RU2583336C1 - Active phased array transceiver - Google Patents

Active phased array transceiver Download PDF

Info

Publication number
RU2583336C1
RU2583336C1 RU2014150805/28A RU2014150805A RU2583336C1 RU 2583336 C1 RU2583336 C1 RU 2583336C1 RU 2014150805/28 A RU2014150805/28 A RU 2014150805/28A RU 2014150805 A RU2014150805 A RU 2014150805A RU 2583336 C1 RU2583336 C1 RU 2583336C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transceiver
emitters
output
control
inputs
Prior art date
Application number
RU2014150805/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Аркадий Валерьевич Брагин
Андрей Бернатович Гузовский
Алексей Александрович Кирюхин
Наталья Михайловна Крюкова
Дмитрий Иванович Назаркин
Игорь Иванович Фролов
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" filed Critical Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод"
Priority to RU2014150805/28A priority Critical patent/RU2583336C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2583336C1 publication Critical patent/RU2583336C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering and communication.
SUBSTANCE: claimed transceiver active phased array antenna includes m emitters sublattice dividers control device, sum and difference inputs transceiver active phased array antenna, as well as m/4 modules transceiver amplifying divider test signal and beam combiner, with this radiators are combined in pairs in line emitters, two lines of transmitters and receiving unit, a transmitting amplifier form a sublattice, each module receiving and transmitting amplifier comprises four transceiver channels, two divider, control and monitoring divider test signal is operable to evenly distribute for each channel of the microwave signal in the calibration mode, the beam-combiner comprises a directional coupler, the control device, m / 4 phase shifters with phase increments position microwave signal 180°.
EFFECT: technical result is the creation of receiving and transmitting the active phased array of high reliability with a simplified scheme of construction, forming the sum and difference pattern and carrying out autonomous control and calibration of the transceiver channels.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокации, связи и других системах, размещенных на летательных аппаратах.The invention relates to the field of radio engineering, in particular to antenna technology, and can be used in radar, communications and other systems located on aircraft.

Из уровня техники известна «Двухдиапазонная антенная система» (патент RU №2177662, опубликовано 27.12.2001, МПК: H01Q 21/00), включающая фазированную антенную решетку (ФАР) высокочастотного диапазона, волноводные излучатели которой образуют регулярную периодическую структуру, и ФАР низкочастотного диапазона, излучатели которой образуют регулярную периодическую структуру. Излучатели обеих ФАР образуют единую апертуру антенной системы, центры излучения обеих ФАР совпадают между собой или сдвинуты на величину периода расположения излучателей высокочастотной ФАР. Излучатели высокочастотной ФАР объединены в непрерывные линейки, а излучатели низкочастотной ФАР расположены между линейками высокочастотной ФАР, образуя ряды. Причем величины периодов расположения излучателей низкочастотной ФАР в ряду выполняют точно в соответствии с требуемым для заданного сектора сканирования значением, а между рядами дискретно с шагом, кратным значению периода расположения линеек излучателей высокочастотной ФАР. Излучатели низкочастотного диапазона могут быть расположены не на всей апертуре, образуя двухрядную и трехрядную структуры, либо занимают всю апертуру, а излучатели высокочастотного диапазона - только центральную часть апертуры, либо могут быть смещены на случайную величину, либо могут быть выполнены в виде укороченных Н-образных вибраторов с активным плечом длиной L1 и пассивным плечом длиной L2, установленных на стойках, выполненных на отрезках коаксиальной линии длиной h с симметрирующими щелями, длиной L3, причем L1, L2, L3, h выбираются по формулам.The prior art "Dual-band antenna system" (patent RU No. 2177662, published December 27, 2001, IPC: H01Q 21/00), including a high-frequency phased array (phased array), waveguide emitters of which form a regular periodic structure, and a low-frequency phased array whose emitters form a regular periodic structure. The emitters of both headlamps form a single aperture of the antenna system, the emission centers of both headlamps coincide with each other or are shifted by the magnitude of the location period of the emitters of the high-frequency headlamp. The emitters of the high-frequency headlamp are combined into continuous lines, and the emitters of the low-frequency headlamp are located between the lines of the high-frequency headlamp, forming rows. Moreover, the values of the periods of arrangement of the emitters of the low-frequency headlamp in a row are performed exactly in accordance with the value required for a given scanning sector, and between the rows discretely with a step that is a multiple of the value of the period of the arrangement of the lines of emitters of a high-frequency headlamp. The low-frequency emitters may not be located on the entire aperture, forming a two-row and three-row structures, or occupy the entire aperture, and the high-frequency emitters - only the central part of the aperture, or can be shifted by a random amount, or can be made in the form of shortened H-shaped vibrators active arm length L 1 and length L passive arm 2 mounted on a rack provided on the coaxial line section with a length h Balun slits and a length L 3, wherein L 1, L 2, L 3, h is selected I formulas.

Недостатками такой двухдиапазонной антенной системы являются отсутствие возможности формирования суммарно-разностной диаграммы направленности (ДН) и отсутствие системы управления лучом, а также чисто пассивный режим работы.The disadvantages of such a dual-band antenna system are the lack of the possibility of forming a total-difference beam pattern (LH) and the lack of a beam control system, as well as a purely passive mode of operation.

Известна пассивно-активная фазированная антенная решетка (патент RU №2299502, опубликовано 20.05.2007, МПК: H01Q 21/00, H01Q 3/26), состоящая из n излучающих элементов, n приемо-передающих модулей (ППМ) и распределительной системы. В состав ППМ входят m активных ППМ, каждый из которых содержит усилитель мощности передающего канала, малошумящие усилители приемного канала, фазовращатели, схему управления и контроля, (n-m) пассивных ППМ, каждый из которых содержит фазовращатель и схему управления фазовращателем. У каждого из m активных ППМ вход в режиме передачи (выход в режиме приема) соединен с соответствующим выходом (входом) распределительной системы СВЧ-мощности, а выход в режиме передачи (вход в режиме приема) соединен с общим каналом делителя мощности (сумматора мощности). К одному выходному каналу в режиме передачи (входному каналу в режиме приема) делителя мощности (сумматора мощности) присоединен излучающий элемент непосредственно, а к остальным каналам излучающие элементы присоединены последовательно через пассивные ППМ.Known passive-active phased antenna array (patent RU No. 2299502, published 05/20/2007, IPC: H01Q 21/00, H01Q 3/26), consisting of n radiating elements, n transceiver modules (PPM) and distribution system. The PPM includes m active PPMs, each of which contains a power amplifier of the transmitting channel, low-noise amplifiers of the receiving channel, phase shifters, a control and monitoring circuit, (n-m) passive PPM, each of which contains a phase shifter and a phase shifter control circuit. For each of the m active PPMs, the input in transmission mode (output in reception mode) is connected to the corresponding output (input) of the microwave power distribution system, and the output in transmission mode (input in reception mode) is connected to a common channel of the power divider (power adder) . The emitting element is directly connected to one output channel in the transmission mode (the input channel in the reception mode) of the power divider (power adder), and the radiating elements are connected in series to the remaining channels in series through passive SCM.

Недостатками этой пассивно-активной фазированной антенной решетки являются: отсутствие возможности формирования разностных диаграмм направленности, чрезмерная громоздкость и сложность схемы построения, что связано с последовательным соединением активных и пассивных приемо-передающих модулей, и связанные с этим увеличенные потери энергии на передачу и прием. Кроме того, управление каналами пассивно-активной ФАР осуществляется извне, что существенно усложняет и удорожает построение системы управления.The disadvantages of this passive-active phased antenna array are: the lack of the possibility of generating differential radiation patterns, the excessive cumbersomeness and complexity of the construction scheme, which is associated with the serial connection of active and passive transceiver modules, and the associated increased energy loss for transmission and reception. In addition, the passive-active headlamp channels are controlled from the outside, which significantly complicates and increases the cost of building a control system.

Наиболее близкой по технической сущности является активная фазированная антенная решетка (патент RU №2338307, опубликовано 10.11.2008, МПК: H01Q 21/00, H01Q 3/26, H01Q 25/02), состоящая из m излучателей, соединенных с m приемо-передающими модулями (ППМ), устройство распределения и фазирования (УРФ) и делитель. В состав АФАР также входят формирователь диаграммы направленности (ФДН), имеющий два входа и четыре выхода, три делителя (Д), 2К-1 устройства распределения и фазирования (УРФ), 2К периферийных устройств управления (УУ), выполненных с возможностью установления требуемых значений фазовых соотношений в соответствии с управляющими сигналами, поступающими от блока управления лучом (БУЛ). Причем каждый из четырех высокочастотных (ВЧ) выходов ФДН подключен к ВЧ-входу соответствующего делителя, имеющего К/2 ВЧ-выходов каждый, где К - четное число. 2К ВЧ-выходов делителей соединены с ВЧ-входами соответствующих УРФ, имеющих каждый m ВЧ-выходов, где m - любое целое число. Каждый из 2Кm ВЧ-выходов УРФ соединен с ВЧ-входом соответствующего 2Кm ППМ, ВЧ-выходы которых подключены к излучателям. При этом каждое устройство распределения и фазирования, соединенное с высокочастотными входами m приемо-передающих модулей, подключенных к m излучателям, периферийное устройство управления, m низкочастотных выходов которого соединены с низкочастотными входами m приемо-передающих модулей, а низкочастотный (m+1)-й выход периферийного устройства управления соединен с низкочастотным входом устройства распределения и фазирования, образуют подрешетку, причем низкочастотные входы всех периферийных устройств управления подключены к выходу блока управления лучом, вход блока управления лучом является управляющим входом активной фазированной антенной решетки, первый и второй входы формирователя диаграммы направленности являются суммарным и разностным входами активной фазированной антенной решетки.The closest in technical essence is an active phased antenna array (patent RU No. 2338307, published November 10, 2008, IPC: H01Q 21/00, H01Q 3/26, H01Q 25/02), consisting of m emitters connected to m transceivers modules (PPM), distribution and phasing device (URF) and divider. The AFAR also includes a radiation shaper (PDN), which has two inputs and four outputs, three dividers (D), 2K-1 distribution and phasing devices (URF), 2K peripheral control devices (UU), made with the possibility of establishing the required values phase relations in accordance with the control signals received from the beam control unit (BUL). Moreover, each of the four high-frequency (HF) outputs of the PDD is connected to the HF input of the corresponding divider having K / 2 HF outputs each, where K is an even number. The 2K RF outputs of the dividers are connected to the RF inputs of the corresponding RFMs having each m RF outputs, where m is any integer. Each of the 2Km RF outputs of the URF is connected to the RF input of the corresponding 2Km PPM, the RF outputs of which are connected to the emitters. Moreover, each distribution and phasing device connected to the high-frequency inputs of m transceiver modules connected to m emitters, a peripheral control device, m of low-frequency outputs of which are connected to low-frequency inputs of m transceiver modules, and the low-frequency (m + 1) -th the output of the peripheral control device is connected to the low-frequency input of the distribution and phasing device, form a sublattice, and the low-frequency inputs of all peripheral control devices are connected to the output of the unit The beam control window, the input of the beam control unit is the control input of the active phased array antenna, the first and second inputs of the beam former are the total and difference inputs of the active phased array antenna.

Недостатками этой активной фазированной антенной решетки являются чрезмерная громоздкость и сложность схемы построения, что связано с наличием большого количества функциональных узлов в виде отдельных блоков. Кроме того, управление периферийными устройствами осуществляется посредством одного устройства, что ведет к усложнению кабельной сети и снижению надежности АФАР в целом.The disadvantages of this active phased antenna array are the excessive bulkiness and complexity of the construction scheme, which is associated with the presence of a large number of functional units in the form of separate blocks. In addition, peripheral devices are controlled by a single device, which leads to a complication of the cable network and a decrease in the reliability of the AFAR as a whole.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является создание приемо-передающей активной фазированной антенной решетки повышенной надежности с упрощенной схемой построения, с возможностью реализации одновременного формирования суммарной и разностной ДН, а также достижения полной автономии как в части управления приемо-передающими каналами за счет введения устройств управления и контроля в каждый МППУ, так и в части ВЧ калибровки приемо-передающих каналов за счет введения тестового канала.The technical result of the proposed technical solution is the creation of a transceiver active phased antenna array of increased reliability with a simplified construction scheme, with the possibility of implementing the simultaneous formation of the total and differential DN, as well as achieving complete autonomy both in terms of controlling the transceiver channels by introducing control devices and control in each MPPU, and in part of the RF calibration of the transceiver channels by introducing a test channel.

Технический результат достигается тем, что приемо-передающая активная фазированная антенная решетка, содержащая m излучателей, подрешетки, делители, устройство управления, суммарный и разностный входы приемо-передающей активной фазированной антенной решетки. При этом она отличается от прототипа тем, что дополнительно включает m/4 модулей приемо-передающих усилительных, делитель тестового сигнала (ДТС) и диаграммообразующий сумматор, причем излучатели объединены попарно в линейки излучателей, две линейки излучателей и модуль приемо-передающий усилительный образуют подрешетку с автономным управлением приемо-передаюшими каналами, каждый модуль приемо-передающий усилительный включает четыре приемо-передающих канала (ППК), два делителя (Д), устройство управления и контроля (УУК), делитель тестового сигнала (ДТС) выполнен с возможностью осуществления равномерного распределения на каждый канал сигнала СВЧ в режиме калибровки, причем диаграммообразующий сумматор включает направленный ответвитель, устройство управления (УУ), m/4 фазовращателей (ФВ) с дискретом установки фазы СВЧ-сигнала 180°, при этом вход каждого приемо-передающего канала соединен с соответствующим выходом устройства управления и контроля, вход-выход каждого приемо-передающего канала соединен с входом-выходом соответствующего делителя, при этом вход каждого фазовращателя соединен с выходом устройства управления, а выходы всех фазовращателей подключены к входам модулей приемо-передающих усилительных (МППУ), высокочастотные входы-выходы излучателей, входящих в состав линеек излучателей, соединены с высокочастотными входами-выходами модулей приемо-передающих усилительных, а высокочастотные входы линеек излучателей соединены с высокочастотными выходами делителя тестового сигнала, высокочастотные входы модулей приемо-передающих усилительных соединены с выходами направленного ответвителя (НО), входящего в состав диаграммообразующего сумматора, низкочастотный вход МППУ подключен к выходу радиолокационной станции (РЛС) посредством последовательной линии связи, низкочастотный вход устройства управления, входящего в состав диаграммообразующего сумматора, посредством параллельной линии связи подключен к выходу РЛС, суммарный выход и разностный выход диаграммообразующего сумматора являются суммарным и разностным входами приемо-передающей активной фазированной антенной решетки.The technical result is achieved by the fact that the transceiver is active phased antenna array containing m emitters, sublattices, dividers, a control device, the total and difference inputs of the transceiver active phased antenna array. At the same time, it differs from the prototype in that it additionally includes m / 4 transceiver amplifying modules, a test signal divider (TTS) and a beam-forming adder, the emitters being paired into emitter lines, two emitter arrays and the amplifier transceiver module form a sublattice with autonomous control of the transceiver channels, each transceiver amplifier module includes four transceiver channels (PPC), two dividers (D), a control and monitoring device (CID), a test divider of the signal (TPA) is configured to evenly distribute the microwave signal to each channel in calibration mode, the beam-forming adder including a directional coupler, control device (UE), m / 4 phase shifters (PV) with a discrete installation of the phase of the microwave signal 180 °, wherein the input of each transceiver channel is connected to the corresponding output of the control and monitoring device, the input-output of each transceiver channel is connected to the input-output of the corresponding divider, while the input of each phase the holder is connected to the output of the control device, and the outputs of all phase shifters are connected to the inputs of the amplifier transceiver modules (MPPU), the high-frequency inputs and outputs of the emitters included in the lines of the emitters are connected to the high-frequency inputs and outputs of the modules of the transceiver amplifiers, and the high-frequency inputs the emitter lines are connected to the high-frequency outputs of the test signal divider, the high-frequency inputs of the amplifier transceiver modules are connected to the outputs of the directional coupler (BUT), included in the diagram-forming adder, the low-frequency input of the MPPU is connected to the output of the radar station (radar) via a serial communication line, the low-frequency input of the control device included in the diagram-forming adder is connected to the radar output through a parallel communication line, the total output and the differential output of the diagram-forming adder are total and differential inputs of the transceiver active phased antenna array.

Устройство и работа приемо-передающей активной фазированной антенной решетки поясняются рисунками Фиг. 1 - Фиг. 2.The device and operation of the transceiver active phased array antenna are illustrated by the drawings of FIG. 1 - FIG. 2.

На Фиг. 1 представлена функциональная схема приемо-передающей активной фазированной антенной решетки, которая включает следующее:In FIG. 1 is a functional diagram of a transceiver active phased array antenna, which includes the following:

1 - излучатели,1 - emitters,

2 - линейки излучателей,2 - line emitters,

3 - модули приемо-передающие усилительные (МППУ),3 - amplifying transceiver modules (MPPU),

4 - делитель тестового сигнала (ДТС),4 - test signal divider (TPA),

5 - сумматор,5 - adder

6 - последовательная линия связи,6 - serial communication line,

7 - параллельная линия связи,7 - parallel communication line,

8 - суммарный выход диаграммообразующего сумматора,8 - the total output of the beam-forming adder,

9 - разностный выход диаграммообразующего сумматора,9 - differential output of the beam-forming adder,

10 - приемо-передающие каналы (ППК),10 - transceiver channels (PPC),

11 - делители (Д),11 - dividers (D),

12 - устройство управления и контроля (УУК),12 - control and monitoring device (UUK),

13 - направленный ответвитель (НО),13 - directional coupler (BUT),

14 - фазовращатель (ФВ),14 - phase shifter (PV),

15 - устройство управления (УУ).15 - control device (UE).

На Фиг. 2 изображена функциональная схема приемо-передающего канала (ППК), который включает:In FIG. 2 shows a functional diagram of a transceiver channel (PPC), which includes:

16 - циркулятор,16 - circulator

17 - фазовращатель,17 - phase shifter,

18 - защитное устройство (ЗУ),18 - protective device (memory),

19 - малошумящий усилитель (МШУ),19 - low noise amplifier (LNA),

20 - управляемый аттенюатор (Атт),20 - controlled attenuator (Att),

21 - предварительный усилитель мощности (ПрУМ),21 - preliminary power amplifier (PRUM),

22 - управляемый усилитель мощности (УУМ).22 - controlled power amplifier (UUM).

Приемо-передающая активная фазированная антенная решетка (Фиг. 1) содержит m излучателей 1, объединенных попарно в линейки излучателей 2, m/4 модулей приемо-передающих усилительных (МППУ) 3. При этом две линейки излучателей 2 и модуль приемо-передающий усилительный 3 образуют подрешетку с автономным управлением приемо-передающими каналами посредством устройства управления и контроля 12 в соответствии с информацией, поступающей по последовательной линии связи. При этом приемо-передающая активная фазированная антенная решетка может включать любое количество подрешеток без корректировки алгоритмов управления РЛС, определяемое типом и габаритами летательного аппарата. Также приемо-передающая активная фазированная антенная решетка включает делитель тестового сигнала (ДТС) 4 и диаграммообразующий сумматор 5.The transceiver active phased antenna array (Fig. 1) contains m emitters 1 combined in pairs in a line of emitters 2, m / 4 amplifier transceiver modules (MPPU) 3. In this case, two emitter arrays 2 and an amplifier transceiver module 3 form a sublattice with autonomous control of the transceiver channels by means of a control and monitoring device 12 in accordance with the information received via the serial communication line. In this case, the transceiver active phased antenna array can include any number of sublattices without adjusting the radar control algorithms, determined by the type and dimensions of the aircraft. Also, the transceiver active phased antenna array includes a test signal divider (TPA) 4 and a beam-forming adder 5.

Высокочастотные входы-выходы излучателей 1 линеек излучателей 2 соединены с высокочастотными входами-выходами модулей приемо-передающих усилительных 3, а высокочастотные входы линеек излучателей 2 соединены с высокочастотными выходами делителя тестового сигнала (ДТС) 4. Высокочастотные входы модулей приемо-передающих усилительных 3 соединены с выходами диаграммообразующего сумматора 5. Низкочастотный вход МППУ 3 подключен к выходу радиолокационной станции (РЛС) посредством последовательной линии связи 6. Низкочастотный вход диаграммообразующего сумматора 5 (УУ) посредством параллельной линии связи 7 подключен к выходу РЛС. Суммарный выход 8 и разностный выход 9 диаграммообразующего сумматора 5 являются суммарным и разностным входами приемо-передающей активной фазированной антенной решетки.The high-frequency inputs-outputs of the emitters 1 lines of emitters 2 are connected to the high-frequency inputs-outputs of the modules of the transceiver amplifying 3, and the high-frequency inputs of the lines of emitters 2 are connected to the high-frequency outputs of the divider of the test signal (TPA) 4. The high-frequency inputs of the modules of the transceiver amplifying 3 are connected to the outputs of the beam-forming adder 5. The low-frequency input of the MPPU 3 is connected to the output of the radar station via a serial communication line 6. The low-frequency input of the the combining adder 5 (CC) through a parallel communication line 7 is connected to the output of the radar. The total output 8 and the differential output 9 of the beam-forming adder 5 are the total and differential inputs of the transceiver active phased array antenna.

Каждый модуль приемо-передаюший усилительный 3 включает четыре приемо-передающих канала (ППК) 10, два делителя (Д) 11, устройство управления и контроля (УУК) 12. При этом вход каждого приемо-передающего канала 10 соединен с соответствующим выходом устройства управления и контроля 12. Вход-выход каждого приемо-передающего канала 10 соединен с входом-выходом соответствующего делителя 11.Each transceiver amplifier module 3 includes four transceiver channels (PPC) 10, two dividers (D) 11, a control and monitoring device (CC) 12. Moreover, the input of each transceiver channel 10 is connected to the corresponding output of the control device and control 12. The input-output of each transceiver channel 10 is connected to the input-output of the corresponding divider 11.

Делитель тестового сигнала (ДТС) 4 предназначен для осуществления равномерного распределения на каждый из m/2 каналов сигнала СВЧ, поступающего на вход (Т) 23 делителя тестового сигнала 4 от передающего устройства РЛС в режиме калибровки.The test signal divider (TLS) 4 is designed to evenly distribute the microwave signal to each of the m / 2 channels at the input (T) 23 of the test signal divider 4 from the radar transmitter in calibration mode.

Диаграммообразующий сумматор 5 включает направленный ответвитель 13, m/4 фазовращателей (ФВ) 14, устройство управления (УУ) 15. Фазовращатели 14 осуществляют высокоскоростной фазовый сдвиг СВЧ-сигналов на 180° в соответствии с алгоритмом управления по команде, поступающей от РЛС по параллельной линии связи 7. Устройство управления 15 осуществляет преобразование информации, поступающей по параллельной линии связи для обеспечения инверсии формируемых диаграмм направленности (ДН) по входам сумматора, то есть на суммарном входе формируется разностная диаграмма направленности, а на разностном - суммарная диаграмма направленности.The diagram-forming adder 5 includes a directional coupler 13, m / 4 of phase shifters (PV) 14, a control device (CU) 15. Phase shifters 14 carry out a high-speed phase shift of microwave signals by 180 ° in accordance with the control algorithm by command from a radar in parallel line communication 7. The control device 15 converts the information received on a parallel communication line to ensure the inversion of the generated radiation patterns (ND) at the inputs of the adder, that is, a difference is formed at the total input the main radiation pattern, and on the difference - the total radiation pattern.

При этом вход каждого фазовращателя 14 соединен с выходом устройства управления 15, а выходы всех фазовращателей 14 подключены к входам модулей приемо-передающих усилительных 3. Каждый приемо-передающий канал 10 (Фиг. 2) включает приемный и передающий каналы, объединенные с двух сторон циркуляторами 16, а также фазовращатель (ФВ) 17. Приемный канал ППК 10 включает защитное устройство (ЗУ) 18, малошумящий усилитель (МШУ) 19 и управляемый аттенюатор (Атт) 20, регулирующий уровень сигнала СВЧ в режиме приема. Передающий канал ППК 10 включает предварительный усилитель мощности (Пр. УМ) 21, выполняющий функцию модулятора и многокаскадный управляемый усилитель мощности (УУМ) 22.At the same time, the input of each phase shifter 14 is connected to the output of the control device 15, and the outputs of all phase shifters 14 are connected to the inputs of the amplifier transceiver modules 3. Each transceiver channel 10 (Fig. 2) includes a transmit and receive channel, connected on both sides by circulators 16, as well as a phase shifter (PV) 17. The receiving channel PPK 10 includes a protective device (memory) 18, a low-noise amplifier (LNA) 19 and a controlled attenuator (Att) 20 that controls the level of the microwave signal in receive mode. The transmitting channel PPK 10 includes a preliminary power amplifier (Pr. UM) 21, which performs the function of a modulator and a multi-stage controlled power amplifier (UM) 22.

Приемо-передающая активная фазированная антенная решетка осуществляет работу в режиме передачи, в режиме приема и в режиме калибровки следующим образом.The transceiver active phased array antenna operates in transmit mode, in receive mode and in calibration mode as follows.

В режиме передачи сигнал СВЧ от передающего устройства РЛС подается на суммарный вход 8 диаграммообразующего сумматора 5. В сумматоре 5 осуществляется равномерное распределение сигнала на m/2 каналов. Сформированный по амплитуде сигнал с каждого выхода сумматора 5 подается на входы соответствующей подрешетки, образованной МППУ 3 и двумя линейками излучателей 2. В приемо-передающих каналах 10 фазовращателями 17 осуществляется требуемое фазовое распределение, модуляция сигнала СВЧ в предварительном усилителе мощности 21 и окончательное усиление в многокаскадном управляемом усилителе мощности 22. Сформированные таким образом сигналы СВЧ поступают на излучатели 1 и излучаются в пространство, формируя суммарную диаграмму направленности.In transmission mode, the microwave signal from the radar transmitter is fed to the total input 8 of the beam-forming adder 5. In the adder 5, the signal is evenly distributed over m / 2 channels. The amplitude-generated signal from each output of the adder 5 is fed to the inputs of the corresponding sublattice formed by MPPU 3 and two lines of emitters 2. In the transceiver channels 10, the phase shifters 17 carry out the required phase distribution, modulate the microwave signal in the preliminary power amplifier 21, and final amplification in multi-stage controlled power amplifier 22. Thus generated microwave signals are transmitted to the emitters 1 and are emitted into space, forming a total radiation pattern.

В режиме приема принимаемые излучателями 1 сигналы СВЧ поступают на выходы приемо-передающих каналов 10, через защитное устройство 18 подаются на малошумящий усилитель 19, усиливаются, регулируются по уровню управляемым аттенюатором 20 и через циркулятор 16 поступают на фазовращатель 17. Управляемые аттенюаторы 20 и фазовращатель 17 обеспечивают установление требуемых значений амплитудных и фазовых соотношений в соответствии с управляющими сигналами от устройства управления и контроля 12. Сигналы СВЧ с входов подрешеток, образованных модулем приемо-передающим усилительным 3 и двумя линейками излучателей 2, поступают на выходы сумматора 5, в котором происходит одновременное формирование суммарной и разностной диаграмм направленности.In the receiving mode, the microwave signals received by the emitters 1 are sent to the outputs of the transceiver channels 10, through a protective device 18 they are fed to a low-noise amplifier 19, amplified, level-controlled by an attenuator 20 and fed through a circulator 16 to a phase shifter 17. Controlled attenuators 20 and a phase shifter 17 provide the establishment of the required values of the amplitude and phase relations in accordance with the control signals from the control and monitoring device 12. Microwave signals from the inputs of the sublattices formed by the module transceiver amplifier 3 and two lines of emitters 2, are fed to the outputs of the adder 5, in which the simultaneous formation of the total and differential radiation patterns.

В режиме калибровки сигнал СВЧ от передающего устройства РЛС подается на вход (Т) 23 делителя тестового сигнала 4, где осуществляется равномерное распределение сигнала на m/2 каналов. Сформированный по амплитуде сигнал с каждого выхода делителя тестового сигнала 4 подается на соответствующие входы линеек излучателей 2, где делится на два сигнала, которые поступают на соответствующие выходы приемо-передающих каналов 10. Пройдя весь высокочастотный тракт активной фазированной антенной решетки, сигнал с суммарного (Е) выхода 8 сумматора 5 поступает в РЛС для обработки. Результатом обработки является выработка управляющей команды, поступающей по последовательной линии связи 6 в УУК 12, где формируются сигналы управления, обеспечивающие установление требуемых значений амплитудных и фазовых соотношений в приемо-передающих каналах 10.In calibration mode, the microwave signal from the radar transmitter is fed to the input (T) 23 of the test signal divider 4, where the signal is evenly distributed across m / 2 channels. The amplitude-generated signal from each output of the divider of the test signal 4 is fed to the corresponding inputs of the lines of emitters 2, where it is divided into two signals that are fed to the corresponding outputs of the transceiver channels 10. Having passed the entire high-frequency path of the active phased antenna array, the signal from the total (E ) output 8 of the adder 5 enters the radar for processing. The result of the processing is the development of a control command arriving on a serial communication line 6 to the CAM 12, where control signals are generated that ensure the establishment of the required values of the amplitude and phase ratios in the transceiver channels 10.

При работе приемо-передающей активной фазированной антенной решетки как в режимах приема и передачи, так и в режиме калибровки управление элементами приемо-передающего канала 10 осуществляется через устройство управления и контроля 12, обеспечивающее обмен информацией с радиолокационной станцией по последовательной линии связи 6. Каждая подрешетка, образованная модулем приемо-передающим усилительным 3 и двумя линейками излучателей 2, представляет собой оконечное устройство с автономным управлением приемо-передающим каналом 10, подключенное через устройство управления и контроля 12 к магистральной последовательной линии связи 6. При этом информация на все подрешетки передается одна и та же, а устройство управления и контроля 12 в зависимости от адреса местоположения конкретной подрешетки в приемо-передающей активной фазированной антенной решетке формирует сигналы управления во всех четырех приемо-передающих каналах 10 модуля приемо-передающего усилительного 3. Причем адрес местоположения подрешетки автоматически определяется устройством управления и контроля 12 при подаче питания на приемо-передающую активную фазированную антенную решетку.During operation of the transceiver active phased antenna array both in the transmission and reception modes, and in the calibration mode, the elements of the transceiver channel 10 are controlled through the control and monitoring device 12, which provides information exchange with the radar station via a serial communication line 6. Each sublattice formed by the transceiver amplifier module 3 and two lines of emitters 2, is a terminal device with autonomous control of the transceiver channel 10, the data transmitted through the control and monitoring device 12 to the serial serial communication line 6. In this case, the information is transmitted to all the sublattices the same, and the control and monitoring device 12, depending on the location address of a particular sublattice, generates control signals in the transmitting and transmitting active phased antenna array in all four transceiver channels 10 of the transceiver amplifier module 3. Moreover, the location address of the sublattice is automatically determined by the control and monitoring device 12 when giving power to the transceiver active phased antenna array.

Кроме того, при подаче управляющего сигнала от РЛС по параллельной линии связи 7 через устройство управления 15 быстродействующие фазовращатели 14 обеспечивают мгновенное изменение фазы сигнала СВЧ на 180° на соответствующих излучателях 1, при этом происходит инверсия формируемых диаграмм направленности по входам диаграммообразующего сумматора 5, то есть на суммарном входе 8 формируется разностная диаграмма направленности, а на разностном входе 9 - суммарная диаграмма направленности.In addition, when the control signal from the radar is transmitted through the parallel communication line 7 through the control device 15, the fast phase shifters 14 provide an instantaneous phase change of the microwave signal by 180 ° at the respective emitters 1, and the formed radiation patterns are inverted along the inputs of the beam-forming adder 5, i.e. a differential radiation pattern is formed at the total input 8, and a total radiation pattern at the differential input 9.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает создание приемо-передающей активной фазированной антенной решетки, отличающейся упрощенной схемой построения, реализующей одновременное формирование суммарной и разностной диаграмм направленности и автономную калибровку приемо-передающих каналов в составе объекта. Кроме того, достоинством предлагаемой схемы приемо-передающей активной фазированной антенной решетки является упрощение кабельной сети, достижение полной автономии управления приемо-передающими каналами вследствие применения последовательного интерфейса управления приемо-передающими каналами, а также возможность построения приемо-передающей активной фазированной антенной решетки с любым количеством подрешеток без корректировки алгоритмов управления РЛС.The proposed technical solution provides the creation of a transceiver active phased array antenna, characterized by a simplified construction scheme that implements the simultaneous formation of the total and difference radiation patterns and autonomous calibration of the transceiver channels in the structure of the object. In addition, the advantage of the proposed transceiver active phased array antenna scheme is the simplification of the cable network, the achievement of complete autonomy for the control of transceiver channels due to the use of a serial control interface for transceiver channels, and the ability to build a transceiver active phased antenna array with any number sublattices without adjusting radar control algorithms.

Claims (1)

Приемо-передающая активная фазированная антенная решетка, содержащая m излучателей, подрешетки, делители, устройство управления, суммарный и разностный входы приемо-передающей активной фазированной антенной решетки, отличающаяся тем, что дополнительно включает m/4 модулей приемо-передающих усилительных, делитель тестового сигнала (ДТС) и диаграммообразующий сумматор, при этом излучатели объединены попарно в линейки излучателей, две линейки излучателей и модуль приемо-передающий усилительный образуют подрешетку с автономным управлением приемо-передающими каналами, каждый модуль приемо-передающий усилительный включает четыре приемо-передающих канала (ППК), два делителя (Д), устройство управления и контроля (УУК), делитель тестового сигнала (ДТС) выполнен с возможностью осуществления равномерного распределения на каждый канал сигнала СВЧ в режиме калибровки, причем диаграммообразующий сумматор включает направленный ответвитель, устройство управления (УУ), m/4 фазовращателей (ФВ) с дискретом установки фазы СВЧ-сигнала 180°, при этом вход каждого приемо-передающего канала соединен с соответствующим выходом устройства управления и контроля, вход-выход каждого приемо-передающего канала соединен с входом-выходом соответствующего делителя, при этом вход каждого фазовращателя соединен с выходом устройства управления, а выходы всех фазовращателей подключены к входам модулей приемо-передающих усилительных (MППУ), высокочастотные входы-выходы излучателей, входящих в состав линеек излучателей, соединены с высокочастотными входами-выходами модулей приемо-передающих усилительных, а высокочастотные входы линеек излучателей соединены с высокочастотными выходами делителя тестового сигнала, высокочастотные входы модулей приемо-передающих усилительных соединены с выходами направленного ответвителя (НО), входящего в состав диаграммообразующего сумматора, низкочастотный вход МППУ подключен к выходу радиолокационной станции (РЛС) посредством последовательной линии связи, низкочастотный вход устройства управления, входящего в состав диаграммообразующего сумматора, посредством параллельной линии связи подключен к выходу РЛС, суммарный выход и разностный выход диаграммообразующего сумматора являются суммарным и разностным входами приемо-передающей активной фазированной антенной решетки. Transceiver active phased antenna array containing m emitters, sublattices, dividers, control device, total and differential inputs of the transceiver active phased antenna array, characterized in that it further includes m / 4 transceiver amplifying modules, a test signal divider ( DTS) and a beam-forming adder, while the emitters are paired into emitter lines, the two emitter lines and the transmit-receive amplifier module form a sublattice with autonomous control we have transmitting and receiving channels, each amplifier transmitting and transmitting module includes four receiving and transmitting channels (PPC), two dividers (D), a control and monitoring device (CC), a test signal divider (TPA) is made with the possibility of uniform distribution to each the microwave signal channel in calibration mode, and the beam-forming adder includes a directional coupler, a control device (CU), m / 4 phase shifters (PV) with a discrete setting of the phase of the microwave signal 180 °, while the input of each transceiver channel It is connected to the corresponding output of the control and monitoring device, the input-output of each transceiver channel is connected to the input-output of the corresponding divider, while the input of each phase shifter is connected to the output of the control device, and the outputs of all phase shifters are connected to the inputs of the amplifier transceiver modules (MPPU ), the high-frequency inputs and outputs of the emitters that make up the lines of the emitters are connected to the high-frequency inputs and outputs of the amplifier transceiver modules, and the high-frequency inputs of the lines emitters are connected to the high-frequency outputs of the test signal divider, the high-frequency inputs of the amplifier transceiver modules are connected to the outputs of the directional coupler (BUT) included in the diagram-forming adder, the low-frequency input of the MPPU is connected to the output of the radar station (radar) via a serial communication line, the low-frequency input of the device control included in the diagram-forming adder, through a parallel communication line connected to the output of the radar, the total output and p The difference output of the beam-forming adder is the total and difference inputs of the transceiver active phased array antenna.
RU2014150805/28A 2014-12-15 2014-12-15 Active phased array transceiver RU2583336C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150805/28A RU2583336C1 (en) 2014-12-15 2014-12-15 Active phased array transceiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150805/28A RU2583336C1 (en) 2014-12-15 2014-12-15 Active phased array transceiver

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2583336C1 true RU2583336C1 (en) 2016-05-10

Family

ID=55959902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014150805/28A RU2583336C1 (en) 2014-12-15 2014-12-15 Active phased array transceiver

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2583336C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647514C2 (en) * 2016-05-04 2018-03-16 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method and device for calibrating transceiving active phased antenna array
RU2688836C1 (en) * 2018-04-09 2019-05-22 Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" Two-banding receiving and transmitting active phased antenna array
RU2697194C1 (en) * 2019-02-12 2019-08-13 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of constructing an active phased antenna array
RU2699555C1 (en) * 2019-02-12 2019-09-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Antenna array construction method
RU2706914C1 (en) * 2019-03-14 2019-11-21 Акционерное общество "Ижевский радиозавод" Transceiving antenna system
RU2799766C1 (en) * 2022-12-20 2023-07-11 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" Broadband scanning antenna array

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998010309A1 (en) * 1996-09-05 1998-03-12 Northrop Grumman Corporation Transmit/receive module for planar active apertures
WO2001077706A1 (en) * 2000-04-07 2001-10-18 The Chief Controller, Research And Development Transmit/receiver module for active phased array antenna
RU2338307C1 (en) * 2007-11-06 2008-11-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Active phased antenna array
RU2410804C1 (en) * 2010-01-25 2011-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Multibeam active antenna array
RU125397U1 (en) * 2012-05-29 2013-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) ACTIVE PHASED ANTENNA GRID WITH WIDE-ANGLE SCANNING

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998010309A1 (en) * 1996-09-05 1998-03-12 Northrop Grumman Corporation Transmit/receive module for planar active apertures
WO2001077706A1 (en) * 2000-04-07 2001-10-18 The Chief Controller, Research And Development Transmit/receiver module for active phased array antenna
RU2338307C1 (en) * 2007-11-06 2008-11-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Active phased antenna array
RU2410804C1 (en) * 2010-01-25 2011-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Multibeam active antenna array
RU125397U1 (en) * 2012-05-29 2013-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) ACTIVE PHASED ANTENNA GRID WITH WIDE-ANGLE SCANNING

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647514C2 (en) * 2016-05-04 2018-03-16 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method and device for calibrating transceiving active phased antenna array
RU2688836C1 (en) * 2018-04-09 2019-05-22 Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" Two-banding receiving and transmitting active phased antenna array
RU2697194C1 (en) * 2019-02-12 2019-08-13 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of constructing an active phased antenna array
RU2699555C1 (en) * 2019-02-12 2019-09-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Antenna array construction method
RU2706914C1 (en) * 2019-03-14 2019-11-21 Акционерное общество "Ижевский радиозавод" Transceiving antenna system
RU2799766C1 (en) * 2022-12-20 2023-07-11 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" Broadband scanning antenna array

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11394128B2 (en) Wireless transceiver having receive antennas and transmit antennas with orthogonal polarizations in a phased array antenna panel
RU2583336C1 (en) Active phased array transceiver
US11831363B2 (en) MIMO systems with active scatters and their performance evaluation
RU2338307C1 (en) Active phased antenna array
CN107852397B (en) Hybrid beamforming antenna array using selection matrix for antenna phase calibration
US7714776B2 (en) Antenna array calibration
US9780447B2 (en) Multi-element antenna calibration technique
US9692489B1 (en) Transceiver using novel phased array antenna panel for concurrently transmitting and receiving wireless signals
US10181866B2 (en) Multi-beam outphasing transmitters
TW201911765A (en) Millimeter wave repeater, millimeter wave transmission system, and millimeter wave transmission method
CN105991170B (en) A kind of signal transmitting method and device
US10014887B1 (en) Outphasing transmitters with improved wireless transmission performance and manufacturability
CN109067439B (en) Testing method adopted by digital multi-beam array transmitting device
CN112468239B (en) Multi-dimensional photoelectric combined simultaneous same-frequency full-duplex self-interference suppression system and method
EP3316400B1 (en) Phase-controlled array system and beam scanning method
RU2688836C1 (en) Two-banding receiving and transmitting active phased antenna array
WO2019019983A1 (en) System and method for beamforming using a phased array antenna
CN114430119A (en) Multi-beam phased array antenna and communication device
Yao et al. Multi-beam on-demand power allocation MAC protocol for MIMO terahertz communication networks
RU2730120C1 (en) Method of constructing an active phased antenna array
RU2414781C1 (en) Semi-active phased array
RU2632477C1 (en) Monopulse radar location station with automatic calibration
CN111106858A (en) Wireless power transmission equipment and method based on antenna array design
CN117276899B (en) Phased array antenna and radio communication device
Park et al. Sub-THz Transmitter Radio Integrated Circuits for Super high-speed 6G Mobile Communications