RU2338306C1 - Transmitting-receiving module of active phased antenna array - Google Patents
Transmitting-receiving module of active phased antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2338306C1 RU2338306C1 RU2007100213/09A RU2007100213A RU2338306C1 RU 2338306 C1 RU2338306 C1 RU 2338306C1 RU 2007100213/09 A RU2007100213/09 A RU 2007100213/09A RU 2007100213 A RU2007100213 A RU 2007100213A RU 2338306 C1 RU2338306 C1 RU 2338306C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- signal
- microwave
- ppm
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к антенным системам направленного излучения - активным фазированным антенным решеткам (АФАР).The present invention relates to antenna systems of directional radiation - active phased antenna arrays (AFAR).
Наиболее эффективно приемопередающий модуль (ППМ) АФАР может быть использован в бортовых авиационных РЛС, корабельных и наземных РЛС, а также в системах радиопротиводействия и радиорелейных станциях.The most effective transceiver module (APM) AFAR can be used in airborne radars, ship and ground radars, as well as in radio countermeasures and radio relay stations.
Приемопередающие модули АФАР известны и представляют собой 2-х канальные устройства, канал передачи и канал приема которых объединены переключателями «прием-передача», которые в свою очередь со стороны эфира с помощью согласующих устройств (СУ) или заменяющих их устройств подключены соответственно к каждому из N излучателей, образующих раскрыв АФАР.AFAR transceiver modules are known and are 2-channel devices, the transmission channel and the reception channel of which are combined by “transmit-receive” switches, which, in turn, are connected to the air via matching devices (CS) or substitute devices, respectively, to each of N emitters forming an open AFAR.
На фиг.1 показана схема - аналог ППМ АФАР и схемы подключения его к 1...N излучателям АФАР, а также к распределительной системе СВЧ-сигнала, которая распределяет на каждый ППМ мощность этого сигнала от возбудителя РЛС в режиме передачи (излучения) и суммирует принятые из эфира и усиленные в каждом ППМ эхо-сигналы в режиме приема, образуя выходной сигнал всей АФАР на входе выходного устройства (см. «Активные фазированные антенные решетки»./Под ред. Д.И.Воскресенского, А.И.Канащенкова. М.: Радиотехника, 2004 г., стр.19).Figure 1 shows a diagram - an analogue of the APM AFAR and its connection to 1 ... N emitters of the AFAR, as well as to the microwave signal distribution system, which distributes the power of this signal from the radar exciter in transmission (radiation) mode to each APM summarizes the received from the ether and amplified in each MRP echo signals in the receiving mode, forming the output signal of the entire AFAR at the input of the output device (see. "Active phased antenna arrays" ./ Edited by D. I. Voskresensky, A. I. Kanaschenkov M.: Radio Engineering, 2004, p. 19).
ППМ - аналог содержит:PPM - the analogue contains:
1 - управляемый фазовращатель для управления фазой СВЧ-сигнала последовательно в режиме передачи и в режиме приема с помощью сигналов управления соответственно Uφ°пер и Uφ°пр, распределяемых с помощью распределительных систем управляющих сигналов (РС упр. сиг.);1 - controlled phase shifter for controlling the phase of the microwave signal sequentially in the transmission mode and in the reception mode using control signals, respectively, U φ ° per and U φ ° pr , distributed using control signal distribution systems (PC control signal);
2 - первый переключатель «прием-передача» (ППП1);2 - the first switch "reception-transmission" (SPT 1 );
3 - предварительный усилитель мощности СВЧ-сигнала;3 - preliminary power amplifier of the microwave signal;
4 - выходной усилитель мощности (УМ);4 - output power amplifier (PA);
5 - модулятор электропитания усилителя мощности, управляемый напряжением сигнала Uмод от распределительной системы модулирующего сигнала (PC мод. сиг.; представляющее собой устройство, равномерно распределяющее по всем ППМ АФАР модулирующий сигнал UM=u(τ,Tп), определяющий длительность излучаемого ППМ импульса τ и его период повторения - Tп;5 - power amplifier power supply modulator, controlled by the voltage of the signal U mod from the distribution system of the modulating signal (PC mod. Sig .; which is a device that uniformly distributes the modulating signal U M = u (τ, T p ) over all APM AFAR, which determines the duration of the emitted PPM pulse τ and its repetition period - T p ;
6 - второй переключатель «прием-передача» (ППП2), «выход-вход» которого соединен с одним из N излучателей через согласующее устройство (СУ), вход соединен с выходом УМ 4, а выход подключен к входу приемного канала 7 ППМ, состоящего из последовательно соединенных ЗУ - защитного устройства, малошумящего усилителя МШУ, Ф - фильтра полосового. Ус - усилителя, А - управляемого аттенюатора (приемного), выход которого подключен к входу ППП1 - первого переключателя «прием-передача» (2).6 - the second switch "reception-transmission" (SPT 2 ), the "output-input" of which is connected to one of the N emitters through a matching device (SU), the input is connected to the output of the
Из схемы на фиг.1 видно, что в режиме передачи (излучения) сигнала, когда задействованы блоки 1, 2, 3, 4, 5 и 6 амплитуда (мощность) излучаемого сигнала не управляема, т.к. отсутствует элемент управления ею, например, аттенюатор.It can be seen from the diagram in FIG. 1 that in the signal transmission (emission) mode, when
Таким образом, данная схема ППМ АФАР не позволяет управлять амплитудным распределением АФАР в режиме излучения, что является существенным недостатком аналога.Thus, this scheme APM AFAR does not allow you to control the amplitude distribution of AFAR in the radiation mode, which is a significant drawback of the analogue.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является модуль с коррекцией ошибок (патент США №5.093.667, К. Андриякос от 03.03.1993 г.), блок-схема которого представлена на фиг.2.The closest analogue (prototype) of the present invention is a module with error correction (US patent No. 5.093.667, K. Andriyakos from 03.03.1993), a block diagram of which is presented in figure 2.
Это устройство содержит:This device contains:
1 - переключатель «прием-передача» (на два положения: положение «А» - передача, положение «Б» - прием);1 - switch “reception-transmission” (into two positions: position “A” - transmission, position “B” - reception);
2 - управляемый фазовращатель (φ°);2 - controlled phase shifter (φ °);
3 - управляемый аттенюатор (АТТ.уп);3 - controlled attenuator (ATT.up);
4 - предварительный усилитель (Пр.у);4 - preliminary amplifier (Pr.);
5 - выходной усилитель мощности (УМ) с СВЧ-делителем на входе и СВЧ-сумматором на выходе (элементы 2...5 образуют передающий канал ППМ);5 - output power amplifier (PA) with a microwave divider at the input and a microwave adder at the output (
6 - циркулятор «прием-передача» (Ц);6 - circulator "reception-transmission" (C);
7 - излучатель;7 - emitter;
8 - приемный канал ППМ, аналогичный приемному каналу ППМ-аналога на фиг.1.8 - receiving channel PPM, similar to the receiving channel PPM-analogue in figure 1.
В режиме передачи СВЧ-сигнал от распределительной системы через переключатель «прием-передача» 1 (положение «А») поступает на вход управляемого фазовращателя 2, где приобретает требуемый фазовый сдвиг φ°, устанавливаемый с помощью управляющего напряжения Uφ°=f(xn,yn,θ°,γ°),In transmission mode, the microwave signal from the distribution system through the receive-transmit switch 1 (position “A”) is fed to the input of the controlled
где xn и yn - координаты ППМ на раскрыве АФАР, θ° и γ° - значения азимутального и угломестного направления луча АФАР.where x n and y n are the coordinates of the APM in the aperture of the AFAR, θ ° and γ ° are the azimuthal and elevation directions of the AFAR beam.
Далее СВЧ-сигнал поступает на вход управляемого аттенюатора 3, в котором управляющим напряжением U(t)a установлено требуемое затухание этого сигнала, и с выхода аттенюатора 3 - на вход предварительного усилителя 4, выходной сигнал которого разделяется по мощности (амплитуде) на 2 равные части в делителе, который в описании патента показан (без цифрового обозначения) как разветвитель на 2 параллельных канала, по которым сигналы поступают на входы 2-х-тактного выходного линейного усилителя мощности 5, усиливаются по мощности, а после суммирования общий сигнал поступает на вход циркулятора 6 и через излучатель 7 излучается в пространство для облучения цели. Отраженные от цели сигналы (эхо-сигналы), принятые излучателем 7, через циркулятор 6 поступают на вход приемного канала 8, с выхода которого через переключатель 1 (положение «Б») - на вход распределительной системы (PC). При этом, если выходной усилитель мощности 5 работает в режиме насыщения, коэффициент полезного действия (КПД) его может достигать 50%, но диапазон управления амплитудой излучаемого сигнала не превышает 6...8 дБ при требуемых обычно >30 дБ.Next, the microwave signal is fed to the input of the controlled
Если перевести выходной усилитель 5 в линейный режим для увеличения диапазона управления амплитудой, то его КПД уменьшится до ~23% (упомянутый выше патент США, стр.12), что приведет к уменьшению излучаемой мощности сигнала, к увеличению температуры нагревания АФАР, т.е. к увеличению мощности системы охлаждения АФАР, увеличению массы и цены АФАР, что для самолетных БРЛС неприемлемо.If you put the
Таким образом, недостатком прототипа является невозможность обеспечения достаточного высокого КПД ППМ (≥40%) в режиме передачи при требуемом, обычно широком (~30 дБ), диапазоне управления амплитудой излучаемого сигнала.Thus, the disadvantage of the prototype is the inability to provide a sufficiently high PPM efficiency (≥40%) in the transmission mode with the required, usually wide (~ 30 dB), range of control of the amplitude of the emitted signal.
Задачей изобретения является устранение приведенных выше недостатков, а именно: обеспечение высокого КПД ППМ АФАР в режиме передачи и одновременно обеспечение широкого диапазона управления амплитудой излучаемого сигнала при сохранении управления фазой.The objective of the invention is to eliminate the above disadvantages, namely: ensuring high efficiency PPM AFAR in transmission mode and at the same time providing a wide range of control of the amplitude of the emitted signal while maintaining phase control.
Поставленная цель достигается тем, что при сохранении основных функциональных элементов прототипа (переключатель, предварительный усилитель, 2-х-тактный выходной усилитель мощности передающего канала с СВЧ-делителем и СВЧ-сумматором, циркулятор, излучатель, приемный канал) на входе каждого из 2-х параллельно включенных каналов 2-х-тактного выходного усилителя мощности передающего канала ППМ дополнительно введены соответственно первый и второй управляемые фазовращатели, управление которых осуществляется соответственно суммой и разностью составляющих сигнала, управляющего фазой и управляющего амплитудой соответственно.This goal is achieved by the fact that while maintaining the main functional elements of the prototype (switch, pre-amplifier, 2-stroke output power amplifier of the transmitting channel with a microwave divider and microwave adder, circulator, emitter, receiving channel) at the input of each of 2- x parallel-connected channels of the 2-stroke output power amplifier of the PPM transmitting channel, the first and second controlled phase shifters, respectively, are added, which are controlled respectively by the sum and spacing the components of the signal that controls the phase and controls the amplitude, respectively.
На фиг.1 представлена блок-схема аналога - ППМ АФАР;Figure 1 presents the block diagram of the analogue - PPM AFAR;
На фиг.2 - блок-схема прототипа - ППМ АФАР с коррекцией амплитудно-фазовых ошибок в передающем канале;Figure 2 - block diagram of the prototype - APM AFAR with the correction of amplitude-phase errors in the transmitting channel;
На фиг.3 - блок-схема предлагаемого ППМ АФАР;Figure 3 is a block diagram of the proposed PPM AFAR;
На фиг.4 - векторные диаграммы выходных сигналов ППМ, управляемых по амплитуде и фазе.Figure 4 is a vector diagram of the output signals of the MRP, controlled by amplitude and phase.
Приемопередающий модуль АФАР (фиг.3) содержит:The transceiver module AFAR (figure 3) contains:
1 - переключатель «прием-передача» на 2 положения: положение «А» - передача сигнала, положение «Б» - прием эхо-сигнала, имеющий контакт «вход-выход», с помощью которого в положении «А» переключателя 1 вход передающего канала - вход предварительного усилителя Пр. ус через контакт «выход» подключается к распределительной системе, к которой в положении «Б» подключается выход приемного канала через контакт «вход» переключателя 1;1 - switch “reception-transmission” to 2 positions: position “A” - signal transmission, position “B” - reception of an echo signal having an input-output contact, by means of which, in position “A” of
2 - предварительный усилитель (Пр.ус.) передающего канала ППМ, выход которого соединен с СВЧ-мостовым делителем мощности;2 - a preliminary amplifier (Pr.) Of the PPM transmitting channel, the output of which is connected to a microwave bridge power divider;
3 - СВЧ-мостовой делитель мощности (МДМ) выходного сигнала предварительного усилителя с выходами: 31 - первого передающего канала и 32 - второго передающего канала соответственно, которые соединены с входами фазовращателей соответственно 41 и 42;3 - microwave bridge power divider (MDM) of the output signal of the pre-amplifier with outputs: 3 1 - the first transmitting channel and 3 2 - the second transmitting channel, respectively, which are connected to the inputs of the
4 - первый (41) и второй (42) управляемые фазовращатели первого и второго передающего каналов, выходы которых соединены соответственно с входами усилителей 2-х-канального выходного усилителя мощности 51 и 52;4 - the first (4 1 ) and second (4 2 ) controlled phase shifters of the first and second transmitting channels, the outputs of which are connected respectively to the inputs of amplifiers of a 2-channel
5 - выходной 2-х-канальный (усилители 51, 52 - первого и второго передающих каналов соответственно) 2-х-тактный нелинейный усилитель мощности, выходы которого соединены с входами СВЧ-сумматора;5 - output 2-channel (
6 - СВЧ-сумматор мощности с входами 61 и 62 (первого и второго передающих каналов соответственно), выход которого подключен к входу циркулятора 7 «прием-передача», «вход-выход» которого соединен с излучателем 8, а «выход» - с входом приемного канала 9, состоящего из последовательно соединенных: защитного устройства (ЗУ), малошумящего усилителя (МШУ), управляемого аттенюатора (АТТ), усилителя (УС) и управляемого фазовращателя (Фпр), выход которого является выходом приемного канала и соединен с входом переключателя «прием-передача» 1 (положение «Б»-прием).6 - microwave power adder with
Элементы (блоки) 2, 3, 4, 5, 6 образуют передающий канал ППМ.Elements (blocks) 2, 3, 4, 5, 6 form the transmitting channel PPM.
Элементы 3, 4, 5, 6 образуют 2-х-канальное устройство управления амплитудой и фазой передающего канала.
Переключатель - 1 может быть выполнен по известным схемам на pin-диодах в гибридно-интегральной схеме (ГИС) с микрополосковыми линиями соединений. Он имеет общий контакт «вход-выход», подключенный к распределительной системе, распределяющей СВЧ-сигналы от задающего генератора на все ППМ АФАР через контакт «выход» при включении в положение «А»-передача сигнала контакт «вход» - положение «Б»-прием эхо-сигнала. Кроме того, переключатель - 1 может быть реализован также на полевых транзисторах или в виде MEMS - коммутаторов (микроэлектромеханическая структура), известных в литературе (JEEE МТТ - S. Internalional Microwave Sdmposkim. Diqest. vol.1, 2000, p. 165-168, Коммутационные устройства СВЧ на диапазонах», Вайсблад, М. РиСв., 1987 г., 120 с.).Switch - 1 can be made according to known schemes on pin diodes in a hybrid integrated circuit (GIS) with microstrip connection lines. It has a common input-output contact connected to a distribution system that distributes microwave signals from the master oscillator to all APM AFARs through the output contact when turned on in position “A” —signals the contact “input” - position “B” Reception of an echo signal. In addition, switch-1 can also be implemented on field-effect transistors or in the form of MEMS-switches (microelectromechanical structure), known in the literature (JEEE MTT - S. Internalional Microwave Sdmposkim. Diqest. Vol. 1, 2000, p. 165-168 , Microwave Switching Devices on the Bands ”, Weissblad, M. RiSv., 1987, 120 pp.).
Предварительный усилитель 2 может быть выполнен на полевых транзисторах с барьером Шоттки (ПТШ) в гибридно-интегральном исполнении.The
Выход его подключен к входу СВЧ-мостового делителя мощности 3, производящего деление на две равные части мощности выходного сигнала предварительного усилителя.Its output is connected to the input of a microwave
СВЧ-делитель 3 может быть выполнен в виде микрополосковой мостовой схемы («Радиопередающие устройства»./Под. ред. Благовещенского М.В., Уткина Г.М. М.: Радио и связь, 1982 г., стр.109), с выходов (31) первого и (32) второго каналов которого сигнал поступает соответственно на первый - 41 и второй - 42 - управляемые фазовращатели.The
Электрически управляемые фазовращатели 41 и 42 могут быть выполнены в виде pin-диодных переключателей или в виде микрополосковой интегральной схемы (МИС) на полевых транзисторах Шоттки. Диапазоны управления 0°...360°, дискрет установки фазы 3° («Активные фазированные антенные решетки»./Под ред. Д.И.Воскресенского и др., М.: Радиотехника, 2004 г., стр.26, 27).Electrically controlled
Управляющий сигнал U1 - цифровой двоичный код (0,1) в виде обычно применяемой последовательности импульсов ТТЛ - уровня (транзисторно-транзисторная логика) - 4-х, 5-и или 6-и разрядных слов (в зависимости от требуемой точности установки) - подается на управляемый вход первого 41 фазовращателя в виде суммы U1=Uφ°+ΔUΔφ°, где Uφ° - сигнал управления фазой φ° СВЧ-сигнала, a ΔUΔφ° - сигнал управления амплитудой СВЧ-сигнала (Определение кодов см. «Антенны и устройства СВЧ»./Под ред. Д.И.Воскресенского. М.: Сов.радио, 1981 г., стр.164...166).The control signal U 1 is a digital binary code (0,1) in the form of a commonly used sequence of TTL pulses - level (transistor-transistor logic) - 4, 5 or 6-bit words (depending on the required installation accuracy) - fed to the controlled input of the first 4 1 phase shifter in the form of the sum U 1 = Uφ ° + ΔU Δφ ° , where U φ ° is the phase control signal φ ° of the microwave signal, and ΔU Δφ ° is the control signal of the microwave signal amplitude (Definition of codes see "Antennas and microwave devices ./ Edited by D.I. Voskresensky. M .: Sov.radio, 1981, pp. 164 ... 166).
Управляющий сигнал U2 подается на управляющий вход второго фазовращателя 42 в виде разности U2=Uφ°-ΔUΔφ°, где Uφ° - сигнал управления фазой φc° СВЧ-сигнала (точно соответствующий коду управляющего фазой сигнала для фазовращателя 41), а ΔUΔφ - сигнал управления амплитудой СВЧ-сигнала, точно соответствующий коду управляющего амплитудой СВЧ-сигнала 41, но с противоположным знаком, т.е. с противоположным значением знакового разряда относительно ΔUΔφ° первого фазовращателя.The control signal U 2 is supplied to the control input of the
Таким образом, управляющие сигналы U1 и U2 отличаются по величине на 2ΔUΔφ°, что обеспечивает увеличение фазы СВЧ-сигнала в первом управляемом фазовращателе 41 до φc1° первого канала φc1°=φc°+Δφc° (где Δφс° - поправка фазы СВЧ-сигнала за счет воздействия напряжения управления ΔUΔφ°) и уменьшение фазы СВЧ-сигнала до φс2° - во втором управляемом фазовращателе 42 второго канала φc2°=φc°-Δφc° на одну и ту же величину поправки Δφс° (см. фиг.4).Thus, the control signals U 1 and U 2 differ in magnitude by 2ΔU Δφ ° , which provides an increase in the phase of the microwave signal in the first controlled
Составляющая фазы 1-го и 2-го каналов φс° определяет фазовое распределение излучаемого сигнала в раскрыве АФАР, т.е. положение луча в пространстве и вычисляется блоком управления как функция расположения ППМ в раскрыве АФАР и направления излучения СВЧ-энергии в пространстве φс°=f(xn,yn,θ°,γ°), где xn и yn - координаты ППМ на раскрыве АФАР;The phase component of the 1st and 2nd channels φ с ° determines the phase distribution of the emitted signal in the AFAR aperture, i.e. the position of the beam in space and is calculated by the control unit as a function of the location of the PMD in the aperture of the AFAR and the direction of radiation of microwave energy in the space φс ° = f (x n , y n , θ °, γ °), where x n and y n are the coordinates of the PMP on the opening AFAR;
θ° и γ° - угловые направления луча АФАР в азимутальной и угломестной плоскости соответственно.θ ° and γ ° are the angular directions of the AFAR beam in the azimuthal and elevation plane, respectively.
Составляющая Δφс° - величина, зависящая только от амплитуды сигнала, требуемого для обеспечения заданного амплитудного распределения по раскрыву АФАР.The component Δφ с ° is a quantity that depends only on the amplitude of the signal required to ensure a given amplitude distribution over the open AFAR.
Зависимость амплитуды излучаемого сигнала от величины Δφс° на выходе сумматора 6 будет определена ниже.The dependence of the amplitude of the emitted signal on the value Δφ with ° at the output of the
Выход первого управляемого фазовращателя 41 первого канала подключен к входу усилителя мощности 51 первого канала, а выход второго управляемого фазовращателя 42 второго канала - к входу усилителя мощности 52 второго канала 2-х-тактного выходного нелинейного усилителя мощности 5.The output of the first controlled
Усилители мощности 51 и 52 могут быть выполнены в виде микрополосковой интегральной схемы на ПТШ-арсенидгалиевом полевом транзисторе, например, по схеме из книги «Радиопередающие устройства». / Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина. М.Радио и связь, 1982 г., стр.107, 109.
Выходы усилителей 51 и 52 подключены соответственно к первому 61 и второму 62 входам сумматора мощности (МС) 6, который может быть выполнен как мост - сумматор аналогично мостовому делителю 3.The outputs of the
Выход МС6 подключен к контакту «вход» циркулятора «прием-передача» - 7, контакт «вход-выход» которого соединен с излучателем 8, а контакт «выход» - с входом приемного канала ППМ - 9, выход которого подключен к контакту «вход» переключателя 1 «прием-передача». В положении «Б» переключателя 1 через контакт «вход-выход» выход приемного канала подключен к распределительной системе.MC6 output is connected to the “input” contact of the receive-transfer circulator - 7, the input-output contact of which is connected to the emitter 8, and the “output” contact - to the input of the receiving channel PPM - 9, the output of which is connected to the “input” contact "
Управление первым 41 и вторым 42 фазовращателями производится цифровыми кодовыми сигналами U1 и U2 от блока управления.The first 4 1 and second 4 2 phase shifters are controlled by digital code signals U 1 and U 2 from the control unit.
Приемопередающий модуль АФАР работает следующим образом.The transceiver module AFAR works as follows.
В режиме передачи сигнал с выхода распределительной системы поступает на контакт «вход-выход» переключателя «прием-передача» - 1 и через него (положение «А») - на выход предварительного усилителя мощности 2, где усиливается и с его выхода поступает на вход делителя 3, где мощность СВЧ-сигнала делится на 2 равные части, каждая из которых с выходов 31 и 32 поступает на входы соответственно первого 41 и второго 42 управляемых фазовращателей, на выходах которых устанавливаются фазы сигналов φc1° и φс2° в соответствии с цифровыми сигналами управления U1 и U2, структура которых может быть представлена в виде 6-ти разрядного слова 110111, где первая единица знак +, если первый нуль - знак минус. Остальные элементы двоичного кода показывают одно из 64 возможных значений фазы, устанавливаемой данным кодом в фазовращателе, минимальная величина которой составляет 5, 6 градуса - цена младшего разряда. Управляющие сигналы вырабатываются с помощью драйверов (программ).In transmission mode, the signal from the output of the distribution system is fed to the input-output contact of the receive-transfer switch - 1 and through it (position "A") - to the output of the
Взаимозависимость сигнала управления и величины изменения фазы СВЧ-сигнала Uφ°=f(φc°) и ΔUΔφ°=f(Δφ°) представлена в литературе, например, «Справочник по радиолокации»./Под ред. М.Сколника, том 2, М.: Сов. радио, 1977 г., стр.255 или «Антенны с немеханическим движением луча» Вендик А.И., 1973 г., стр.250.The relationship between the control signal and the magnitude of the phase change of the microwave signal U φ ° = f (φ c °) and ΔU Δφ ° = f (Δφ °) is presented in the literature, for example, “Radar Reference.” / Ed. M. Skolnik,
Так как фаза СВЧ-сигнала первого канала устанавливается равной φс1°, то в комплексной показательной форме этот сигнал на входе первого нелинейного усилителя 51 будет иметь видSince the phase of the microwave signal of the first channel is set equal to φ c1 °, then in a complex exponential form, this signal at the input of the first
где Uвх1 - амплитуда входного СВЧ-сигнала 1-го канала;where U in1 is the amplitude of the input microwave signal of the 1st channel;
φc1° - фаза входного СВЧ-сигнала 1-го канала.φ c1 ° - phase of the input microwave signal of the 1st channel.
Аналогично на входе второго нелинейного усилителя 52 СВЧ-сигнал в комплексном виде равен:Similarly, at the input of the second
где Uвх2 - амплитуда входного СВЧ-сигнала 2-го канала;where U in2 - the amplitude of the input microwave signal of the 2nd channel;
φс2° - фаза входного СВЧ-сигнала 2-го канала.φ c2 ° - phase of the input microwave signal of the 2nd channel.
Учитывая, что СВЧ-усилители, работающие в нелинейном режиме класса В или С, имеют КПД>40% («Активные ФАР» Гостюхин В.Л., М.: Радио и связь. 1993 г., стр.190) и достаточно широкополосны, фаза выходного сигнала первого нелинейного усилителя 51 будет иметь вид:Given that microwave amplifiers operating in a nonlinear class B or C mode have an efficiency of> 40% (“Active PAR” Gostyukhin VL, M .: Radio and Communications. 1993, p. 190) and are quite broadband , the phase of the output signal of the first
φс1°=φс°+Δφс°φ s1 ° = φ s ° + Δφ s °
Фаза выходного сигнала второго нелинейного усилителя 52:The phase of the output signal of the second nonlinear amplifier 5 2 :
φс2°=φс°-Δφс°.φ s2 ° = φ s ° -Δφ s °.
Учитывая, что коэффициенты передачи по мощности К1 и К2 усилителей 51 и 52 равны (K1=K2=k) получим на первом входе 61 сумматора 6 комплексный входной сигнал в видеGiven that the transmission coefficients for power K 1 and K 2 of amplifiers 5 1 and 5 2 are equal (K 1 = K 2 = k), we obtain at the
а на втором входе 62 - комплексный входной сигнал в видеand at the second input 6 2 - a complex input signal in the form
Суммирование сигналов на выходе сумматора 6 определит выходной (суммарный) сигнал передающего канала The summation of the signals at the output of the
В соответствии с формулой ЭйлераAccording to Euler's formula
Подставляя полученный результат в формулу (1), получимSubstituting the result into formula (1), we obtain
Из формулы (2) видно, что амплитуда выходного сигнала сумматора 6 - это модуль управляемого комплексного сигнала передающего канала From the formula (2) it is seen that the amplitude of the output signal of the
Фаза выходного сигнала сумматора 6 передающего канала φс° определяется требуемым базовым распределителем по раскрыву АФАР.The phase of the output signal of the
Амплитуда выходного сигнала в соответствий с формулой (3) изменяется в зависимости от величины поправки фазы СВЧ-сигнала Δφс°, на которую в фазовращателе 41 фаза СВЧ-сигнала увеличивается, а в фазовращателе 42 уменьшается на одну и ту же величину Δφс°.The amplitude in accordance with the formula of the output signal (3) varies depending on a correction amount of the microwave signal phase Δφ c °, which in the phase shifter 1 April microwave signal phase increases and a phase shifter 2 April reduced by one and the same value Δφ with °.
Например, амплитуда выходного сигнала передающего канала равна 0, если Δφс=90° и достигает максимума (2k Uвх) приFor example, the amplitude of the output signal of the transmitting channel is 0 if Δφ c = 90 ° and reaches a maximum (2k U in ) at
Δφс°=0°Δφ s ° = 0 °
Таким образом, если данный ППМ, расположенный в строке xj и столбце yj раскрыва АФАР, должен излучать максимальный сигнал, то Δφс° дБ равна нулю.Thus, if this MRP, located in row x j and column y j of the AFAR opening, should emit a maximum signal, then Δφ with ° dB is equal to zero.
Тогда выходной сигнал сумматора 6 будет состоять из 2-х синфазных составляющих сигналов (на входе 61- и такой же - на входе 62) и иметь вид:Then the output signal of
Управляющие сигналы Uφ1 и Uφ2 равны, а их коды одинаковые (Uφ1=Uφ2=Uφ).The control signals Uφ 1 and Uφ 2 are equal, and their codes are the same (U φ1 = U φ2 = U φ ).
Если для реализации заданного амплитудного распределения требуется амплитуду выходного сигнала сумматора ППМ UΣрег уменьшить в «n» раз, то, исходя из величины «n» необходимо определить величину соответствующей фазовой поправки Δφс°.If the implementation of the given amplitude distribution requires the amplitude of the output signal of the PPM adder U Σreg to be reduced by "n" times, then, based on the value of "n", it is necessary to determine the value of the corresponding phase correction Δφ with °.
Эти величины связаны следующим образом:These values are related as follows:
UΣmax=2k·Uвх - максимальный уровень амплитуды сигнала на выходе сумматора 6.U Σmax = 2k · U in - the maximum level of the signal amplitude at the output of the
UΣрег=2k·UвхcosΔφ - требуемый уровень амплитуды сигнала на выходе сумматора 6.U Σreg = 2k · U Rin cosΔφ - the required level of signal amplitude at the output of the
илиor
. .
Это означает, что, если требуется уменьшить амплитуду СВЧ-сигнала на выходе сумматора 6 (на выходе ППМ), например, в два раза (n=2), то фазовая поправка Δφс° должна составить величинуThis means that if it is necessary to reduce the amplitude of the microwave signal at the output of the adder 6 (at the output of the PPM), for example, by half (n = 2), then the phase correction Δφ with ° should be
Суммируя величины фазы (φс°) и поправки фазы (Δφс°) φc1°=φc°+Δφc° и вычитая эти величины φc2°=φc°-Δφc, находят фазы СВЧ-сигналов φc1° и φс2° на входе 61 и 62 сумматора 6.Summarizing the phase value (φ c °) and phase correction (Δφ c °) φ c1 ° = φ c ° + Δφ c ° and subtracting these values φ c2 ° = φ c ° -Δφ c, are the phase of the microwave signal φ c1 ° and φ c2 ° at the
По этим величинам определяют величины управляющих напряжений U1=(Uφ°+ΔUΔφ°) и U2=(Uφ°-ΔUΔφ°), которые поступают в виде упомянутых выше кодов на управляющие входы фазовращателей 41 и 42, в которых этими напряжениями устанавливаются соответствующие фазы φс°+Δφс° и φс°-Δφс°, что при суммировании СВЧ-сигналов в сумматоре 6 приводит к уменьшению амплитуды выходного сигнала ППМ относительно амплитуды этого сигнала при Δφс°=0 и к повороту фазы этого сигнала на угол φс° относительно фазы φс°=0. При этом, как было упомянуто выше, величина сигнала управления Uрег=Uφ°=f(φc°), гдеFrom these values determine the values of the control voltages U 1 = (Uφ ° + ΔU Δφ °) and U 2 = (Uφ ° -ΔU Δφ °), which are supplied in the form of the codes mentioned above to the control inputs of the
а ΔUΔφ°=f(Δφ°), где and ΔU Δφ ° = f (Δφ °), where
На фиг.4а (левый рисунок) показан вектор входного сигнала делителя 3 , который разделен на 2 равные части (2 равных вектора) ОА и ОД, фаза которых сдвинута относительно вектора управляемым фазовращателем 41(ОД) - до фазы φc1°=φc°+Δφc°, а фазовращателем 42 (ОА) - до величины φc2°=φc o-Δφc o. Предполагая для простоты изображения, что коэффициенты усиления первого и второго усилителей мощности равны 1, получим, что при суммировании в сумматоре 6, сигналы, представленные векторами ОА и ОД, образуют вектор ОС, соответствующий выходному сигналу UΣ с фазой относительно вектора , равной φ°, а амплитудой, меньшей, чем т.е. как видно из рисунка при Δφ°≠0.Figure 4 a (left figure) shows the input signal vector of the
На фиг.4а (правый рисунок) показан случай, когда фаза выходного сигнала (вектора ОС) не изменяется относительно фазы сигнала т.е. φс°=0, а амплитуда уменьшена (как и в левом рисунке) за счет Δφс°≠0, т. е. Figure 4 a (right figure) shows the case when the phase of the output signal (OS vector) does not change relative to the phase of the signal those. φ с ° = 0, and the amplitude is reduced (as in the left figure) due to Δφ с ° ≠ 0, i.e.
На фиг.4б (левый рисунок) показан случай, когда фаза выходного сигнала сумматора φс°≠0, а Δφс°=0. В этом случае амплитуда выходного сигнала сумматора - максимальна , так как cos0°=1 (см. формулу 2).Figure 4 b (left figure) shows the case when the phase of the output signal of the adder φ с ° ≠ 0, and Δφ с ° = 0. In this case, the amplitude of the output signal of the adder is maximum , since cos0 ° = 1 (see formula 2).
На правом рисунке показан случай, когда амплитуда выходного сигнала равна нулю при любом значении фазы φс°, так как cos90°=0, т.е. - .The right figure shows the case when the amplitude of the output signal is equal to zero for any phase value φ с °, since cos90 ° = 0, i.e. - .
В режиме приема отраженный от цели сигнал принимается излучателем 8 и через циркулятор 7 поступает на вход приемного канала ППМ 9, где усиливается в МШУ, корректируется по фазе и амплитуде управляемыми фазовращателем Ф°пр и аттенюатором «АТТ» и через переключатель 1 (в положении «Б») поступает на вход распределительной системы PC.In the receiving mode, the signal reflected from the target is received by the emitter 8 and fed through the circulator 7 to the input of the PPM 9 receiving channel, where it is amplified in the LNA, corrected in phase and amplitude by the controlled phase shifter Ф ° pr and attenuator “ATT” and through switch 1 (in the “ B ”) is fed to the input of the PC distribution system.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает одновременно высокий КПД передающего канала ППМ АФАР и широкий диапазон управления амплитудой излучаемого сигнала при сохранении управления фазой сигнала в требуемом диапазоне.The proposed technical solution provides at the same time a high efficiency of the transmitting channel APM AFAR and a wide range of control of the amplitude of the emitted signal while maintaining control of the phase of the signal in the desired range.
При этом обеспечивается:This provides:
- заданная идентичность амплитуды и фазы выходных сигналов ППМ (коррекция ошибок), что повышает коэффициент направленного действия АФАР;- a given identity of the amplitude and phase of the PPM output signals (error correction), which increases the directivity coefficient of the AFAR;
- требуемое амплитудно-фазовое распределение по раскрыву АФАР в режиме передачи сигнала, что позволяет управлять уровнем боковых лепестков (УБЛ) диаграммы направленности (ДН)АФАР в режиме передачи.- the required amplitude-phase distribution over the opening of the AFAR in the signal transmission mode, which allows you to control the level of the side lobes (UBL) of the directivity pattern (BF) of the AFAR in the transmission mode.
Достижение этого технического результата позволяет обеспечить в режиме передачи:The achievement of this technical result allows to provide in the transmission mode:
- максимальную мощность излучения;- maximum radiation power;
- максимальный КНД АФАР;- maximum KND AFAR;
- требуемый УБЛ ДН АФАР на передачу.- the required UBL DN AFAR for transmission.
При применении предлагаемой АФАР в бортовой радиолокационной станции (БРЛС) увеличивается дальность действия БРЛС, повышается точность измерения угловых координат БРЛС, повышается помехозащищенность БРЛС.When using the proposed AFAR in an airborne radar station, the range of the radar increases, the accuracy of measuring the angular coordinates of the radar increases, and the noise immunity of the radar increases.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007100213/09A RU2338306C1 (en) | 2007-01-11 | 2007-01-11 | Transmitting-receiving module of active phased antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007100213/09A RU2338306C1 (en) | 2007-01-11 | 2007-01-11 | Transmitting-receiving module of active phased antenna array |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007100213A RU2007100213A (en) | 2008-07-20 |
RU2338306C1 true RU2338306C1 (en) | 2008-11-10 |
Family
ID=40230472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007100213/09A RU2338306C1 (en) | 2007-01-11 | 2007-01-11 | Transmitting-receiving module of active phased antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2338306C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446525C1 (en) * | 2010-09-06 | 2012-03-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Active spatial transmitting antenna array |
RU2453017C1 (en) * | 2010-11-29 | 2012-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Transceiving antenna switching device |
RU2458437C1 (en) * | 2011-05-11 | 2012-08-10 | Государственное унитарное предприятие города Москвы Научно-производственный центр "СПУРТ" | Transceiving antenna system with controlled directivity pattern |
RU2566601C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-10-27 | Публичное акционерное общество "Радиофизика" | Receiving-transmitting microwave module |
RU170015U1 (en) * | 2016-11-10 | 2017-04-11 | Акционерное общество "Концерн воздушно-космической обороны "Алмаз - Антей" | DIGITAL TRANSMISSION MODULE |
RU2657336C1 (en) * | 2017-05-11 | 2018-06-13 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Transceiving module of active phased antenna array |
RU2683141C1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-03-26 | Российская Федерация, от имени которого выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) | Converting transmit-receive module of a digital antenna array with a two-level control (variants) |
-
2007
- 2007-01-11 RU RU2007100213/09A patent/RU2338306C1/en active
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446525C1 (en) * | 2010-09-06 | 2012-03-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Active spatial transmitting antenna array |
RU2453017C1 (en) * | 2010-11-29 | 2012-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Transceiving antenna switching device |
RU2458437C1 (en) * | 2011-05-11 | 2012-08-10 | Государственное унитарное предприятие города Москвы Научно-производственный центр "СПУРТ" | Transceiving antenna system with controlled directivity pattern |
RU2566601C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-10-27 | Публичное акционерное общество "Радиофизика" | Receiving-transmitting microwave module |
RU170015U1 (en) * | 2016-11-10 | 2017-04-11 | Акционерное общество "Концерн воздушно-космической обороны "Алмаз - Антей" | DIGITAL TRANSMISSION MODULE |
RU2657336C1 (en) * | 2017-05-11 | 2018-06-13 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Transceiving module of active phased antenna array |
RU2683141C1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-03-26 | Российская Федерация, от имени которого выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) | Converting transmit-receive module of a digital antenna array with a two-level control (variants) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007100213A (en) | 2008-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2338306C1 (en) | Transmitting-receiving module of active phased antenna array | |
US9397766B2 (en) | Calibration system and technique for a scalable, analog monopulse network | |
US7714776B2 (en) | Antenna array calibration | |
CN110336627B (en) | Array antenna amplitude and phase regulation and control system based on time modulation and implementation method thereof | |
US4454513A (en) | Simulation of an electronic countermeasure technique | |
JP5462186B2 (en) | Monostatic multi-beam radar sensor device for vehicles | |
RU2298267C1 (en) | Multibeam active phased antenna array | |
CA3186897A1 (en) | System and method for a multi-beam beamforming front-end architecture for wireless transceivers | |
JPH08226962A (en) | Phased array radar for self-monitoring and calibration | |
CN107430186B (en) | Amplitude comparison monopulse radar system | |
Lee et al. | $ W $-Band multichannel FMCW radar sensor with switching-TX antennas | |
US9780448B1 (en) | True path beam steering | |
EP3114497B1 (en) | Electronic rotman lens | |
US9831906B1 (en) | Active electronically scanned array with power amplifier drain bias tapering | |
Singhal et al. | Review and comparison of different limited scan phased array antenna architectures | |
Alessandro et al. | Analog Beamforming Network for Ka Band Satellite on the Move Terminal with phase shifting technique based on I/Q mixer | |
RU2751980C2 (en) | Converter transceiver module of digital antenna array with orthogonal control (options) | |
RU2800337C1 (en) | Transceiver module of an active phased antenna array of the microwave frequency range | |
US11955999B2 (en) | Device for controlling a scanning active antenna | |
RU2800158C1 (en) | Two-component flat passive phased array antenna with performance correction | |
Umar et al. | Antenna-Duplexed Passive Beamforming Front-end for Joint Communication and Sensing | |
RU2683141C1 (en) | Converting transmit-receive module of a digital antenna array with a two-level control (variants) | |
Gresham | ‘An AESA revolution utilizing the disruptive technology of highly-integrated silicon ICs | |
RU2623836C1 (en) | Scanning aperture hybrid transceiving antenna | |
Lai et al. | A mm-wave multiple-beam phased array breadboard for GEO-LEO inter-satellite links |