RU2480868C1 - Active space transmitting antenna array - Google Patents
Active space transmitting antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2480868C1 RU2480868C1 RU2012110391/08A RU2012110391A RU2480868C1 RU 2480868 C1 RU2480868 C1 RU 2480868C1 RU 2012110391/08 A RU2012110391/08 A RU 2012110391/08A RU 2012110391 A RU2012110391 A RU 2012110391A RU 2480868 C1 RU2480868 C1 RU 2480868C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix
- columns
- converters
- signals
- rows
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике, в частности к активным пространственным передающим антенным решеткам миллиметрового диапазона волн, и может быть использовано при создании антенн с немеханическим качанием луча антенны для сверхскоростной (более 15 Гбит/с) спутниковой информации.The invention relates to antenna technology, in particular to active spatial transmitting antenna arrays of the millimeter wave range, and can be used to create antennas with non-mechanical swinging of the antenna beam for ultra-fast (more than 15 Gbit / s) satellite information.
Из уровня техники известно, что имеются устройства, использующие фазовую модуляцию сигнала (ФМ), фазоманипулированные сигналы (ФМн), многократно фазоманипулированные сигналы (МФМн), где М=2N [Л1].It is known from the prior art that there are devices using phase modulation of the signal (FM), phase-shifted signals (FM n ), repeatedly phase-shifted signals (MPM n ), where M = 2 N [L1].
Из уровня техники известно, что по характеру распределения излучателей в раскрыве различают эквидистантные и неэквидистантные фазированные решетки (ФАР). В эквидистантных ФАР обычно выбирают достаточно малые размеры элементов. В неэквидистантных ФАР элементы располагают на неодинаковых расстояниях друг от друга при небольшом числе элементов.It is known from the prior art that by the nature of the distribution of emitters in the aperture, equidistant and non-equidistant phased arrays (PAR) are distinguished. In equidistant headlamps, rather small sizes of elements are usually chosen. In non-equidistant PARs, elements are located at unequal distances from each other with a small number of elements.
По способу изменения фазовых сдвигов различают ФАР с электрическим сканированием или дисперсиями волн в волноводе.According to the method of changing the phase shifts, the headlamps are distinguished with electric scanning or wave dispersions in the waveguide.
Из уровня техники известны ФАР, схемы с фазировкой на промежуточной частоте и схемы с двойным преобразованием частоты [Л5].In the prior art, phased arrays, phasing schemes at an intermediate frequency and circuits with double frequency conversion [L5] are known.
Недостатком известных схем является использование гетеродина с качающейся частотой и частотно-зависимые линии задержки, что не обеспечивает сложение фаз от строк и столбцов.A disadvantage of the known schemes is the use of a local oscillator with a sweeping frequency and frequency-dependent delay lines, which does not provide the addition of phases from rows and columns.
Из уровня техники известны различные схемы сформирования фазового распределения в раскрыве ФАР:The prior art various schemes for the formation of phase distribution in the opening of the PAR:
- «Способ получения требуемого фазового распределения на элементах пространственной фазированной антенной решетки и пространственная ФАР (варианты)» (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2282921 С1, МПК H01Q 3/26, опубл. 27.08.2006);- “A method of obtaining the desired phase distribution on the elements of a spatial phased antenna array and spatial PAR (options)” (see patent of the Russian Federation for invention RU 2282921 C1, IPC H01Q 3/26, publ. 08/27/2006);
- «Универсальная самофокусирующая активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения» (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2334319 С1, МПК H01Q 3/26, H01Q 21/00, опубл. 20.09.2008);- "Universal self-focusing active spatial transceiver antenna array of the reverse radiation" (see patent of the Russian Federation for the invention RU 2334319 C1, IPC H01Q 3/26, H01Q 21/00, publ. September 20, 2008);
- «Пространственная приемопередающая фазированная антенная решетка (варианты)» (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2287876 С1, МПК H01Q 3/26, опубл. 20.11.2006);- "Spatial transceiver phased antenna array (options)" (see the patent of the Russian Federation for the invention RU 2287876 C1, IPC H01Q 3/26, publ. 20.11.2006);
- «Активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения» (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2312435 С1, МПК H01Q 21/00, опубл. 10.12.2007).- "Active spatial transceiver antenna array of the reverse radiation" (see the patent of the Russian Federation for the invention RU 2312435 C1, IPC H01Q 21/00, publ. 10.12.2007).
Недостатком всех вышеуказанных известных из уровня техники технических решений, которые охватывают все основные возможности формирования фаз в антенных решетках, является необходимость использования фазовращателей различного типа, что позволяет их применять в фазированных решетках с излучателями, подключаемым к одномодовым оптическим волокнам.The disadvantage of all the above technical solutions known from the prior art, which cover all the main possibilities of phase formation in antenna arrays, is the need to use phase shifters of various types, which allows them to be used in phased arrays with emitters connected to single-mode optical fibers.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение требуемого пространственного поляризационного распределения на элементах активной пространственной передающей антенной решетки путем программируемого управления запуском (включением) поляризационных преобразователей, размещенных на столбцах и строках матрицы антенной решетки, что позволяет осуществлять пространственное переключение N-уровней поляризации сформированного потока электромагнитных волн ФАР, обеспечивающее при совместном использовании многократных фазоманипулированных сигналов передачу сверхскоростной (более 15 Гбит/с) спутниковой информации от КА до наземных приемных комплексов дистанционного зондирования Земли.The technical result of the claimed invention is to provide the required spatial polarization distribution on the elements of the active spatial transmitting antenna array by programmable control of the launch (inclusion) of polarization converters located on the columns and rows of the antenna array matrix, which allows spatial switching of the N-polarization levels of the formed flux of electromagnetic waves of the PAR providing when sharing multiple GOVERNMENTAL PSK signaling ultrafast (over 15 Gbit / s) the satellite information from the spacecraft to the ground receiving stations remote sensing.
Математические преобразования, касающиеся описания поляризации векторов электромагнитного поля (через уравнения Максвелла, операторы ротора, дивергенции, формул Стокса, теоремы Грина и т.д.), наиболее полно показаны в [Л3]. Однако в ней не рассмотрена схема модуляции поляризации.Mathematical transformations concerning the description of the polarization of electromagnetic field vectors (via Maxwell equations, rotor operators, divergence operators, Stokes formulas, Green's theorems, etc.) are most fully shown in [L3]. However, it does not consider the polarization modulation scheme.
Из теории радиотехники [Л1] известно, что поляризация электромагнитного поля (ЭМП) образуется в антенно-фидерных устройствах (АФУ) антенн следующим образом.From the theory of radio engineering [L1] it is known that the polarization of the electromagnetic field (EMF) is formed in the antenna-feeder devices (AFU) of the antennas as follows.
ЭМП образуется из двух векторов и , которые перпендикулярны друг другу, а также перпендикулярны направлению излучения. Вектора и жестко связаны между собой через волновые соотношения. Изменяя, например параметры вектора , одновременно изменяются параметры вектора . Вращение вектора может быть обеспечено путем установки в узлах матрицы антенной решетки поляризационных преобразователей, которые управляются уровнем напряжения, регулируемым с помощью устройства управления.EMF is formed from two vectors and which are perpendicular to each other and also perpendicular to the direction of radiation. Vectors and rigidly interconnected through wave relationships. By changing, for example, the parameters of the vector , simultaneously change the parameters of the vector . Vector rotation can be achieved by installing polarization converters in the array nodes of the antenna array, which are controlled by a voltage level controlled by a control device.
Признаки и сущность изобретения поясняются в последующем описании, иллюстрируемом чертежом (см. фиг.1), где представлена структурная электрическая схема активной пространственной передающей антенной решетки.The features and essence of the invention are explained in the following description, illustrated by the drawing (see figure 1), which presents a structural electrical diagram of an active spatial transmitting antenna array.
Активная пространственная передающая антенная решетка содержит:Active spatial transmitting antenna array contains:
1 - задающий смеситель;1 - master mixer;
2 - распределитель служебных сигналов столбцов матрицы;2 - the distributor of service signals of the columns of the matrix;
3 - распределитель служебных сигналов строк матрицы;3 - distributor of service signals of the rows of the matrix;
4 - К формирователей импульсов напряжения служебных сигналов столбцов матрицы для включения поляризационных преобразователей;4 - K voltage pulse shapers service signals of the matrix columns to enable polarization converters;
5 - L формирователей импульсов напряжения служебных сигналов строк матрицы для включения поляризационных преобразователей;5 - L formers of voltage pulses of service signals of the matrix rows for switching on polarizing converters;
6 - n поляризационных преобразователей;6 - n polarization converters;
7 - суммирующая схема служебного управляющего сигнала.7 is a summing diagram of an overhead control signal.
Активная пространственная передающая антенная решетка работает следующим образом.Active spatial transmitting antenna array operates as follows.
Сигналы служебных частот строки матрицы f1=f+Δf столбца матрицы f2=f-Δf получаются на задающем смесителе. Эти сигналы поступают на формирователи импульсов напряжения служебных сигналов столбцов и строк матрицы соответственно через распределители служебных сигналов столбцов и строк матрицы соответственно. На другой вход задающего смесителя поступают сигналы частоты F, принимаемые элементами опорных линеек решетки. Требуемое пространственное поляризационное распределение на элементах активной пространственной передающей антенной решетки получают путем программируемого управления запуском (включением) поляризационных преобразователей, размещенных на столбцах и строках матрицы антенной решетки, с помощью устройства управления, что позволяет осуществлять пространственное переключение N-уровней поляризации сформированного потока электромагнитных волн ФАР, обеспечивающее при совместном использовании многократных фазоманипулированных сигналов передачу сверхскоростной (более 15 Гбит/с) спутниковой информации от КА до наземных приемных комплексов дистанционного зондирования Земли.The signals of the service frequencies of the matrix row f 1 = f + Δf of the matrix column f 2 = f-Δf are obtained on the master mixer. These signals are fed to the voltage pulse shapers of the service signals of the columns and rows of the matrix, respectively, through the distributors of service signals of the columns and rows of the matrix, respectively. At the other input of the master mixer, signals of frequency F are received, received by the elements of the reference bars of the lattice. The required spatial polarization distribution on the elements of the active spatial transmitting antenna array is obtained by programmatically controlling the start-up (inclusion) of polarization converters located on the columns and rows of the array antenna array using a control device that allows spatial switching of the N-polarization levels of the formed flux of electromagnetic waves of the PAR providing when sharing multiple phase-shift keyed signals s ultrafast transmission (over 15 Gbit / s) the satellite information from the spacecraft to the ground receiving stations remote sensing.
В [Л.4] рассмотрены различные виды поляризационной модуляции. В ней отмечено, что проблема управления параметрами поляризации волн, анализ способов передачи сообщений поляризационно-модулированными сигналами, а также вопросы синтеза и анализа приемных систем таких сигналов еще мало изучены. Однако в данной работе совершенно не рассмотрены какие-либо виды поляризационной манипуляции, когда M=2N уровней.In [L.4], various types of polarization modulation are considered. It noted that the problem of controlling the parameters of wave polarization, the analysis of methods for transmitting messages by polarization-modulated signals, as well as the synthesis and analysis of receiving systems of such signals are still poorly understood. However, in this paper, no forms of polarization manipulation are considered at all when M = 2 N levels.
Из уровня техники известно, что векторы поляризации и в различной комбинации применяются для получения дополнительной информации о качестве объекта при радиолокации, но не для повышения скорости передачи данных. Из уровня техники известно, что в американских космических аппаратах «World View» для повышения в два раза скорости передачи используется метод, когда по двум каналам передается информация с использованием правой и левой поляризации. Но во всех перечисленных выше способах не используется N-уровневая поляризация в качестве способа многоуровневой манипуляции поляризации.It is known from the prior art that polarization vectors and in various combinations are used to obtain additional information about the quality of the object during radar, but not to increase the data transfer rate. It is known from the prior art that the World View American spacecraft uses a method to double the transmission speed when information is transmitted over two channels using the right and left polarization. But in all of the above methods, N-level polarization is not used as a method of multilevel polarization manipulation.
При двукратной фазовой манипуляции в Х-диапазоне скорость передачи данных равна 245 Мбит/с, а при трехкратной фазовой манипуляции скорость передачи равна 800 Мбит/с (при одной и той же полосе пропускания). В настоящее время применяется многократная фазовая манипуляция до 128 ФМ.With double phase manipulation in the X-band, the data transfer rate is 245 Mbit / s, and with three phase manipulation, the transmission speed is 800 Mbit / s (with the same bandwidth). Currently, multiple phase shift keying up to 128 fm is used.
При многоуровневой поляризации, где Мн=2N - скорость передаваемой информации может быть увеличена в Мн раз.With multi-level polarization, where M n = 2 N - the speed of transmitted information can be increased by M n times.
Формирование сфокусированного луча антенной решетки для передачи многократных фазоманипулированных по фазе электромагнитных излучений активной решетки осуществляется одновременно с многократной поляризационной манипуляцией сигналов для передачи информации с использованием ФАР.The formation of a focused beam of the antenna array for transmitting multiple phase-phase-shifted electromagnetic radiation of the active array is carried out simultaneously with multiple polarization manipulation of the signals for transmitting information using the HEADLIGHT.
Переключение поляризационных преобразователей обеспечивается:Switching polarization converters is provided:
- применением оптических переключателей в оптоволоконных устройствах, обеспечивающих требуемое быстродействие для переключения поляризационных преобразователей [Л2];- the use of optical switches in fiber-optic devices that provide the required speed for switching polarization converters [L2];
- применением устройств, разработанных на использование квантовых эффектов в наномасштабной электронике, предназначенной для обработки и хранения массивов информации при скоростях более 10 Гбит/с [Л2];- the use of devices designed to use quantum effects in nanoscale electronics, designed to process and store arrays of information at speeds of more than 10 Gbit / s [L2];
- применение многослойных (до 40 слоев) плат, размеров 25×25 см, на которых можно разместить более 2-х триллионов квантовых точек (фрагмент проводника или полупроводника, ограниченный по трем пространственным измерениям в области не более 10 нм и содержащий электроны проводимости) [Л2], запись и хранение информации плотностью записи 1 Терабит на 1 квадратный дюйм, т.е. в 40 раз больше, чем позволяют современные технологии, нанотранзисторы, способные работать с частотой десятков ТГц. Терагерцовый микропроцессор может работать в 25 раз быстрее и потреблять меньше энергии, чем ЧИП Pentium 4.- the use of multilayer (up to 40 layers) boards, 25 × 25 cm in size, on which more than 2 trillion quantum dots can be placed (a fragment of a conductor or semiconductor, limited by three spatial measurements in the region of not more than 10 nm and containing conduction electrons) [ L2], recording and storage of information with a recording density of 1 Terabit per 1 square inch, ie 40 times more than modern technologies allow, nanotransistors capable of operating at a frequency of tens of THz. The terahertz microprocessor can run 25 times faster and consume less power than the Pentium 4 chip.
Источники информацииInformation sources
1. У.Томас. Электронные системы связи. Москва, издательство Техносфера, 2007, пер. с англ. 1360 с.1. W. Thomas. Electronic communication systems. Moscow, Technosphere Publishing House, 2007, trans. from English 1360 s.
2. Л.Уильямс, У.Адамс. Нанотехнологии, издательство ЭКСМО, Москва. 2009.2. L. Williams, W. Adams. Nanotechnology, EKSMO publishing house, Moscow. 2009.
3. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики, гл. редакция Физматиздат, М., 1970, 855 с.3. M. Born, E. Wolf. Fundamentals of Optics, Ch. edition Fizmatizdat, M., 1970, 855 p.
4. Ю.Г.Гусев, А.Д.Филатов, А.П.Сополев. Поляризационная модуляция, М., Изд. Сов.Радио, 1974, 288 с.4. Yu.G. Gusev, A.D. Filatov, A.P. Sopolev. Polarization Modulation, M., Ed. Sov. Radio, 1974, 288 p.
5. Д.И.Вознесенский и др. Активные фазированные решетки, Москва, Группа USSR, 2004.5. D.I. Voznesensky et al. Active phased arrays, Moscow, USSR Group, 2004.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012110391/08A RU2480868C1 (en) | 2012-03-19 | 2012-03-19 | Active space transmitting antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012110391/08A RU2480868C1 (en) | 2012-03-19 | 2012-03-19 | Active space transmitting antenna array |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2480868C1 true RU2480868C1 (en) | 2013-04-27 |
Family
ID=49153276
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012110391/08A RU2480868C1 (en) | 2012-03-19 | 2012-03-19 | Active space transmitting antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2480868C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6806843B2 (en) * | 2002-07-11 | 2004-10-19 | Harris Corporation | Antenna system with active spatial filtering surface |
US6831600B1 (en) * | 2003-08-26 | 2004-12-14 | Lockheed Martin Corporation | Intermodulation suppression for transmit active phased array multibeam antennas with shaped beams |
US6900763B2 (en) * | 2002-07-11 | 2005-05-31 | Harris Corporation | Antenna system with spatial filtering surface |
RU2287876C1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-11-20 | Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" | Spatial phased transceiving array (alternatives) |
RU2312435C1 (en) * | 2006-03-09 | 2007-12-10 | Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" | Back-scattered spaced transceiver antenna array |
RU2334319C1 (en) * | 2007-03-20 | 2008-09-20 | Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" | Universal self-focusing active spaced transceiver backfire array |
RU91653U1 (en) * | 2009-10-22 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" | ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY |
-
2012
- 2012-03-19 RU RU2012110391/08A patent/RU2480868C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6806843B2 (en) * | 2002-07-11 | 2004-10-19 | Harris Corporation | Antenna system with active spatial filtering surface |
US6900763B2 (en) * | 2002-07-11 | 2005-05-31 | Harris Corporation | Antenna system with spatial filtering surface |
US6831600B1 (en) * | 2003-08-26 | 2004-12-14 | Lockheed Martin Corporation | Intermodulation suppression for transmit active phased array multibeam antennas with shaped beams |
RU2287876C1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-11-20 | Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" | Spatial phased transceiving array (alternatives) |
RU2312435C1 (en) * | 2006-03-09 | 2007-12-10 | Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" | Back-scattered spaced transceiver antenna array |
RU2334319C1 (en) * | 2007-03-20 | 2008-09-20 | Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" | Universal self-focusing active spaced transceiver backfire array |
RU91653U1 (en) * | 2009-10-22 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" | ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2530292C1 (en) | Antenna, basic station and processing method of directivity pattern | |
EP2822096B1 (en) | Electronically-steerable artificial impedance surface antenna | |
US8934774B2 (en) | Phase shifter and photonic controlled beam former for phased array antennas | |
US20150188660A1 (en) | Apparatus and method for simultaneously transmitting and receiving orbital angular momentum (oam) modes | |
US9813269B1 (en) | Wireless transceiver having a phased array antenna panel for transmitting circularly-polarized signals with modulated angular speed | |
US11601183B2 (en) | Spatial redistributors and methods of redistributing mm-wave signals | |
US7929864B2 (en) | Optical beamforming transmitter | |
Xu et al. | Free-space radio communication employing OAM multiplexing based on Rotman lens | |
EP2706613B1 (en) | Multi-band antenna with variable electrical tilt | |
US6515622B1 (en) | Ultra-wideband pulse coincidence beamformer | |
US8773306B2 (en) | Communication system and method using an active phased array antenna | |
WO2011095384A1 (en) | Flat-plate scanning antenna for land mobile application, vehicle comprising such an antenna, and satellite telecommunication system comprising such a vehicle | |
FR2956252A1 (en) | ONBOARD DIRECTIVE FLIGHT ANTENNA, VEHICLE COMPRISING SUCH ANTENNA AND SATELLITE TELECOMMUNICATION SYSTEM COMPRISING SUCH A VEHICLE | |
US9537225B2 (en) | Method for use with a reflectarray antenna for wireless telecommunication | |
US11258405B2 (en) | Scalable terahertz phased array and method | |
Vidal et al. | Fast optical beamforming architectures for satellite-based applications | |
EP4292220A1 (en) | Method and apparatus for communication using massive-beam mimo phased array | |
US20040090365A1 (en) | Optically frequency generated scanned active array | |
RU2480868C1 (en) | Active space transmitting antenna array | |
US11183770B2 (en) | Dual polarization RF antenna feed module and photonic integrated circuit (PIC) | |
WO2017020968A1 (en) | Network node and method for photonic beamforming | |
US6417804B1 (en) | Control device for the formation of several simultaneous radar reception beams for an electronic scanning antenna | |
RU2446525C1 (en) | Active spatial transmitting antenna array | |
JP2015179950A (en) | antenna device | |
Thai et al. | A novel simplified dual beam-former using multichannel chirped fiber grating and tunable optical delay lines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 12-2013 FOR TAG: (72) |