RU2379802C1

RU2379802C1 - Unit of receiving-transmitting modules of active phased antenna array

Info

Publication number: RU2379802C1
Application number: RU2008123046/09A
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Гуськов (RU); Юрий Николаевич Гуськов; Михаил Вадимович Коржуев (RU); Михаил Вадимович Коржуев; Геннадий Иванович Корнев (RU); Геннадий Иванович Корнев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения"
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2010-01-20

Abstract

FIELD: physics; radio.

SUBSTANCE: invention relates to microwave receiving-transmitting devices designed for operation as part of an active phased antenna array (APAA) of a radar set on-board (RSB) a fighter plane. The given task is solved by reducing the power dissipated by the unit by placing two to six units of receiving-transmitting modules on it, using a pulsed power supply circuit, which allows for making a heat-removing base in form of a flat plate tightly fitted into the housing of the active phased antenna array. Such a design of the unit provides efficient removal of heat energy from the unit of receiving-transmitting modules to the housing of the active phased antenna array with liquid cooling. Use of male-female connectors combined with the proposed design of the unit prevents the need to dismantle and assemble threaded joints, which cuts the time for replacing a faulty unit.

EFFECT: cutting on time for replacing a faulty unit of receiving-transmitting modules during operation of active phased antenna arrays on-board a fighter plane.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к приемопередающим устройствам СВЧ колебаний, предназначенным для работы в составе активной фазированной антенной решетки (АФАР) бортовой радиолокационной станции (БРЛС), устанавливаемой на самолете-истребителе.The invention relates to transceiver devices of microwave oscillations, designed to operate as part of an active phased antenna array (AFAR) of an airborne radar station installed on a fighter aircraft.

Известен блок приемопередающих модулей (ППМ), содержащий теплоотводящее основание, на котором размещены шестнадцать ППМ. Каждый ППМ содержит излучатель, соединенный со вторым контактом первого переключателя, третий и первый контакты которого соответственно соединены со входом приемного и с выходом передающего канала, выход приемного канала и вход передающего канала соединены с третьим и первым контактами второго переключателя, управляющие входы переключателей соединены с выходом синхронизатора, второй контакт второго переключателя каждого ППМ соединен с разъемом для подключения приемопередающего блока АФАР.Known block transceiver modules (PPM) containing a heat sink on which sixteen PPM are placed. Each PPM contains an emitter connected to the second contact of the first switch, the third and first contacts of which are respectively connected to the input of the receiving and output of the transmitting channel, the output of the receiving channel and the input of the transmitting channel are connected to the third and first contacts of the second switch, the control inputs of the switches are connected to the output synchronizer, the second contact of the second switch of each PPM is connected to the connector for connecting the transceiver unit AFAR.

Приемный канал каждого ППМ включает последовательно соединенные малошумящий усилитель-ограничитель, управляемые фазовращатель, аттенюатор и усилитель, а передающий канал содержит последовательно соединенные усилитель мощности, предварительный усилитель и управляемые фазовращатель и аттенюатор.The receiving channel of each PPM includes a series-connected low-noise amplifier-limiter, a controlled phase shifter, an attenuator, and an amplifier, and a transmitting channel contains a series-connected power amplifier, a preliminary amplifier, and a controlled phase shifter and an attenuator.

Для охлаждения шестнадцати ППМ теплоотводящее основание блока выполнено в виде полого металлического корпуса, заполненного теплоотводящей жидкостью, и снабжено входом и выходом жидкостной системы охлаждения, соединенными с ее подающей магистралью и магистралью слива. Теплоотводящее основание закреплено на корпусе АФАР посредством резьбового соединения (Под ред. Д.И.Воскресенского и А.И.Канащенкова «Активные фазированные антенные решетки, «Радиотехника». М., 2004, стр.78, рис.4.6, стр.29, рис.1.10, стр.24).To cool sixteen PPM, the heat sink base of the unit is made in the form of a hollow metal casing filled with heat sink fluid and is equipped with an inlet and outlet of a liquid cooling system connected to its supply and drain lines. The heat sink base is mounted on the AFAR housing through a threaded connection (Edited by D.I. Voskresensky and A.I. Kanaschenkov "Active Phased Antenna Arrays," Radio Engineering ". M., 2004, p. 78, Fig. 4.6, p. 29 , fig. 1.10, p. 24).

В этом устройстве для замены вышедшего из строя одного или нескольких из шестнадцати ППМ, входящих в блок, вследствие невозможности его ремонта в полевых условиях необходимо снятие блока из корпуса АФАР. Для этого требуется демонтировать двадцать два резьбовых соединения - развернуть четыре винта, крепящих теплоотводящее основание к корпусу АФАР, развернуть и отстыковать входы и выходы системы жидкостного охлаждения теплоотводящего основания блока, развернуть шестнадцать разъемов ППМ и снять блок с корпуса АФАР. После чего заменить блок ППМ на исправный и произвести монтаж в обратном порядке. Демонтаж и монтаж двадцати двух разъемных соединений приводит к большому времени замены блока, недопустимому для истребительного комплекса, для которого время готовности к полету является определяющим параметром.In this device, to replace a failed one or more of the sixteen PPM included in the unit, due to the inability to repair it in the field, it is necessary to remove the unit from the AFAR housing. To do this, you need to dismantle twenty-two threaded connections - unscrew the four screws that secure the heat sink base to the AFAR housing, expand and undock the inputs and outputs of the liquid cooling system of the heat sink base of the unit, deploy sixteen PPM connectors and remove the block from the AFAR body. Then replace the PPM block with a working one and install in the reverse order. The dismantling and installation of twenty-two detachable joints leads to a large unit replacement time, which is unacceptable for a fighter complex, for which the flight readiness time is a determining parameter.

Таким образом, наиболее затратными по времени операциями при замене блока при отказе ППM в приведенном аналоге является отстыковка системы жидкостного охлаждения и отсоединение блока ППМ от АФАР.Thus, the most time-consuming operations when replacing a unit in the event of a PPM failure in the above analogue are the undocking of the liquid cooling system and disconnection of the PPM unit from the AFAR.

Недостаток известного устройства - большое время, затрачиваемое на замену блока при выходе из строя ППМ.A disadvantage of the known device is the large time spent on replacing the unit in the event of an MRP failure.

Задача изобретения - уменьшение времени замены блока при отказе ППМ в процессе эксплуатации АФАР самолета-истребителя.The objective of the invention is to reduce the time it takes to replace a unit in the event of an RPM failure during operation of the AFAR of a fighter aircraft.

Решение поставленной задачи достигается исключением из схемы блока резьбовых соединений и креплением его в корпусе АФАР плотной посадкой. Для этого в блоке устанавливают не шестнадцать, а от двух до шести ППМ и применяют схему импульсного питания, что позволяет уменьшить величину выделяемой мощности, выполнить теплоотводящее основание в виде плоской пластины и установить ее плотной посадкой в корпусе АФАР. А для соединения блока ППМ с приемопередающим блоком АФАР и удобства его замены предлагается ввести разъемы типа «выступ-впадина» и циркуляторы, которые уменьшают вдвое количество разъемов.The solution to this problem is achieved by eliminating the threaded connection block from the circuit and mounting it in a tight fit AFAR housing. To do this, not sixteen, but two to six PPMs are installed in the block and a pulse power circuit is used, which allows to reduce the amount of generated power, to make the heat sink base in the form of a flat plate and set it tightly in the AFAR housing. And to connect the PPM unit with the AFAR transceiver unit and the convenience of its replacement, it is proposed to introduce “protrusion-cavity” connectors and circulators that halve the number of connectors.

На фиг.1 представлена схема блока, в котором установлены, например, четыре ППМ, на фиг.2 - схема приемного и передающего каналов ППМ, на фиг.3 - общий вид блока ППМ, размещенного в корпусе АФАР. На фиг.3 корпус АФАР с ответными частями разъемов обозначен штриховыми линиями.Figure 1 presents a block diagram in which, for example, four MRPs are installed, figure 2 is a diagram of the receiving and transmitting channels of the MRP, figure 3 is a General view of the PPM block located in the AFAR housing. In Fig.3, the AFAR housing with mating connectors is indicated by dashed lines.

В состав блока ППМ (фиг.1) входят теплоотводящее основание 1 в виде металлической пластины, на котором размещены четыре ППМ 2 с излучателями 3, боковые стенки 4 и 5 теплоотводящего основания 1, разъемы 6, модуляторы 7, фильтры 8 и циркуляторы 9. ППМ 2 содержит приемный канал 10, передающий канал 11, первый 12 и второй 13 переключатели. Приемный канал (фиг.2) содержит последовательно соединенные малошумящий усилитель-ограничитель 14, управляемый аттенюатор 15, управляемый фазовращатель 16 и усилитель 17. Передающий канал (фиг.2) содержит последовательно соединенные управляемые фазовращатель 16 и аттенюатор 15, предварительный усилитель 18 и усилитель мощности 19, а также синхронизатор 20.The PPM block (Fig. 1) includes a heat sink base 1 in the form of a metal plate on which four PPM 2 with emitters 3, side walls 4 and 5 of the heat sink base 1, connectors 6, modulators 7, filters 8 and circulators 9 are located. 2 comprises a receiving channel 10, a transmitting channel 11, first 12 and second 13 switches. The receiving channel (figure 2) contains a series-connected low noise amplifier-limiter 14, a controlled attenuator 15, a controlled phase shifter 16 and an amplifier 17. The transmitting channel (figure 2) contains a series-connected controlled phase shifter 16 and an attenuator 15, a preliminary amplifier 18 and a power amplifier 19, as well as synchronizer 20.

Излучатель 3 каждого ППМ соединен со вторым контактом первого переключателя 12, третий и первый контакты которого соответственно соединены со входом приемного 10 и с выходом передающего 11 канала, выход приемного 10 канала и вход передающего 11 канала соединены с третьим и первым контактами второго переключателя 13, управляющие входы переключателей соединены с выходом синхронизатора 20.The emitter 3 of each PPM is connected to the second contact of the first switch 12, the third and first contacts of which are respectively connected to the input of the receiving 10 and the output of the transmitting 11 channel, the output of the receiving 10 channel and the input of the transmitting 11 channel are connected to the third and first contacts of the second switch 13 the inputs of the switches are connected to the output of the synchronizer 20.

Первый и второй входы циркуляторов 9 соединены со вторыми контактами вторых переключателей 13 двух ППМ 2, управляющие входы модуляторов 7 соединены с выходом синхронизатора 20, выходы циркуляторов 9 - с соответствующими разъемами 6 блока, а выходы модуляторов 7 - с управляющими входами усилителей мощности 19 передающих каналов 11 ППМ 2.The first and second inputs of the circulators 9 are connected to the second contacts of the second switches 13 of two PPM 2, the control inputs of the modulators 7 are connected to the output of the synchronizer 20, the outputs of the circulators 9 are connected to the corresponding connectors 6 of the unit, and the outputs of the modulators 7 are connected to the control inputs of the power amplifiers 19 of the transmitting channels 11 PPM 2.

Теплоотводящее основание 1 (фиг.3) выполнено в виде прямоугольной металлической пластины, на которой размещены четыре ППМ 2 симметрично относительно продольной оси пластины, что позволяет равномерно распределить выделяемую мощность по ее площади. Излучатели 3 и разъемы 6 расположены соответственно на стенках 4 и 5. А допуски на изготовление стороны корпуса АФАР и прилегающего к нему теплоотводящего основания 1 соответствуют плотной посадке (фиг.3), чем обеспечивается эффективный отвод тепловой энергии от ППМ блока к корпусу АФАР.The heat sink base 1 (Fig. 3) is made in the form of a rectangular metal plate on which four PPM 2 are placed symmetrically with respect to the longitudinal axis of the plate, which makes it possible to evenly distribute the released power over its area. The emitters 3 and connectors 6 are located respectively on the walls 4 and 5. And the tolerances for the manufacture of the side of the AFAR housing and the adjacent heat sink base 1 correspond to a tight fit (Fig. 3), which ensures efficient removal of thermal energy from the PPM block to the AFAR housing.

Для извлечения блока из корпуса АФАР необходимо к теплоотводящему основанию 1 приложить усилие, превышающее силу трения между корпусом АФАР и теплоотводящим основанием 1 и силу трения в разъемах 6. Поэтому для уменьшения прилагаемого усилия, требующегося для извлечения блока, в блок введены циркуляторы 9, позволяющие в два раза сократить количество разъемов 6. А применение разъемов типа «выступ-впадина» позволяет сократить время замены блока.To remove the block from the AFAR housing, it is necessary to apply a force to the heat sink base 1 that exceeds the friction force between the AFAR housing and the heat sink base 1 and the friction force in the connectors 6. Therefore, to reduce the applied force required to remove the block, circulators 9 are introduced into the block, allowing halve the number of connectors 6. And the use of connectors of the "protrusion-cavity" allows to reduce the time of replacement of the unit.

Опыт разработки блоков ППМ для самолетных АФАР показал, что наилучшим с точки зрения выделяемой мощности в условиях допустимого теплоотвода корпуса самолетной АФАР и уменьшения количества разъемов является размещение в блоке четного количества ППМ, число которых лежит в пределах от двух до шести.Experience in the development of APM units for aircraft AFARs has shown that the best in terms of power output under the conditions of permissible heat removal of the aircraft AFAR body and reducing the number of connectors is to place an even number of APMs in the unit, the number of which ranges from two to six.

Устройство работает следующим образом. При наличии на выходе синхронизатора 20 сигнала уровня логического нуля все ППМ 2 блока работают на передачу, при этом переключатели 12 и 13 находятся в исходном положении, при котором их первый и второй контакты замкнуты между собой, а к разъемам 6 подключается генератор СВЧ колебаний (на чертеже не показан). При поступлении сигнала уровня логического нуля на управляющие входы модуляторов 7 они срабатывают, подключая источник постоянного напряжения через фильтр 8 ко входу усилителя мощности 19 каждого ППМ 2 только на время его работы на передачу. При наличии на управляющем входе модулятора 7 сигнала уровня логической единицы (при работе ППМ на прием) он запирается, отключая источник напряжения от входа усилителя мощности 19. Такая схема питания наиболее мощного элемента ППМ 2 позволяет до 40% снизить энергопотребление блока, а наличие фильтров 8 позволяет произвести развязку ППМ 2 по питанию. Благодаря плотной посадке теплоотводящего основания 1 к корпусу АФАР (фиг.3) тепловая мощность, выделяемая всеми ППМ 2, равномерно распределяясь по его площади, передается на неподвижное основание АФАР, где и производится ее отвод.The device operates as follows. If there is a logic zero level signal at the output of the synchronizer 20, all the MRP 2 of the unit are transmitted, while the switches 12 and 13 are in the initial position, in which their first and second contacts are closed to each other, and the microwave oscillator is connected to connectors 6 (on not shown). Upon receipt of a logic level zero signal at the control inputs of modulators 7, they are activated by connecting a constant voltage source through a filter 8 to the input of a power amplifier 19 of each PPM 2 only for the duration of its transmission operation. If there is a logic level signal at the control input of modulator 7 (during reception of the power supply receiver) it is blocked by disconnecting the voltage source from the input of the power amplifier 19. Such a power supply circuit of the most powerful power supply unit 2 allows you to reduce the power consumption of the unit by 40%, and the presence of filters 8 allows you to decouple PPM 2 for nutrition. Due to the tight fit of the heat-removing base 1 to the AFAR body (Fig. 3), the heat power released by all the PPM 2, evenly distributed over its area, is transferred to the stationary base of the AFAR, where it is removed.

При наличии управляющего сигнала уровня логического нуля сигнал с выхода генератора СВЧ колебаний через циркуляторы 9 и последовательно соединенные переключатель 13, передающий канал 11, переключатель 12 поступает на излучатели 3 и излучается в пространство.In the presence of a control signal of the logic zero level, the signal from the output of the microwave oscillator through the circulators 9 and the switch 13 connected in series, the transmission channel 11, the switch 12 enters the emitters 3 and is emitted into space.

При наличии на выходе синхронизатора 20 сигнала уровня логической единицы все ППМ 2 работают на прием, при котором происходит срабатывание переключателей 12 и 13, их первый и второй контакты размыкаются, а замыкаются второй и третий контакты, при этом к ним через последовательно соединенные малошумящий усилитель-ограничитель 14, управляемые аттенюатор 15 и фазовращатель 16, а также усилитель 17 и соответствующий разъем 6 (фиг.1) подключается приемное устройство (не показано).If there is a logic level signal at the output of the synchronizer 20, all the controllers 2 operate at a reception at which the switches 12 and 13 are triggered, their first and second contacts open, and the second and third contacts close, and to them through a low-noise amplifier connected in series the limiter 14, the controlled attenuator 15 and the phase shifter 16, as well as the amplifier 17 and the corresponding connector 6 (Fig. 1), a receiving device (not shown) is connected.

Отраженный сигнал, поступающий на вход излучателей 3, в каждом ППМ 2 через последовательно соединенные замкнутые второй и третий контакты переключателя 12, приемный канал 10 и второй и третий контакты переключателя 13, циркулятор 9 и разъемы 6 поступает на вход премного устройства. Такая схема подключения ППМ к разъемам блока позволяет вдвое сократить их количество.The reflected signal supplied to the input of the emitters 3 in each PPM 2 through sequentially connected closed second and third contacts of the switch 12, the receiving channel 10 and the second and third contacts of the switch 13, the circulator 9 and the connectors 6 is fed to the input of the premium device. Such a scheme for connecting the MRP to the block connectors halves their number.

При выходе из строя одного или нескольких ППМ 2, входящих в блок, оперативный ремонт и ввод в строй АФАР осуществляют следующим образом. Открывают обтекатель самолета и посредством штатной диагностики определяют блок с отказавшим ППМ. После чего при помощи съемника (на фиг.3 не показан) к теплоотводящему основанию 1 прикладывают усилие (показано стрелкой Р на фиг.3), превышающее усилие его плотной посадки в корпусе АФАР, и силу трения в разъемах 6, в результате чего разъемы 6 конструкции «выступ-впадина» отстыковываются от его ответных частей на основании АФАР (фиг.3) и блок вместе с теплоотводящим основанием 1 извлекается из состава АФАР. После чего производится замена отказавшего блока ППМ на исправный.In the event of the failure of one or more PPM 2 included in the unit, operational repair and commissioning of the AFAR are carried out as follows. The fairing of the aircraft is opened and, using standard diagnostics, a block with a failed RPM is determined. Then, using a puller (not shown in FIG. 3), a force (shown by arrow P in FIG. 3) is applied to the heat sink base 1, exceeding the force of its tight fit in the AFAR housing, and the friction force in the connectors 6, as a result of which the connectors 6 the protrusion-cavity designs are undocked from its counterparts on the basis of the AFAR (Fig. 3) and the block together with the heat sink base 1 is removed from the composition of the AFAR. After that, the failed PPM block is replaced with a working one.

Размещение в составе блока четного количества ППМ, лежащего в пределах от двух до шести, применение схемы импульсного питания усилителей мощности, выполнение теплоотводящего основания в виде прямоугольной пластины и установка ее плотной посадкой в корпусе АФАР позволяют отказаться от демонтажа и монтажа резьбовых соединений, чем сократить время замены блока при отказе ППМ.Placing an even amount of PPM in the block, ranging from two to six, using a pulsed power supply circuit for power amplifiers, making a heat sink base in the form of a rectangular plate and installing it tightly in the AFAR housing, allows you to refuse to dismantle and install threaded connections, thereby reducing time block replacement in the event of an MRP failure.

Вновь введенные циркуляторы, фильтры и модуляторы являются типовыми элементами радиоэлектронной аппаратуры, что позволяет без проблем воспроизвести предложенную схему блока ППМ в полном объеме.The newly introduced circulators, filters, and modulators are typical elements of electronic equipment, which makes it possible to reproduce the proposed scheme of the PPM block in full without any problems.

Claims

1. The block of transceiver modules (PPM) containing a heat sink base on which there are PPM, each of which contains an emitter connected to the second contact of the first switch, the third and first contacts of which are respectively connected to the input of the receiving and output of the transmitting channel, the output of the receiving channel and the input of the transmitting channel is connected to the third and first contacts of the second switch, the control inputs of the switches are connected to the output of the synchronizer, the receiving channel of each PPM includes a follower о connected low-noise amplifier-limiter, controlled attenuator, controlled phase shifter, and amplifier, and the transmitting channel contains serially connected controlled phase shifter, controlled attenuator, pre-amplifier and power amplifier, the unit also contains connectors connected to the transceiver unit of the active phased antenna array (AFAR) , characterized in that the block contains an even number of PPM, lying in the range from two to six, and circulators are introduced into it, the number of which is half that la PPM and series-connected filters and modulators, the number of which is equal to the number of PPM, while the first and second inputs of the circulators are connected to the second contacts of the second switches of two PPM, the outputs of the circulators are connected to the corresponding connectors of the unit, the inputs of all filters are connected to a constant voltage source, the outputs modulators - to the control inputs of the power amplifiers of the transmitting PPM channels, and the control inputs of the modulators are connected to the output of the synchronizer.

2. The device according to claim 1, characterized in that the heat sink base of the block is made in the form of a rectangular metal plate on which PPMs are placed symmetrically with respect to its longitudinal axis, while the tolerances for manufacturing the sides of the AFAR block and the heat sink base adjacent to it correspond to a tight fit.