RU2626023C2 - Multi-beam antenna - Google Patents
Multi-beam antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626023C2 RU2626023C2 RU2015157178A RU2015157178A RU2626023C2 RU 2626023 C2 RU2626023 C2 RU 2626023C2 RU 2015157178 A RU2015157178 A RU 2015157178A RU 2015157178 A RU2015157178 A RU 2015157178A RU 2626023 C2 RU2626023 C2 RU 2626023C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- sources
- transmitting
- array
- amplifiers
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
Abstract
Description
Изобретение относится преимущественно к антеннам телекоммуникационных космических аппаратов с антенной решеткой, содержащей массив парциальных приемо-передающих усилителей, в которых одновременно генерируется множество лучей посредством создания истинных временных задержек каждому парциальному усилителю для каждого луча. The invention relates primarily to antennas of telecommunication spacecraft with an antenna array containing an array of partial transceiver amplifiers in which many beams are simultaneously generated by creating true time delays for each partial amplifier for each beam.
В настоящий момент существует потребность в многолучевых антеннах Ka-диапазона, например, с 30 активными лучами, скачущими с интервалом (длина фрейма), например, 24ms по 1000 и более ячейкам на поверхности зоны обслуживания. При этом решетка, апертурой не менее 3м, должна иметь более 4500 парциальных усилителей для получения необходимого усиления и ширины главного лепестка, и увода интерференционных лепестков из зоны обслуживания. Currently, there is a need for multi-beam Ka-band antennas, for example, with 30 active beams, jumping at intervals (frame length), for example, 24ms in 1000 or more cells on the surface of the service area. In this case, the grating, with an aperture of at least 3 m, should have more than 4,500 partial amplifiers to obtain the necessary gain and width of the main lobe, and the removal of interference lobes from the service area.
Исторически антенные решетки, прежде всего, используются для систем радиолокации, при этом для управления немодулированными импульсными или узкополосными модулированными лучами можно применять различного типа фазовращатели. Но при передаче широкополосного модулированного сигнала в такой антенной решетке происходит качание диаграммы направленности луча в зависимости от мгновенной частоты, и межсимвольная интерференция модулированного сигнала, что приводит к проблемам использовании фазовращателей в телекоммуникационных антенных решетках. Historically, antenna arrays are primarily used for radar systems, and different types of phase shifters can be used to control unmodulated pulsed or narrowband modulated beams. But when transmitting a broadband modulated signal in such an antenna array, the beam pattern swings depending on the instantaneous frequency, and the intersymbol interference of the modulated signal leads to problems with the use of phase shifters in telecommunication antenna arrays.
Достаточно условно, межсимвольная интерференция показана на Фиг.1а, где модулированные сигналы от разных парциальных усилителей с фазовращателями ступенчато смещаются, суммируются и превращаются в шум, по сравнению с Фиг.1б, где показана передача сигнала парциальными усилителями (G) с суммированием по истинным временным задержкам. Quite conditionally, the intersymbol interference is shown in Fig.1a, where the modulated signals from different partial amplifiers with phase shifters are stepwise shifted, summed and converted into noise, compared with Fig.1b, where the signal transmission by partial amplifiers (G) with summation over the true time delays.
Подразумевается, что каждая клетка (F) на Фиг.1а содержит группу парциальных усилителей с фазовращателями, с возрастающими слева-направо фазовыми задержками от 0 до 360 градусов, и длина группы, соответственно, обратно зависит от угла поворота луча. Внутри каждой группы модуляция сохраняется, но ступенчато смещается на период колебаний несущей частоты (t) от группы к группе. Таким образом, для передачи неискаженного модулированного сигнала с использованием фазовращателей, длина группы должна быть равна апертуре, а угол сканирования не должен превышать угол, равный arcsin(λ/А), где λ – длина волны, А – апертура решетки. Для приведенных выше характеристик антенны (λ=15мм, А=3000мм) этот угол равен 0.286 градусов, а при повороте луча на требуемые ±6°, размер (nλ) равен А*sin(6°)=313.6мм. It is understood that each cell (F) in Fig. 1a contains a group of partial amplifiers with phase shifters, with phase delays increasing from left to right from 0 to 360 degrees, and the length of the group, respectively, is inversely dependent on the angle of rotation of the beam. Within each group, the modulation is preserved, but is stepwise shifted by the carrier frequency (t) period of oscillation from group to group. Thus, to transmit an undistorted modulated signal using phase shifters, the group length should be equal to the aperture, and the scanning angle should not exceed an angle equal to arcsin (λ / A), where λ is the wavelength, and A is the lattice aperture. For the above characteristics of the antenna (λ = 15mm, A = 3000mm), this angle is 0.286 degrees, and when the beam is turned to the required ± 6 °, the size (nλ) is A * sin (6 °) = 313.6mm.
Преодолеть эту проблему можно, например, снизив промежуточную частоту (ПЧ) так, чтобы период волны верхней границы полосы модулированного на ПЧ сигнала был минимум в 2-3 раза больше времени (nt). Также можно использовать любую прямую (АМ, ЧМ, ФМ) модуляцию несущей частоты, с периодом модулирующей частоты минимум в 2-3 раза больше времени (nt), при этом декодируемый сигнал передается на участке (S). Но при любых методах кодировки и модуляции, на стороне абонента в сигнале будут трудно устранимые двойные шумовые участки (nt) (к участкам на приеме добавятся участки на передаче), а информационная емкость канала будет снижена. This problem can be overcome, for example, by lowering the intermediate frequency (IF) so that the wave period of the upper boundary of the band of the modulated IF signal is at least 2–3 times longer (nt). You can also use any direct (AM, FM, FM) modulation of the carrier frequency, with a period of modulating frequency of at least 2-3 times the time (nt), while the decoded signal is transmitted in the area (S). But with any encoding and modulation methods, on the subscriber side in the signal there will be hard to eliminate double noise sections (nt) (sections on reception will be added sections on transmission), and the information capacity of the channel will be reduced.
Необходимо будет разместить 30*4500=1.35*105 фазовращателей. Разрядность фазовращателей должна быть более 8-10 бит, чтобы достаточно точно управлять углом луча на всех комбинациях шага парциальных усилителей по всем направлениям. Таких фазовращателей сегодня не существует. Также необходимо разместить 30 сумматоров 4500х1 на приеме и 30 делителей 1х4500 на передаче.It will be necessary to place 30 * 4500 = 1.35 * 10 5 phase shifters. The resolution of the phase shifters should be more than 8-10 bits in order to accurately control the beam angle for all step combinations of partial amplifiers in all directions. Such phase shifters do not exist today. It is also necessary to place 30 adders 4500x1 at the reception and 30 dividers 1x4500 at the transmission.
Применение в антенных решетках истинных временных задержек с физическими линиями, таких как волноводы, коаксиальные кабели или оптоволокно, технически невозможно, так как необходимо разместить более 1000*4500=4.5*106 линий задержки, с соответствующими сумматорами и делителями. The use of true time delays with physical lines in antenna arrays, such as waveguides, coaxial cables or optical fiber, is technically impossible, since it is necessary to place more than 1000 * 4500 = 4.5 * 10 6 delay lines, with the corresponding adders and dividers.
Необходимо отметить, что вышеупомянутых сумматоров и делителей с приемлемыми характеристиками по точности также не существует. Не говоря уже о том, что они должны распределять сигнал по поверхности более 8.5м2, с линейной точностью каждой ветки дерева много менее длины волны несущей частоты.It should be noted that the aforementioned adders and dividers with acceptable accuracy characteristics also do not exist. Not to mention the fact that they have to distribute the signal over the surface of 8.5m 2, the linear accuracy of each branch of the tree much less than the length of the carrier wave frequency.
Применение вычислительной техники для электронного формирования лучей выглядит несколько предпочтительней, так как для активных лучей необходимо всего 30*4500=1.35*105 временных задержек, при полной свободе выбора направления активных лучей. Сама по себе эта задача достаточно тривиальна и не требует большой вычислительной мощности (при условии, что полная таблица задержек 1000*4500=4.5*106 хранится в оперативной памяти).
Но при этом необходимо, как минимум, с тактом 24ms синхронно оцифровать, например, на промежуточной частоте (около 10GHz, точность синхронизации намного больше приемной несущей – 30 GHz), и сохранить в буферной памяти сигналы от каждого приемного парциального усилителя (4500шт).
Затем оцифрованные сигналы надо обработать с выделением (без демодуляции) блоков пакетов (фреймов) от каждого луча (30 принятых фреймов).
Далее фреймы надо переупаковать в соответствии с заданной на данный такт таблицей (30 передаваемых фреймов), затем синхронно (точность синхронизации намного больше передающей несущей – 20 GHz), с заданными для других 30 лучей временными задержками, провести цифро-аналоговое преобразование (1.35*105 сигналов), преобразовать частоту сигналов до передающей несущей и передать через передающие парциальные усилители (4500шт.). The use of computer technology for electron beam formation seems to be somewhat preferable, since for active rays only 30 * 4500 = 1.35 * 10 5 time delays are needed, with complete freedom to choose the direction of active rays. By itself, this task is quite trivial and does not require a lot of computing power (provided that the full table of delays 1000 * 4500 = 4.5 * 10 6 is stored in RAM).
But at the same time, it is necessary to synchronously digitize, at least, with a clock cycle of 24ms, for example, at an intermediate frequency (about 10 GHz, the synchronization accuracy is much greater than the receiving carrier - 30 GHz), and store signals from each receiving partial amplifier in a buffer memory (4500 pieces).
Then, the digitized signals must be processed with the allocation (without demodulation) of blocks of packets (frames) from each beam (30 received frames).
Next, the frames must be repackaged in accordance with the table specified for a given clock cycle (30 transmitted frames), then synchronously (the synchronization accuracy is much greater than the transmission carrier - 20 GHz), with the time delays specified for the other 30 beams, perform digital-to-analog conversion (1.35 * 10 5 signals), convert the frequency of the signals to the transmitting carrier and transmit through the transmitting partial amplifiers (4500 pcs.).
При современном уровне вычислительной техники и СВЧ электроники это невозможно. Из патентной литературы известно множество схем классических активных фазированных антенных решеток (АФАР). Такие схемы неизбежно предполагают технически невозможное (для поставленной выше задачи) управление большим массивом парциальных усилителей, вне зависимости от метода управления временными задержками, поэтому нет необходимости рассматривать классические схемы АФАР.At the modern level of computer technology and microwave electronics, this is impossible. From the patent literature there are many schemes of classical active phased antenna arrays (AFAR). Such schemes inevitably imply the technically impossible (for the task posed above) control of a large array of partial amplifiers, regardless of the time delay control method, so there is no need to consider classical AFAR schemes.
Также известны усилительные линзовые/рефлекторные антенные решетки [1…8], в которых проблема с необходимыми временными задержками решена размещением массива передающих элементов на фокальной поверхности линзы/рефлектора. Необходимо отметить, что фокусирующая система таких решеток также может быть выполнена на фиксированных или управляемых фазовращателях, с соответствующими проблемами. Reinforcing lens / reflex antenna arrays are also known [1 ... 8], in which the problem with the necessary time delays is solved by placing an array of transmitting elements on the focal surface of the lens / reflector. It should be noted that the focusing system of such gratings can also be performed on fixed or controlled phase shifters, with corresponding problems.
В данном описании термины “линза” (просветная решетка) и “рефлектор” (отражательная решетка) необходимо трактовать как фокусирующую систему, построенную на фиксированных линиях задержки, встроенных в парциальные усилители. Эти линии задержки, для плоской решетки, аппроксимируют плосковыпуклую оптическую линзу или вогнутый рефлектор, а поверхность аппроксимации близка к гиперболоиду вращения. In this description, the terms “lens” (translucent grating) and “reflector” (reflective grating) must be interpreted as a focusing system built on fixed delay lines built into partial amplifiers. These delay lines, for a planar array, approximate a plano-convex optical lens or a concave reflector, and the approximation surface is close to a hyperboloid of rotation.
Термин “парциальный усилитель” трактуется как самостоятельный узел передающей и (или) приемной решетки, содержащий, как минимум, приемный элемент, фиксированную линию задержки (для встроенной фокусирующей системы), усилительный тракт и передающий элемент. The term “partial amplifier” is interpreted as an independent node of the transmitting and (or) receiving lattice, containing at least a receiving element, a fixed delay line (for an integrated focusing system), an amplifying path, and a transmitting element.
Такие схемы, благодаря разделению функций формирования лучей и усиления мощности сигнала, позволяют разместить на фокальной поверхности фокусирующей системы большое количество маломощных, например дипольных, передающих элементов для формирования фиксированных лучей на поверхности зоны обслуживания. Отсутствие произвольного выбора направления луча, теоретически возможного в АФАР с электронным формированием лучей, компенсируется избыточностью массива легких маломощных передающих элементов, которые могут с заданным шагом покрывать необходимую зону обслуживания, вплоть до всей видимой поверхности Земли. Определенными недостатками таких схем являются оптические аберрации (в основном кома), и большой осевой габарит.Such schemes, due to the separation of the functions of beam formation and amplification of the signal power, make it possible to place a large number of low-power, for example dipole, transmitting elements on the focal surface of the focusing system to form fixed beams on the surface of the service area. The absence of an arbitrary choice of the direction of the beam, theoretically possible in AFAR with electronic beam forming, is compensated by the redundancy of the array of light low-power transmitting elements, which can cover the required coverage area with the given step, up to the entire visible surface of the Earth. Certain disadvantages of such schemes are optical aberrations (mainly coma), and a large axial dimension.
Известна схема с диэлектрической линзой между усилительной решеткой и фокальной поверхностью [7], но при необходимых апертурах антенн более 2-3 метров ее применение весьма проблематично. There is a known scheme with a dielectric lens between the amplification grating and the focal surface [7], but with the required antenna apertures of more than 2-3 meters, its use is very problematic.
Известна отдаленно похожая на данное изобретение схема с оптическими элементами [5], но эту схему также невозможно использовать при апертурах 2-3 метра. Более того, приемный оптический канал в этой схеме предполагает субмикронные точности изготовления компонентов при размере апертуры порядка сантиметров.A scheme with optical elements [5], which is remotely similar to the present invention, is known, but this scheme also cannot be used with apertures of 2-3 meters. Moreover, the receiving optical channel in this scheme assumes submicron precision manufacturing components with an aperture size of the order of centimeters.
В патентах [1…5, 7, 8] представлены линзовые, а в патентах [1, 6] рефлекторные усилительные решетки. Общим недостатком таких систем являются проблемы с электромагнитной совместимостью, когда сигнал от парциального усилителя попадает в его же, или в соседний приемник, работающий на той же несущей частоте. Также возможно взаимовлияние плотно расположенных передающих элементов фокального устройства. В отражательных решетках это приведет к жертве одной поляризации или введению дополнительной несущей частоты между решеткой и фокальным устройством, с соответствующими фильтрами и синхронными преобразователями частоты в каждом парциальном усилителе (для приемо-передающей антенны – две дополнительные несущие частоты).
Необходимое амплитудное распределение по полю решетки, например, “косинус на пьедестале”, зафиксировано на уровне парциальных усилителей, и является общим для всех лучей. Это приводит к неоптимальному амплитудному распределению для большой части лучей.
Также, в случае приемо-передающей антенны, возникает проблема размещения приемно-передающих элементов фокальных модулей, с соответствующими усилителями, в тех же точках фокальной поверхности. При необходимости иметь две поляризации для каждого луча, эта проблема усугубляется. Те же компоновочные проблемы имеются у парциальных усилителей, особенно для рефлекторной решетки, где на одной поверхности необходимо разместить все приемные и передающие элементы.In patents [1 ... 5, 7, 8] lenses are presented, and in patents [1, 6] reflex reinforcing gratings. A common drawback of such systems is problems with electromagnetic compatibility, when a signal from a partial amplifier falls into it, or into an adjacent receiver operating at the same carrier frequency. It is also possible interference of tightly located transmitting elements of the focal device. In reflective arrays, this will lead to the sacrifice of one polarization or the introduction of an additional carrier frequency between the array and the focal device, with the corresponding filters and synchronous frequency converters in each partial amplifier (for the transmit-receive antenna, two additional carrier frequencies).
The required amplitude distribution over the field of the grating, for example, “cosine on a pedestal”, is fixed at the level of partial amplifiers, and is common for all rays. This leads to a non-optimal amplitude distribution for a large part of the rays.
Also, in the case of a transceiver antenna, the problem arises of placing the transceiver elements of the focal modules, with the corresponding amplifiers, at the same points on the focal surface. If you need to have two polarizations for each beam, this problem is exacerbated. Partial amplifiers have the same layout problems, especially for a reflex grating, where all receiving and transmitting elements must be placed on one surface.
Все эти проблемы присущи многолучевой линзовой антенне [2], принятой авторами за прототип. All these problems are inherent in the multipath lens antenna [2], adopted by the authors as a prototype.
В этом изобретении имеется фокусирующая система, состоящая из линий задержки, встроенных в парциальные усилители, усилительное устройство, состоящее из массива передающих парциальных усилителей с фиксированным амплитудным распределением по полю массива, и фокальное устройство, состоящее из массива передающих элементов, расположенных на фокальной поверхности фокусирующей системы.In this invention there is a focusing system consisting of delay lines embedded in partial amplifiers, an amplification device consisting of an array of transmitting partial amplifiers with a fixed amplitude distribution over the field of the array, and a focal device consisting of an array of transmitting elements located on the focal surface of the focusing system .
Задачей данного изобретения является создание антенны, полностью или частично свободной от указанных недостатков, при сохранении главных преимуществ: The objective of the invention is to provide an antenna that is fully or partially free of these disadvantages, while maintaining the main advantages:
– разделение функций “усиление мощности” и “формирование лучей”; - separation of functions “power amplification” and “beam formation”;
– пространственная фильтрация большого количества приемных и передающих лучей.- spatial filtering of a large number of receiving and transmitting rays.
Данная задача решается тем, что в многолучевой антенне, содержащей фокусирующую систему, усилительное устройство, состоящее из массива парциальных усилителей с фиксированным амплитудным распределением по полю массива, и фокальное устройство, состоящее из массива передающих элементов, расположенных на фокальной поверхности фокусирующей системы, передающие элементы фокального устройства выполнены в виде источников светового излучения, модулированного передаваемым радиосигналом, а приемники передающих парциальных усилителей выполнены как фотоприемники, преобразующие модулированное световое излучение в передаваемый радиосигнал. This problem is solved in that in a multipath antenna containing a focusing system, an amplification device consisting of an array of partial amplifiers with a fixed amplitude distribution over the field of the array, and a focal device consisting of an array of transmitting elements located on the focal surface of the focusing system, transmitting elements of the focal the devices are made in the form of light radiation sources modulated by the transmitted radio signal, and the receivers of the transmitting partial amplifiers are made us as photodetectors, which convert the modulated light in the transmitted radio signal.
Массив источников светового излучения может быть выполнен как два подмассива источников разной длины световой волны в соответствии с заданной схемой поляризации зоны обслуживания, а передающие парциальные усилители имеют фотоприемники, выполненные как два максимально близко расположенных друг к другу фотоприемника со светофильтрами, соответствующими источникам светового излучения фокального устройства, а также имеют два независимых тракта усиления и излучающее устройство с заданной двойной поляризацией.An array of light radiation sources can be made as two subarrays of sources of different light wavelengths in accordance with a given polarization scheme of the service area, and the transmitting partial amplifiers have photodetectors made as two photodetectors located as close as possible to each other with light filters corresponding to the light sources of the focal device , and also have two independent amplification paths and a radiating device with a given double polarization.
Массив источников светового излучения может состоять из источников с двумя, максимально близко расположенными друг к другу, источниками разной длины световой волны и модулированных радиосигналами для различной поляризации.An array of light radiation sources can consist of sources with two sources as close as possible to each other, sources of different wavelengths of light and modulated by radio signals for different polarizations.
Источник светового излучения может содержать устройство, обеспечивающее освещение фотоприемников передающих парциальных усилителей с заданными амплитудами.The light radiation source may include a device that provides illumination of photodetectors of transmitting partial amplifiers with given amplitudes.
Источник светового излучения может содержать устройство, обеспечивающее освещение заданного подмассива фотоприемников передающих парциальных усилителей.The light source may contain a device that provides illumination of a given subarray of photodetectors transmitting partial amplifiers.
Далее изобретение раскрывается более подробно с использованием графических материалов, где на Фиг.1 показаны схемы решетки с фазовращателями и решетки с истинными временными задержками; Фиг.2 – изометрический вид линзовой антенны; Фиг.3 – фронтальный вид линзовой антенны; Фиг.4 – вид на фокальное устройство и внешнюю поверхность усилительной решетки линзовой антенны; Фиг.5 – вид на фокальное устройство и внутреннюю поверхность усилительной решетки линзовой антенны. Further, the invention is disclosed in more detail using graphic materials, in which Fig. 1 shows a diagram of a lattice with phase shifters and a lattice with true time delays; Figure 2 is an isometric view of a lens antenna; Figure 3 is a front view of a lens antenna; Figure 4 is a view of the focal device and the outer surface of the amplification array of the lens antenna; 5 is a view of the focal device and the inner surface of the amplification array of the lens antenna.
На Фиг.2 показана линзовая антенна, состоящая из усилительной решетки 1 и фокального устройства 2. Усилительная решетка содержит парциальные усилители 3, а фокальное устройство – фокальную поверхность 4 с приемо-передающими модулями. Figure 2 shows the lens antenna, consisting of an
На Фиг.3 показаны два передающих луча, 5 и 6. Луч 5 сформирован апертурой А, с амплитудным распределением 7 от источника светового излучения 8. Луч 6 сформирован уменьшенной апертурой А1, с амплитудным распределением 9 от источника светового излучения 10 и имеет более широкую диаграмму направленности. При этом апертура А1 может быть не соосна полной апертуре А.Figure 3 shows two transmitting beams, 5 and 6.
Полное амплитудное распределение для каждого передающего луча является суммой общего для всех амплитудного распределения усилительной решетки и индивидуального распределения от его источника светового излучения. The total amplitude distribution for each transmitting beam is the sum of the total amplitude distribution of the gain array and the individual distribution from its light source.
Для приемных лучей такой принцип использовать невозможно, но амплитудное распределение приемной решетки и форма луча не так критичны, как для передающих лучей. Избыточную фокусировку приемного канала антенны можно устранить как размещением приемо-передающих парциальных усилителей 3а только в центральной зоне усилительной решетки, на меньшей апертуре 11 (Фиг.5), так и расфокусировкой приемной фокусирующей системы на полной апертуре А.It is impossible to use such a principle for receiving beams, but the amplitude distribution of the receiving grating and the shape of the beam are not as critical as for transmitting beams. Excessive focusing of the receiving channel of the antenna can be eliminated by placing the receiving-transmitting
Фиксированные линии задержки, встроенные в парциальные усилители, схематично показаны как отрезки 12, образующие выпуклую поверхность 13, близкую к гиперболоиду вращения, и могут быть выполнены на волоконной оптике. The fixed delay lines embedded in the partial amplifiers are schematically shown as
На Фиг.4 показана усилительная решетка 1 с приемо-передающими элементами (например, рупорами) парциальных усилителей 3 и фокальное устройство 2. Фокальное устройство содержит фокальную поверхность 4 с размещенными на ней приемо-передающими модулями 14. Модули 14 состоят из двух (для разных поляризаций на прием) ортогональных приемных диполей 15,16 и двух близко расположенных источников светового излучения 17,18 с разной длиной световой волны (для разных поляризаций на передачу). Источники светового излучения могут быть выполнены как светодиодные лазеры с оптическими и/или голографическими линзами для обеспечения заданного амплитудного распределения для заданного подмассива передающих парциальных усилителей 3а и 3б (Фиг.5).Fig. 4 shows an
На Фиг.5 показана внутренняя сторона усилительной решетки 1 с приемо-передающими парциальными усилителями 3а и передающими парциальными усилителями 3б. Приемо-передающие парциальные усилители 3а находятся внутри апертуры 11 и содержат два (для разных поляризаций на прием) ортогональных передающих диполя 19,20 и два близко расположенных приемника светового излучения 21,22 со светофильтрами разной длины волны (для разных поляризаций на передачу), соответствующих длинам волн источников светового излучения 17,18 (Фиг.4). Передающие парциальные усилители 3б находятся на полной апертуре А (Фиг.3) и содержат два приемника светового излучения 21,22.
Как было указано выше, в зависимости от метода расфокусировки приемного канала, приемная апертура 11 может быть равна передающей апертуре А (Фиг.3), и все парциальные усилители будут приемо-передающими.Figure 5 shows the inner side of the amplifier grating 1 with transceiver
As indicated above, depending on the method of defocusing the receiving channel, the receiving
Разумеется, данное изобретение не относится исключительно к линзовым антеннам. Собственно усилительная решетка может иметь достаточно произвольную форму (например, сферическую, с одинаковыми или различными радиусами внутренней и внешней поверхности), с линиями задержки или без них (постоянной линией задержки является длина тракта парциального усилителя).
При этом фокусирующая система может быть практически любой, например: Of course, this invention does not apply exclusively to lens antennas. The amplification grating itself can have a rather arbitrary shape (for example, spherical, with the same or different radii of the inner and outer surfaces), with or without delay lines (the length of the partial amplifier path is a constant delay line).
In this case, the focusing system can be almost any, for example:
- линза, встроенная в просветную решетку (в соответствии с прототипом); - a lens built into the lumen (in accordance with the prototype);
- рефлектор, встроенный в отражательную решетку;- a reflector integrated in the reflective grating;
- внешний параболический рефлектор; - external parabolic reflector;
- внешняя система рефлекторов (например, схемы Кассегрена, Грегори, etc.); - an external system of reflectors (for example, Cassegrain, Gregory circuits, etc.);
- внешняя диэлектрическая линза;- external dielectric lens;
- комбинация встроенной линзы (рефлектора) и внешних фокусирующих элементов.- a combination of an integrated lens (reflector) and external focusing elements.
Осуществление изобретения может быть выполнено следующим образом:The implementation of the invention can be performed as follows:
Конструктивно, усилительная решетка 1 может быть выполнена практически так же, как и в прототипе. Ее парциальные усилители 3 имеют с внешней стороны традиционные приемо-передающие устройства с необходимыми поляризациями (H/V или R/L). Парциальные усилители с внутренней стороны решетки имеют два традиционных передатчика радиочастотного излучения (диполи 19 и 20) с двумя ортогональными поляризациями (условно - H1 и V1), и два приемника светового излучения (фотоприемники 21 и 22) с соответствующими светофильтрами (условно - "зеленый" и "синий").Structurally, the reinforcing grating 1 can be performed in almost the same way as in the prototype. Its partial amplifiers 3 have on the outside traditional transceivers with the necessary polarizations (H / V or R / L). Partial amplifiers on the inside of the grating have two traditional transmitters of radio-frequency radiation (
Фокальное устройство 2 имеет приемо-передающими модули 14 с двумя приемниками радиочастотного излучения (диполи 15 и 16) с двумя ортогональными поляризациями (H1 и V1), и двумя источниками модулированного радиосигналом светового излучения (17 и 18) соответствующего цвета ("зеленый" и "синий").The
Приемный тракт антенны работает так же, как и в прототипе:The receiving path of the antenna works the same as in the prototype:
Внешние приемные устройства парциальных усилителей 3 принимают и усиливают сигнал необходимой поляризации (например, Н или R) с некоторого направления 5 (Фиг. 3). Этот сигнал, через линии задержки, подается на передающие устройства внутренней стороны решетки (диполи 19 с поляризацией H1) и фокусируется на модуле 14, расположенном в точке 8. Диполь 15 (поляризация H1) этого модуля принимает этот сигнал, а усилитель модуля 14, связанный с этим диполем, передает этот сигнал в ретранслятор для дальнейшей обработки. При этом внешняя поляризация Н (или R) соответствует внутренней H1, а внешняя V (или L) соответствует внутренней V1.The external receivers of the partial amplifiers 3 receive and amplify the signal of the necessary polarization (for example, H or R) from a certain direction 5 (Fig. 3). This signal, through the delay lines, is fed to transmitters on the inside of the grating (
Разумеется, внутренняя поляризация также может быть выполнена по схеме круговой поляризации R/L, но это неоправданно усложнит запитку кросс-диполей 15-16 и 19-20.Of course, the internal polarization can also be performed according to the circular polarization R / L scheme, but this unjustifiably complicates the feeding of cross dipoles 15-16 and 19-20.
Внутренний передающий тракт антенны выполнен на модулированном световом излучении:The internal transmission path of the antenna is made on modulated light emission:
Радиосигнал от ретранслятора, например для направления 5 и внешней поляризации Н (или R), подается на "зеленый" источник 17 светового излучения модуля 14, расположенного в точке 8. Источник 17 содержит обычную и (или) голографическую линзу (не показаны), которые фокусируют световое излучение на внутренней поверхности решетки и осуществляют необходимое амплитудное распределение 7.The radio signal from the repeater, for example, for
В идеале, голографическая линза распределяет световое излучение узкими лучами непосредственно по фотоприемникам парциальных усилителей 3 (значительно более простая, с определенным недостатком в виде комы, альтернатива патенту - аналогу US 4128759).Ideally, a holographic lens distributes light radiation in narrow beams directly to the photodetectors of partial amplifiers 3 (much simpler, with a certain disadvantage in the form of a coma, an alternative to the patent analogue of US 4128759).
Световое излучение "зеленого" источника 17, модулированное радиосигналом, попадает в "зеленые" фотоприемники 21 парциальных усилителей 3, где преобразуется в электрический сигнал. После необходимых преобразований (электрический - оптический - оптическая линия задержки - электрический), электрический сигнал попадает в усилители мощности и, далее, в излучающие устройства, обеспечивающие радиолуч с необходимой поляризацией Н (или R) в направлении 5. При этом "зеленые" фотоприемники 21 одновременно принимают и суммируют световое излучение от множества (по количеству активных лучей в данной поляризации) "зеленых" источников 17.The light radiation of the
Разумеется, антенна должна иметь электромагнитный экран по внешнему периметру от усилительной решетки к фокальному устройству (не показан). Этот экран также необходим для обеспечения теплового режима антенны.Of course, the antenna should have an electromagnetic screen on the outer perimeter from the amplification array to a focal device (not shown). This screen is also necessary to ensure the thermal regime of the antenna.
Применение оптического канала передачи сигнала от фокального устройства к усилительной решетке позволит достичь следующих преимуществ:The use of an optical channel for transmitting a signal from a focal device to an amplifier array will allow to achieve the following advantages:
- Улучшит электромагнитную совместимость элементов усилительной решетки и снизит проблему с пассивной интермодуляцией (ПИМ), так как мощный радиосигнал на передающей частоте не влияет на оптические приемные элементы усилительной решетки;- Improves the electromagnetic compatibility of the elements of the amplifier array and reduces the problem with passive intermodulation (PIM), since a powerful radio signal at the transmitting frequency does not affect the optical receiving elements of the amplifier array;
- Улучшит электромагнитную совместимость элементов фокального устройства и снимет проблему с ПИМ, так как передающие элементы фокального устройства выполнены на оптических источниках;- Improves the electromagnetic compatibility of the elements of the focal device and removes the problem with PIM, since the transmitting elements of the focal device are made on optical sources;
- Позволит разместить на фокальной поверхности большое количество компактных приемо-передающих модулей, обеспечивающих двойную поляризацию приемного и передающего сигналов для каждого луча.- Allows you to place a large number of compact transceiver modules on the focal surface, providing double polarization of the receiving and transmitting signals for each beam.
Таким образом, все задачи данного изобретения выполнены.Thus, all the tasks of the present invention are completed.
ЛитератураLiterature
1. Патент ЕР 0442562.1. Patent EP 0442562.
2. Патент ЕР 2221919.2. Patent EP 2221919.
3. Патент US 3984840.3. Patent US 3984840.
4. Патент US 4721966.4. Patent US 4721966.
5. Патент US 4929956.5. Patent US 4929956.
6. Патент US 5280297.6. Patent US 5280297.
7. Патент US 6147656.7. Patent US 6147656.
8. Патент US 78891298. Patent US 7889129
9. Патент US 4128759.9. Patent US 4128759.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015157178A RU2626023C2 (en) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | Multi-beam antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015157178A RU2626023C2 (en) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | Multi-beam antenna |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015157178A RU2015157178A (en) | 2017-07-05 |
| RU2626023C2 true RU2626023C2 (en) | 2017-07-21 |
Family
ID=59309356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015157178A RU2626023C2 (en) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | Multi-beam antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2626023C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10777903B2 (en) | 2016-10-01 | 2020-09-15 | Evgenij Petrovich Basnev | Multi-beam antenna (variants) |
| US11374330B2 (en) | 2016-10-01 | 2022-06-28 | Evgenij Petrovich Basnev | Multi-beam antenna (variants) |
| RU2807027C1 (en) * | 2023-01-27 | 2023-11-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Multi-beam feed-through antenna array |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4929956A (en) * | 1988-09-10 | 1990-05-29 | Hughes Aircraft Company | Optical beam former for high frequency antenna arrays |
| US6421021B1 (en) * | 2001-04-17 | 2002-07-16 | Raytheon Company | Active array lens antenna using CTS space feed for reduced antenna depth |
| EP2221919A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-08-25 | Agence Spatiale Européenne | Multibeam active discrete lens antenna |
| US20140010547A1 (en) * | 2011-03-25 | 2014-01-09 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Active optical antenna, microwave transmitting system and information sending method |
-
2015
- 2015-12-31 RU RU2015157178A patent/RU2626023C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4929956A (en) * | 1988-09-10 | 1990-05-29 | Hughes Aircraft Company | Optical beam former for high frequency antenna arrays |
| US6421021B1 (en) * | 2001-04-17 | 2002-07-16 | Raytheon Company | Active array lens antenna using CTS space feed for reduced antenna depth |
| EP2221919A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-08-25 | Agence Spatiale Européenne | Multibeam active discrete lens antenna |
| US20140010547A1 (en) * | 2011-03-25 | 2014-01-09 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Active optical antenna, microwave transmitting system and information sending method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Справочник по лазерной технике под ред. А.П. Напартовича, Москва, Энергоатомиздат, 1991. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10777903B2 (en) | 2016-10-01 | 2020-09-15 | Evgenij Petrovich Basnev | Multi-beam antenna (variants) |
| US11374330B2 (en) | 2016-10-01 | 2022-06-28 | Evgenij Petrovich Basnev | Multi-beam antenna (variants) |
| RU2807027C1 (en) * | 2023-01-27 | 2023-11-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Multi-beam feed-through antenna array |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015157178A (en) | 2017-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20190165485A1 (en) | Reflectarray antenna system | |
| US10312999B2 (en) | High-capacity communications satellite using passive optical beamforming | |
| EP0963006B1 (en) | Reconfigurable multiple beam satellite phased array antenna | |
| EP0408676B1 (en) | Optical beam former for high frequency antenna arrays | |
| US8164531B2 (en) | Antenna array with metamaterial lens | |
| US6018316A (en) | Multiple beam antenna system and method | |
| US20130321206A1 (en) | Interference rejections of satellite ground terminal with orthogonal beams | |
| RU96122171A (en) | ANTENNA SYSTEM | |
| KR101576260B1 (en) | Dual-polarized monopulse antenna for millimeter wave seeker | |
| JPH01503666A (en) | Equal power amplifier system and its placement method for active phased array antennas | |
| JPH06232621A (en) | Active transmission phased array antenna | |
| US9748648B2 (en) | Distributed feeding device for antenna beamforming | |
| EP3769435A1 (en) | Antenna arrangement for dual-polarization beamforming | |
| US6563473B2 (en) | Low sidelobe contiguous-parabolic reflector array | |
| RU2626023C2 (en) | Multi-beam antenna | |
| US20220166137A1 (en) | Apparatus and Methods for Transmitting Signals Using Optical Lens as a Beamformer | |
| WO2018096307A1 (en) | A frequency scanned array antenna | |
| US3496569A (en) | Phased array multibeam formation antenna system | |
| US11909424B2 (en) | Apparatus and methods for receiving signals using optical lens as a beamformer | |
| Gorski et al. | Developments on phased array for low-cost, high frequency applications | |
| Johannsen et al. | ARoF-Fed antenna architectures for 5G networks | |
| RU2623652C1 (en) | Multi-wave antenna (versions) | |
| Fourikis | Novel power combining circular arrays operating at mm-wavelengths | |
| US11374330B2 (en) | Multi-beam antenna (variants) | |
| WO2023242921A1 (en) | Transmission directivity control device, transmission system, and transmission directivity control method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180101 |