содержащей блок из N≥2 БАМ, каждый из которых включает пару ортогональных симметричных излучателей (ОСИ), размещенных в толще земли, и БФРК, дополнительно введены блок автоматизированного управления параметрами (БАУП) АФАР, блок из Р≥2 возбудителей (БВ) и коммутатор информационных сигналов (КИС), снабженный М≥1 информационными входами, являющимися соответствующими М информационными входами ППМ АФАР. Р информационных выходов КИС подключены к соответствующим Р информационным входам БВ. Р сигнальных выходов БВ подключены к соответствующим Р сигнальным входам БФРК. N сигнальных выходов БФРК подключены к соответствующим N сигнальным входам ББАМ. Шины управляющих выходов «уровень мощности» и «регулировка мощности» БАУП АФАР подключены к управляющим входам соответственно «уровень мощности» и «регулировка мощности» ББАМ. Шины управляющих выходов «затухание», «коррекция уровня сигнала», «фаза» и «радиоканал» БАУП АФАР подключены к управляющим входам соответственно «затухание», «коррекция уровня сигнала», «фаза» и «радиоканал» БФРК. Шины управляющих выходов «возбудитель» и «информационный сигнал» БАУП АФАР подключены к управляющим входам соответственно «возбудитель» БВ и «информационный сигнал» КИС. БАУП АФАР снабжен шиной ввода исходных данных. В каждом из БАМ ортогональные симметричные излучатели возбуждены равноамплитудно в фазовой квадратуре.This goal is achieved by the fact that in the known APM AFAR containing a block of N≥2 BAM, each of which includes a pair of orthogonal symmetric emitters (AIS) located in the bulk of the earth, and BFRK, an automated control unit for parameters (BAUP) AFAR is additionally introduced, a block of P≥2 pathogens (BV) and a switch for information signals (CIS), equipped with M≥1 information inputs, which are the corresponding M information inputs of the APM AFAR. P information outputs of CIS are connected to the corresponding P information inputs of the BV. P signal outputs BV connected to the corresponding P signal inputs BFRK. The N signal outputs of the BFRC are connected to the corresponding N signal inputs of the BBAM. The control output buses “power level” and “power control” of the BAUP AFAR are connected to the control inputs, respectively, “power level” and “power control” of the BAM. The control output buses “attenuation”, “signal level correction”, “phase” and “radio channel” of the BAUP AFAR are connected to the control inputs, respectively, “attenuation”, “signal level correction”, “phase” and “radio channel” of the BFRC. The bus lines of the control outputs "exciter" and "information signal" BAUP AFAR are connected to the control inputs, respectively, "exciter" BV and "information signal" CIS. BAUP AFAR is equipped with a data input bus. In each of the BAM, orthogonal symmetric radiators are excited uniformly in phase quadrature.

Новым также является то, что в ББАМ дополнительно введены измеритель мощности (ИМ) и широкополосный усилитель мощности (ШПУМ), N сигнальных входов которого являются соответствующими N сигнальными входами ББАМ. N сигнальных выходов ШПКМ подключены к соответствующим N сигнальным входам ИМ, N сигнальных выходов которого подключены к входам соответствующих пар ОСИ. Управляющие входы ИМ и ШПУМ являются управляющими входами соответственно «уровень мощности» и «регулировка мощности» ББАМ.Also new is the fact that a power meter (MI) and a broadband power amplifier (SHPUM) are added to the BBAM, the N signal inputs of which are the corresponding N signal inputs of the BBAM. The N signal outputs of the ShPKM are connected to the corresponding N signal inputs of the MI, the N signal outputs of which are connected to the inputs of the corresponding pairs of AIS. The control inputs IM and SHPUM are control inputs respectively "power level" and "power control" BBAM.

Новым также является то, что БФРК состоит из аттенюатора, усилителя-корректора (У-К), фазовращателя и высокочастотного коммутатора (ВЧК), N сигнальных выходов которого подключены к соответствующим N сигнальным входам фазовращателя. Р сигнальных входов ВЧК являются соответствующими Р сигнальными входами БФРК. N сигнальных выходов фазовращателя подключены к соответствующим N сигнальным входам У-К. N сигнальных выходов У-К подключены к соответствующим N сигнальным входам аттенюатора, N сигнальных выходов которого являются N сигнальными выходами БФРК. Управляющие входы аттенюатора, У-К, фазовращателя и ВЧК являются управляющими входами соответственно «затухание», «коррекция уровня сигнала», «фаза» и «радиоканал» БФРК. БАМ установлены с центральной симметрией вдоль взаимно ортогональных осей.Also new is the fact that the BFK consists of an attenuator, amplifier-corrector (U-K), a phase shifter and a high-frequency switch (VCHK), N signal outputs of which are connected to the corresponding N signal inputs of the phase shifter. The P signal inputs of the VChK are the corresponding P signal inputs of the BFRC. N signal outputs of the phase shifter are connected to the corresponding N signal inputs of UK. N signal outputs UK are connected to the corresponding N signal inputs of the attenuator, N signal outputs of which are N signal outputs of the BFRC. The control inputs of the attenuator, UK, phase shifter and VCHK are the control inputs respectively "attenuation", "correction of signal level", "phase" and "radio channel" BFRK. BAM are installed with central symmetry along mutually orthogonal axes.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленной ППМ АФАР обеспечивается возможность формирования одного или нескольких радиоканалов с требуемыми параметрами, необходимыми для достижения заданного энергетического потенциала, в условиях глубокого заложения БАМ, маневра уровнем энергетического потенциала радиолинии в целом при изменении условий поглощения ЭМВ в тракте распространения радиоволн, а также при изменении ориентации или удаления корреспондентов при одновременном обеспечении высокой устойчивости БАМ от ударных и вибрационных нагрузок и снижении экономических затрат на построение АФАР.Thanks to a new set of essential features in the claimed AFAR APM, it is possible to form one or more radio channels with the required parameters necessary to achieve a given energy potential, under conditions of deep BAM, maneuvering the energy level of the radio line as a whole when changing the conditions for the absorption of electromagnetic waves in the radio wave propagation path, as well as when changing the orientation or removal of correspondents while ensuring high stability of BAM from Darney and vibration loads and reduce the economic costs of building AFAR.

Анализ известных технических решений по источникам технической и патентной литературы показал, что в них отсутствуют технические решения, содержащие совокупность существенных признаков заявленного устройства, что указывает на его соответствие условию патентоспособности «новизна».An analysis of the known technical solutions based on the sources of technical and patent literature showed that they lack technical solutions containing a combination of essential features of the claimed device, which indicates its compliance with the patentability condition of “novelty”.

Также в известных источниках информации не обнаружены отличительные признаки заявленного устройства, обеспечивающие достижение технического результата, который достигнут заявленным устройством, что указывает на его соответствие условия патентоспособности «изобретательский уровень».Also, in the well-known sources of information, no distinctive features of the claimed device have been found to ensure the achievement of the technical result achieved by the claimed device, which indicates its compliance with the patentability conditions of "inventive step".

Заявленная ППМ АФАР поясняется чертежами, на которых показаны:The claimed APM AFAR is illustrated by drawings, which show:

на фиг.1 - общая структурная схема ППМ АФАР;figure 1 is a General structural diagram of PPM AFAR;

на фиг.2 - схема размещения БАМ (вариант);figure 2 - layout of the BAM (option);

на фиг.3 - блок-схема, поясняющая работу блока автоматизированного управления параметрами АФАР;figure 3 is a block diagram explaining the operation of the automated control unit parameters AFAR;

на фиг.4 - варианты формирования радиоканалов и соответствующие им экспериментальные диаграммы направленности АФАР;figure 4 - options for the formation of radio channels and the corresponding experimental radiation patterns AFAR;

на фиг.5 - структурная схема высокочастотного коммутатора.figure 5 is a structural diagram of a high-frequency switch.

Заявленная ППМ АФАР, структурная схема которой показана на фиг.1, состоит из ББАМ 1, БФРК 2, БВ 3, КИС 4 и БАУП АФАР 5.The claimed APM AFAR, the structural diagram of which is shown in figure 1, consists of BBAM 1, BFRK 2, BV 3, KIS 4 and BAUP AFAR 5.

Шины управляющих выходов «уровень мощности» и «регулировка мощности» БАУП АФАР 5 подключены к управляющим входам соответственно «уровень мощности» и «регулировка мощности» ББАМ 1. Шины управляющих выходов «затухание», «коррекция уровня сигнала», «фаза» и «радиоканал» БАУП АФАР 5 подключены к управляющим входам соответственно «затухание», «коррекция уровня сигнала», «фаза» и «групповой тракт» БФГТ 2. Шины управляющих выходов «возбудитель» и «информационный сигнал» БАРК АФАР 5 подключены к управляющим входам соответственно «возбудитель» БВ 3 и «информационный сигнал» КИС 4. БАУП АФАР 5 снабжен шиной «исходные данные», обеспечивающей ввод исходных данных.The control output buses “power level” and “power control” of the BAUP AFAR 5 are connected to the control inputs, respectively, “power level” and “power control” of the BBAM 1. The control output buses are “attenuation”, “signal level correction”, “phase” and “ radio channel "BAUP AFAR 5 are connected to the control inputs respectively" attenuation "," correction of signal level "," phase "and" group path "BFGT 2. Buses of the control outputs" exciter "and" information signal "BARK AFAR 5 are connected to the control inputs, respectively Pathogen "3 BV and" information signal "ICC 4. BAUP AFAR bus 5 is provided with" raw data ", providing the initial data input.

М≥1 информационных входов (и₁, и₂, и₃,..., и_м) КИС 4 являются соответствующими М информационными входами ППМ АФАР. В КИС 4 j-й информационный выход u_j, где j=1, 2, 3,..., Р, подключен к u_j-му информационному входу БВ 3, с_j-й сигнальный выход которого подключен к c_j-му сигнальному входу БФРК 2.M≥1 information inputs (and ₁ , and ₂ , and ₃ , ..., and _m ) CIS 4 are the corresponding M information inputs PPM AFAR. In CIS 4, the jth information output u _j , where j = 1, 2, 3, ..., P, is connected to the u _jth information input of BV 3, with the _jth signal output of which is connected to c _j signal input BFRK 2.

Т.о. КИС 4 предназначен для обеспечения коммутации любого из М информационных входов на информационный вход любого из Р возбудителей. Каждый j-й выход КИС 4 и соответствующий ему j-й информационный вход БВ 3 соединены Р-разрядной шиной.T.O. KIS 4 is designed to provide switching of any of the M information inputs to the information input of any of the P pathogens. Each j-th output of KIS 4 and the corresponding j-th information input of the BV 3 are connected by a P-bit bus.

В БФРК 2 с_i-й сигнальный выход, где i=1, 2,..., N, a N≥2 подключен к с_i-му сигнальному входу ББАМ 1.In BFRK 2 with the _i- th signal output, where i = 1, 2, ..., N, and N≥2 is connected to the _i- th signal input of the BAM 1.

ББАМ 1 предназначен для усиления подводимой к каждой из пар ОСИ 1.1 мощности до заданного уровня, непрерывного контроля этого уровня мощности и преобразования энергии высокочастотных (в.ч.) токов в энергию свободно распространяющихся электромагнитных волн (ЭМВ).BBAM 1 is designed to amplify the power supplied to each pair of OSI 1.1 to a predetermined level, continuously monitor this power level and convert the energy of high-frequency (including) currents into the energy of freely propagating electromagnetic waves (EMW).

ББАМ 1 состоит из N пар ОСИ 1.1₁-1.1_N. Вход i-й пары ОСИ 1.1_jподключен к с_i-му сигнальному выходу ИМ 1.2, с_i-й сигнальный вход которого подключен к c_j-му сигнальному выходу ШПУМ 1.3. N сигнальных входов (c₁, c₂, c₃,..., с_N) ШПУМ 1.3 являются соответствующими N сигнальными входами ББАМ 1. Каждый i-й сигнальный выход ИМ 1.2 подлючен к соответствующей паре ОСИ 1.1_i через делитель (на фиг.1 не показан), который предназначен для равного деления мощности с выхода с_jИМ 1.2 на входы двух симметричных вибраторов, образующих i-ю пару ОСИ 1.1_i. Ортогональные симметричные излучатели в каждой паре возбуждены равноамплитудно в фазовой квадратуре, т.е. со сдвигом по фазе 90°.BBAM 1 consists of N pairs of OSI 1.1 ₁ -1.1 _N. The input of the i-th pair of OSI 1.1 _{j is} connected to the _i- th signal output of IM 1.2, with the _i- th signal input of which is connected to the c _j- signal output of SHPUM 1.3. N signal inputs (c ₁ , c ₂ , c ₃ , ..., with _N ) SHPUM 1.3 are the corresponding N signal inputs of BBAM 1. Each i-th signal output of IM 1.2 is connected to the corresponding pair of axis 1.1 _i through a divider (in FIG. .1 not shown), which is intended for equal division of power from the output from _j IM 1.2 to the inputs of two symmetric vibrators forming the ith pair of AIS 1.1 _i . Orthogonal symmetric radiators in each pair are excited uniformly in phase quadrature, i.e. phase shift 90 °.

ШПУМ 1.3 предназначен для усиления до заданного уровня мощности сигнала соответствующего радиоканала, сформированного в БФРК 2.SHPUM 1.3 is designed to amplify to a given power level the signal of the corresponding radio channel formed in BFRK 2.

ШПУМ 1.3 может быть реализован в виде N комплектов серийно выпускаемых промышленностью усилителей мощности марки СУМ Р 631-2Б или марки 15Э1389-6 с регулируемой выходной мощностью. При таком исполнении с_i-е сигнальные вход и выход ШПУМ 1.3 подключены к сигнальным соответственно входу и выходу i-го комплекта усилителя мощности, к управляющему входу которого подключен i-й разряд шины управляющих входов «регулировка мощности» ШПУМ 1.3, чем обеспечивается регулирование выходной мощности i-го комплекта усилителя мощности.SHPUM 1.3 can be implemented in the form of N sets of SUM R 631-2B or 15E1389-6 brands of power amplifiers commercially available from the industry with adjustable output power. With this design with the _i- th signal input and output ШПУМ 1.3 are connected to the signal input and output, respectively, of the i-th set of power amplifier, to the control input of which is connected the i-th bit of the control inputs bus “power control” ШПУМ 1.3, which provides output control power of the i-th set of power amplifier.

Измеритель мощности 1.2 предназначен для непрерывного измерения уровня мощности, подводимой к входу соответствующей пары ОСИ 1.1, и формирования соответствующего этому уровню сигнала, передаваемого затем в БАУП АФАР 5, для контроля отдаваемой мощности и при необходимости выработки управляющего сигнала для ее корректировки.The power meter 1.2 is intended for continuous measurement of the power level supplied to the input of the corresponding pair of OSI 1.1, and the formation of a signal corresponding to this level, then transmitted to the BAUP AFAR 5, to control the power output and, if necessary, generate a control signal for its correction.

Измеритель мощности 1.2 может быть реализован в виде совокупности из датчиков тока и напряжения, устанавливаемых на выходах с₁-c_NШПУМ 1.2. Датчики тока и напряжения, предназначенные для контроля передаваемой по фидеру мощности высокочастотного (в.ч.) сигнала, известны и описаны, например, в книге: Кушнир Ф.В. Электроизмерения: Учебное пособие для вузов. - П.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1983 г. с.22-23.The power meter 1.2 can be implemented as a combination of current and voltage sensors installed at the outputs with ₁ -c _N SHPUM 1.2. Current and voltage sensors designed to control the power transmitted by the feeder of the high-frequency (including) signal are known and described, for example, in the book: F. Kushnir Electrical Measurements: Textbook for universities. - P .: Energoatomizdat, Leningrad Branch, 1983, pp. 22-23.

Каждая пара ОСИ 1.1₁-1.1_N предназначена для преобразования энергии в.ч. токов в фидерном тракте в энергию свободно распространяющихся ЭМВ. В качестве типовой пары ОСИ 1.1 может быть использован известный турникетный излучатель глубокого заложения по пат. РФ №2262164 от 10.10.2005 г., обладающей ненаправленной характеристикой излучения в азимутальной плоскости. Таким образом, каждый i-й БАМ включает: i-пару ОСИ 1.1_i, i-й комплект регулируемого усилителя мощности и i-й прибор для измерения мощности.Each pair of AXIS 1.1 ₁ -1.1 _{N is} designed to convert energy v.h. currents in the feeder path into the energy of freely propagating electromagnetic waves. As a typical pair of OSI 1.1, a well-known deep turnstile emitter according to US Pat. RF №2262164 dated 10.10.2005, possessing the non-directional characteristic of radiation in the azimuthal plane. Thus, each i-th BAM includes: i-axis _Ai 1.1 _i , i-th set of adjustable power amplifier and i-th device for measuring power.

БФРК 2 предназначен для формирования тракта прохождения сигнала каждого из предварительно заданных радиоканалов связи. БФРК 2 состоит из аттенюатора 2.1, У-К 2.2, фазовращателя 2.3 и ВЧК 2.4. В ВЧК 2.4 его j-й сигнальный вход c_j является j-м сигнальным входом БФРК 2, а с_i-й сигнальный выход ВЧК 2.4 подключен к с_j-му сигнальному входу фазовращателя 2.3. В свою очередь с_i-й сигнальный выход фазовращателя подключен к с_i-му сигнальному входу У-К 2.2, с_i-й сигнальный выход которого подключен к с_i-му сигнальному входу аттенюатора 2.1.BFRK 2 is designed to form a signal path of each of the predefined radio communication channels. BFRK 2 consists of an attenuator 2.1, UK 2.2, phase shifter 2.3 and VCHK 2.4. In VCHK 2.4, its j-th signal input c _j is the j-th signal input of BFRK 2, and with the _i- th signal output of VChK 2.4 is connected to the _j- th signal input of the phase shifter 2.3. In turn, the _i- th signal output of the phase shifter is connected to the _i- th signal input of UK-2.2, with the _i- th signal output of which is connected to the _i- th signal input of the attenuator 2.1.

N сигнальных выходов (c₁, c₂, с₃,..., с_N) аттенюатора 2.1 являются соответствующими N сигнальными выходами БФРК 2.N signal outputs (c ₁ , c ₂ , c ₃ , ..., c _N ) of the attenuator 2.1 are the corresponding N signal outputs of BFRK 2.

ВЧК 2.4 предназначен для подключения сигнальных выходов БВ 3 к соответствующим сигнальным входам фазовращателя 2.3, относящимся к заданным радиоканалам, по командам управляющих сигналов поступающих по шине «радиоканал» от БАУП АФАР 5.VCHK 2.4 is designed to connect the signal outputs of the BV 3 to the corresponding signal inputs of the phase shifter 2.3, related to the specified radio channels, according to the commands of the control signals received via the "radio channel" from the BAUP AFAR 5.

ВЧК 2.4 может быть выполнен различным образом, в частности, как показано на фиг.5. ВЧК 2.4 состоит из Р делителей 2.4.1₁ -2.4.1_P и Р групп по N коммутационных элементов (КЭ) в каждой группе 2.4.2₁-2.4.2_N. N сигнальных выходов j-го делителя 2.4.1_j подключены к соответствующим N сигнальным входам соответственно j-й группы КЭ 2.4.2. Управляющие входы j-й группы КЭ 2.4.2_j подключены к соответствующим разрядам N×Р разрядной шины управляющих входов «радиоканал». Выходы N групп КЭ 2.4.2 являются соответствующими N сигнальными N-разрядными выходами ВЧК 2.4.VChK 2.4 can be performed in various ways, in particular, as shown in Fig.5. VChK 2.4 consists of P dividers 2.4.1 ₁ -2.4.1 _P and P groups of N switching elements (CE) in each group 2.4.2 ₁ -2.4.2 _N. N signal outputs of the j-th divider 2.4.1 _{j are} connected to the corresponding N signal inputs, respectively, of the j-th group of FE 2.4.2. The control inputs of the j-th group of КЭ 2.4.2 _{j are} connected to the corresponding N × P bits of the control bus inputs of the “radio channel”. The outputs of the N groups of FE 2.4.2 are the corresponding N signal N-bit outputs of the RF 2.4.

Т.о. ВЧК 2.4 обеспечивает подключение Р выходов БВ 3 к соответствующим входам фазовращателя 2.3 по принципу «перетасовки» их входов. Принцип «перетасовки» известен и описан в работе: «Принцип построения и характеристики антенн радиотелескопа УТР-2. / Мень А.В., Содин Л.Г. и др. // Антенны: ст. статей. Вып.2.6 / Под ред. Пистолькорса А.А. - М.: Радио и связь. 1978. Следовательно, для реализации указанной функции каждый i-ый выход ВЧК 2.4 и соответствующий ему i-ый вход фазовращателя соединены Р-разрядной шиной.T.O. VCHK 2.4 provides the connection of the P outputs of the BV 3 to the corresponding inputs of the phase shifter 2.3 according to the principle of "shuffling" their inputs. The principle of “shuffling” is known and described in the work: “The principle of construction and characteristics of the antennas of the UTR-2 radio telescope. / Men A.V., Sodin L.G. et al. // Antennas: Art. articles. Issue 2.6 / Ed. Pistolkors A.A. - M .: Radio and communication. 1978. Therefore, to implement the specified function, each i-th output of the VChK 2.4 and the corresponding i-th input of the phase shifter are connected by a P-bit bus.

Каждый КЭ 2.4.2 представляет собой выключатель, положение исполнительных контактов которого зависит от управляющего сигнала, подающегося через управляющий вход на его обмотку (фиг.5). Делитель 2.4.1 предназначен для деления сигнала, поступающего на соответствующий вход ВЧК 2.4, и может быть выполнен по трансформаторной схеме, как показано на фиг.5б.Each FE 2.4.2 is a switch, the position of the executive contacts of which depends on the control signal supplied through the control input to its winding (figure 5). The divider 2.4.1 is designed to divide the signal supplied to the corresponding input of the RF 2.4, and can be performed according to the transformer circuit, as shown in Fig.5b.

Фазовращатель 2.3 предназначен для формирования фазового сдвига в.ч. сигнала, поступающего на его i-й сигнальный вход с соответствующего разряда i-й группы сигнальных выходов ВЧК 2.4.Phase shifter 2.3 is designed to form a phase shift of the r.h. the signal arriving at its i-th signal input from the corresponding discharge of the i-th group of signal outputs of the VChK 2.4.

В качестве фазовращателя могут быть использованы известные коммутируемые дискретные цепи, реализованные, например, на отрезках коаксиального кабеля (см. Пат. РФ №2276454 от 10.05.2006). При таком построении фазовращателя 2.3 он будет включать N идентичных коммутируемых реактивных цепей. Сигнальные i-е вход и выход фазовращателя при этом будут являться соответственно сигнальными входом и выходом i-й дискретной реактивной цепи, управляющий вход которой подключен к i-му разряду N разрядной шины управляющих входов «фаза» фазовращателя 2.3.As a phase shifter, well-known switched discrete circuits can be used, implemented, for example, on segments of a coaxial cable (see Pat. RF No. 2276454 of 05/10/2006). With this construction of the phase shifter 2.3, it will include N identical switched reactive circuits. The signal i-th input and output of the phase shifter in this case will be respectively the signal input and output of the i-th discrete reactive circuit, the control input of which is connected to the i-th digit N of the bit of the control bus inputs of the “phase” phase shifter 2.3.

Усилитель-корректор 2.2 предназначен для усиления поступающих на его входы в.ч. сигналов до пороговых уровней, достаточных для номинальной работы ШПУМ 1.3, в соответствии с поступающими от БАУП АФАР 5 по шине «коррекция уровня сигнала» управляющими сигналами. Схема У-К 2.2 может быть реализована в виде совокупности из N усилителей с регулируемой величиной тока в нагрузке. Схемы таких усилителей известны и описаны, например, в книге: Войшвилло Г.В. Усилительные устройства. - М.: радио и связь, 1983. - с.87-90.Amplifier-corrector 2.2 is designed to amplify the RF input to its inputs. signals to threshold levels sufficient for the nominal operation of SHPUM 1.3, in accordance with the control signals received from the BAUP AFAR 5 via the “signal level correction” bus. The UK-2.2 circuit can be implemented as a set of N amplifiers with an adjustable value of the current in the load. The circuits of such amplifiers are known and described, for example, in the book: Voishvillo G.V. Amplification devices. - M .: radio and communication, 1983. - p. 87-90.

Аттенюатор 2.1 предназначен для регулировки уровней в.ч. сигналов, поступающих с выходов У-К 2.2 на соответствующие входы ББАМ 1. В качестве аттенюатора могут быть использованы известные схемы мостовых балансных регуляторов. Управление аттенюатором обеспечивается поступающими от БАУП АФАР 5 управляющими сигналами по N-разрядной шине «затухание».Attenuator 2.1 is designed to adjust the levels of the r.h. signals coming from the outputs of UK 2.2 to the corresponding inputs of the BBAM 1. As an attenuator, well-known schemes of bridge balanced controllers can be used. The attenuator is controlled by the control signals received from the BAUP AFAR 5 on the N-bit “attenuation” bus.

Блок возбудителей 3 предназначен для генерирования в.ч. сигнала с частотой, задаваемой по шине управляющих сигналов «возбудитель». Блок возбудителей состоит из Р идентичных типовых, выпускаемых промышленностью возбудителей, например, типа Р-170 В. Информационный вход и сигнальный выход 7-го возбудителя являются соответственно j-ми информационными входом и сигнальным выходом БВ 3.The block of pathogens 3 is designed to generate vh signal with a frequency specified on the control signal bus "pathogen". The pathogen block consists of P identical typical pathogens produced by the industry, for example, type R-170 V. The information input and signal output of the 7th pathogen are respectively the jth information input and signal output of BV 3.

КИС 4 предназначен для коммутации информационных входов ППМ АФАР на соответствующие информационные входы БВ 3 по командам управляющих сигналов, поступающих по P-разрядной шине «информационный сигнал» управляющих сигналов от БАУП АФАР 5.KIS 4 is intended for switching the information inputs of the AFM AFM to the corresponding information inputs of the BV 3 according to the commands of the control signals received via the P-bit bus "information signal" of the control signals from the BAUP AFAR 5.

БАУП АФАР 5 предназначен для формирования управляющих сигналов в соответствии с поступающим на его вход исходными данными, используемыми затем для формирования сигналов заданных радиоканалов, установки и поддержания их параметров в процессе работы ППМ АФАР. БАУП АФАР 5 может быть реализован в виде процессора. Блок-схема, поясняющая работу БАУП АФАР 5, показана на фиг.3.BAUP AFAR 5 is intended for the formation of control signals in accordance with the input data received at its input, which are then used to generate the signals of the specified radio channels, set and maintain their parameters during the operation of the AFAR AFM. BAUP AFAR 5 can be implemented as a processor. A flowchart explaining the operation of the BAUP AFAR 5 is shown in FIG. 3.

Заявленное устройство работает следующим образом. Работу ППМ АФАР рассмотрим на примере использования 8-элементного ББАМ 1, т.е. при N=8, в котором БАМ установлены с центральной симметрией вдоль двух ортогональных осей о-о' и а-а' (см. фиг.2).The claimed device operates as follows. We consider the work of the APM AFAR using the example of using the 8-element BBAM 1, i.e. at N = 8, in which BAM are installed with central symmetry along the two orthogonal axes o-o 'and a-a' (see figure 2).

В исходном состоянии на вход «исходные данные» БАУП АФАР 5 подают сигналы, определяющие характеристики формируемых (одного или нескольких) радиоканалов связи. В частности, такими данными могут быть: число радиоканалов β, протяженность трассы R, угловые координаты θ, φ максимума диаграммы направленности, рабочая частота f_p, КУ антенны, вид и род работы, требуемое превышение К_п уровня сигнала над помехой в точке приема и т.п. По исходным данным и данным по каждому из радиоканалов, хранящимся в банке данных (см. фиг.3), рассчитывают конфигурацию АФАР для соответствующего радиоканала. Расчет заключается в определении необходимого числа БАМ 1.1 и их позиций в апертуре АФАР. В частности, как показано на фиг.4, для организации связи с заданными энергетическими параметрами (требуемыми КУ, формой и ориентацией максимума диаграммы направленности АФАР) в радиолинии может быть один БАМ (фиг.4а), четыре БАМ, расположенных вдоль одной оси (фиг.4б), четыре БАМ, расположенные на двух ортогональных осях (фиг.4в) и другие подобные конфигурации. Затем формируют радиоканалы для чего:In the initial state, the input “input data” of the BAUP AFAR 5 provides signals defining the characteristics of the generated (one or more) radio communication channels. In particular, such data can be: the number of radio channels β, the length of the path R, the angular coordinates θ, φ of the maximum radiation pattern, the operating frequency f _p , the gain of the antenna, the type and type of work, the required excess of K _p the signal level over the interference at the receiving point, and etc. Based on the source data and data for each of the radio channels stored in the data bank (see Fig. 3), the AFAR configuration for the corresponding radio channel is calculated. The calculation consists in determining the required number of BAM 1.1 and their positions in the AFAR aperture. In particular, as shown in Fig. 4, for organizing communication with predetermined energy parameters (required by KU, the shape and orientation of the maximum AFAR pattern), there can be one BAM in a radio link (Fig. 4a), four BAM located along one axis (Fig. .4b), four BAMs located on two orthogonal axes (Fig. 4c) and other similar configurations. Then form radio channels for which:

вычисляют требуемый уровень мощности Р_A, подводимой к ОСИ 1.1;calculate the required power level P _A supplied to the axis 1.1;

рассчитывают требуемый уровень и фазовые сдвиги сигналов Р_c на выходах БФРК 2. Порядок расчета перечисленных характеристик АФАР при заданных исходных данных известен и описан, например, в книгах: Гвоздев И.Н., Чернолес В.П. Распространение радиоволн и антенные устройства. - Л.: ВАС, 1982 г., с.61-72.calculate the required level and phase shifts of the signals P _c at the outputs of the BFRK 2. The procedure for calculating the listed characteristics of the AFAR for given initial data is known and described, for example, in the books: Gvozdev I.N., Chernoles V.P. Radio wave propagation and antenna devices. - L .: YOU, 1982, p. 61-72.

Вычисленные характеристики по каждому радиоканалу являются основанием для формирования на соответствующих портах БАУП АФАР 5 управляющих сигналов на установку фаз (порт П5), коммутацию информационного сигнала (порт П8), подключения соответствующего возбудителя (порт П6), установку аттенюаторов (порт П3) и включение возбудителей (порт П7). Данные по расчету мощности Р_A на входах ОСИ 1.1, уровней сигналов Р_C на выходах БФРК 2 и параметров фазовращателя 2.3 и аттенюатора 2.1 предварительно заносятся и хранятся в соответствующих банках данных (см. фиг.3).The calculated characteristics for each radio channel are the basis for generating control signals on the corresponding ports of the BAUP AFAR 5 for setting the phases (port P5), switching the information signal (port P8), connecting the corresponding pathogen (port P6), installing attenuators (port P3) and activating pathogens (port P7). The data for calculating the power P _A at the inputs of the AXIS 1.1, the signal levels P _C at the outputs of the BFRC 2 and the parameters of the phase shifter 2.3 and attenuator 2.1 are pre-recorded and stored in the corresponding data banks (see figure 3).

Сформированные управляющие сигналы по шинам от БАУП АФАР поступают на управляющие входы соответствующих блоков АФАР, что приводит к срабатыванию исполнительных элементов. Формирование радиотрактов завершено. В процессе работы АФАР осуществляют непрерывное измерение отдаваемой на входы ОСИ 1.1 мощности Р_A. Результаты измерений Р_изм с выхода ИМ 1.2 по N-разрядной шине «уровень мощности» поступают через порт П1 в БАУП АФАР 5, где их сравнивают с предварительно рассчитанными уровнями. При Р_изм<Р_A или Р_изм>Р_A вырабатывают управляющие сигналы на увеличение или снижение мощности. Управляющие сигналы через порт П2 поступают по N-разрядным шинам «регулировка мощности» для соответствующей корректировки мощности, с целью достижения требуемого амплитудно-фазового распределения возбуждающей ЭДС на входах задействованных в данном радиоканале БАМ, чем обеспечивается формирование необходимой диаграммы направленности АФАР. Предварительное амплитудное распределение мощности на выходах БФРК 2 достигается установкой в соответствующее положение исполнительных элементов аттенюатора 2.1 по команде управляющих сигналов, поступающих от БАУП АФАР 5 по N-разрядной шине «затухание» на соответствующий управляющий вход аттенюатора 2.1.The generated control signals on the buses from the BAUP AFAR are fed to the control inputs of the corresponding AFAR units, which leads to the actuation of the actuating elements. The formation of radio paths is completed. In the process of operation, AFARs continuously measure the power P _A given to the inputs of the AIS 1.1. Measurement results _Pmeasured from the output of IM 1.2 via the N-bit bus “power level” are received through port P1 to the BAAP AFAR 5, where they are compared with previously calculated levels. When P _Izm <P _A or P _Izm > P _A generate control signals to increase or decrease power. The control signals through port P2 are received via the “power control” N-bit buses to adjust the power accordingly, in order to achieve the required amplitude-phase distribution of the exciting EMF at the inputs of the BAM radio channel, which ensures the formation of the necessary AFAR radiation pattern. Preliminary amplitude distribution of power at the outputs of the BFRC 2 is achieved by setting the attenuator 2.1 actuator elements to the appropriate position by the command of the control signals from the BAUP AFAR 5 on the N-bit “attenuation” bus to the corresponding control input of the attenuator 2.1.

В процессе работы ППМ АФАР могут изменяться условия распространения радиоволн (РРВ): оптимальная рабочая частота (ОРЧ), уровень помех в точке приема, степень поглощения ЭМВ в тракте РРВ и другие исходные характеристики радиоканала. Для сохранения требуемой энергетики радиоканала на вход «исходные данные» БАУП АФАР 5 повторно вводят изменившиеся исходные данные, после чего в БАУП АФАР 5 в соответствии с рассмотренной последовательностью происходит коррекция конфигурации АФАР, установление требуемого амплитудно-фазового распределения путем изменения амплитуды и фазы сигналов на соответствующих выходах аттенюатора 2.1 и фазовращателя 2.3, вычисление параметров радиоканала и регулирование мощности на входах ОСИ 1.1 до уровня, обеспечивающего сохранение необходимого энергетического потенциала в изменившихся условиях работы радиоканалов.During the operation of the AFAR APM, the conditions for propagation of radio waves (RRV) can change: the optimal operating frequency (ORC), the level of interference at the receiving point, the degree of absorption of electromagnetic waves in the RRV path, and other initial characteristics of the radio channel. To maintain the required energy of the radio channel, the input data of the BAUP AFAR 5 re-enter the changed initial data, after which the configuration of the AFAR is adjusted in the BAUP AFAR 5 in accordance with the considered sequence, the required amplitude-phase distribution is established by changing the amplitude and phase of the signals to the corresponding the outputs of the attenuator 2.1 and phase shifter 2.3, the calculation of the parameters of the radio channel and the regulation of power at the inputs of the OSI 1.1 to a level that ensures the preservation of the necessary nergeticheskogo potential under the changed conditions of the radio channel.

Таким образом, в заявленном устройстве при использовании линейно расположенных вдоль двух ортогональных осей БАМ глубокого заложения, удовлетворяющих требованиям их устойчивости к механическим воздействиям, за счет формирования ненаправленной ДН каждого ОСИ 1.1, маневра общим энергетическим ресурсом АФАР между заданными радиоканалами, в изменяющихся условиях РРВ обеспечивается возможность повышения эффективности (КУ) ППМ АФАР в целом, т.е. достижение указанного технического результата.Thus, in the claimed device when using deep-laid linearly located along two orthogonal BAM axes, satisfying the requirements of their resistance to mechanical stress, by forming an omnidirectional beam of each AXI 1.1, maneuvering the AFAR’s common energy resource between the given radio channels, under the changing conditions of the RRV it is possible increase the effectiveness (CI) of the APM AFAR as a whole, i.e. the achievement of the specified technical result.

Claims

1. An underground transmitting modular active phased antenna array containing a block of N≥2 basic antenna modules, each of which includes a pair of orthogonal symmetric emitters located in the earth’s bulk, and a radio channel generation unit, characterized in that an automated control unit for active phased array antenna, equipped with a data input bus, a block of P≥2 pathogens and a switch for information signals, M≥1 of the information inputs of which are the corresponding M information inputs of the underground transmitting modular active phased array antenna, P information outputs of the information signal switch are connected to the corresponding P information inputs of the exciter unit, P signal outputs of which are connected to the corresponding P signal inputs of the radio channel forming unit, N signal outputs of which are connected to the corresponding N signal the inputs of the block of basic antenna modules, bus control outputs "power level" and "power control The "unit" of the automated control unit for the parameters of the active phased array antenna is connected to the control inputs, respectively, "power level" and "power control" of the unit base antenna modules, bus control outputs "attenuation", "signal level correction", "phase" and "radio channel" of the unit automated control parameters of the active phased array antenna are connected to the control inputs respectively "attenuation", "correction of the signal level", "phase" and "radio channel" of the block forming a radio channel fishing, and the bus lines of the control outputs “exciter” and “information signal” of the automated control unit for the parameters of the active phased antenna array are connected to the control inputs, respectively, “exciter” of the block of exciters and the “information signal” of the switch of information signals, and a meter is additionally introduced into the block of basic antenna modules power and a broadband power amplifier, the N signal inputs of which are the corresponding N signal inputs of a block of basic antenna modules, and The N signal outputs of the broadband power amplifier are connected to the corresponding N signal inputs of the power meter, the N signal outputs of which are connected to the inputs of the corresponding pairs of orthogonal symmetric radiators, and the control inputs of the power meter and broadband power amplifier are the control inputs respectively “power level” and “power control” a block of basic antenna modules, and in each basic antenna module, orthogonal symmetric radiators are excited in the phase quadrature.

2. The underground transmitting modular active phased antenna array according to claim 1, characterized in that the radio channel forming unit consists of an attenuator, amplifier-corrector, phase shifter and high-frequency switch, N signal outputs of which are connected to the corresponding N signal inputs of the phase shifter, N signal outputs of which connected to the corresponding N signal inputs of the amplifier-corrector, N signal outputs of which are connected to the corresponding N signal inputs of the attenuator, N signal outputs of which o are the N signal outputs of the radio channel forming unit, and the P signal inputs of the high-frequency switch are the corresponding P signal inputs of the radio channel forming unit, the control inputs of the attenuator, amplifier-corrector, phase shifter and high-frequency switch being the control inputs respectively “attenuation”, “signal level correction” , “Phase” and “radio channel” of the radio channel forming unit.

3. The underground transmitting modular active phased antenna array according to claim 1, characterized in that the base antenna modules are installed with central symmetry along mutually orthogonal axes.