RU2657320C1

RU2657320C1 - Transceiving module of active phased antenna array

Info

Publication number: RU2657320C1
Application number: RU2017116391A
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Мойбенко; Виктор Кузьмич Базылев
Original assignee: Акционерное общество "Рязанская радиоэлектронная компания" (АО "РРК")
Priority date: 2017-05-10
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2018-06-13

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to microwave transceiver devices intended for operation in an active phased array antenna (APAA). APAA transceiver module comprises switch 1 connected to the microwave signal generator, switch control device 2, electro-optical phase shifter 3 formed by LEDs 4, liquid crystal matrix spatial optical modulator 5, control device of modulator 6 and matrix of microlenses7; multi-channel optical fiber 8, transceiver 9 consisting of photodiode 10 and dual-gate field-effect transistor with built-in channel 11, emitters 12 that are APAA elements and made with a loop driver and receiver 13 formed by adder 14 and receiver 15. Optical modulator 5 is made in the form of matrix of dimension N×M, where N is the number of microwave radiators, and M is the number of LEDs 4. LEDs are connected to the output of switch 1. LEDs 4 are at different distances from modulator 5 to provide a time delay for the optical signals passing through modulator 5.

EFFECT: technical result achieved by the claimed invention simplifies the design of the APAA transceiver module.

5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к приемопередающим устройствам СВЧ-колебаний, предназначенным для работы в составе активной фазированной антенной решетки (АФАР). Приемопередающий модуль АФАР может быть использован в бортовых авиационных радиолокационных станциях (РЛС), в корабельных и наземных РЛС, а также в системах радиопротиводействия и в радиорелейных станциях.The invention relates to transceiver devices of microwave oscillations, designed to operate as part of an active phased antenna array (AFAR). The AFAR transceiver module can be used in airborne aviation radar stations (radars), in ship and ground radars, as well as in radio countermeasures and radio relay stations.

Использование АФАР, когда осуществляется распределенные генерирование, прием и обработка сигналов, позволяет значительно повысить оперативность пространственно-временной модуляции, что, в свою очередь, обеспечивает своевременность получения информации о многих целях по нескольким направлениям, позволяет решать несколько многофункциональных задач на базе одной РЛС.The use of AFAR when distributed generation, reception and processing of signals is carried out, can significantly increase the efficiency of spatio-temporal modulation, which, in turn, ensures the timely receipt of information about many targets in several directions, allows you to solve several multifunctional tasks based on one radar.

Приемопередающие модули АФАР представляют собой 2-канальные устройства, канал передачи и канал приема которых подключены к каждому из N излучателей, образующих раскрыв АФАР. Одним из основных элементов приемопередающего модуля является управляемый фазовращатель для управления фазой СВЧ-сигнала в режиме передачи и в режиме приема.The AFAR transceiver modules are 2-channel devices, the transmission channel and the reception channel of which are connected to each of the N emitters that form the open AFAR. One of the main elements of the transceiver module is a controlled phase shifter for controlling the phase of the microwave signal in transmission mode and in reception mode.

Известен приемопередающий модуль активной фазированной антенной решетки, содержащий излучатель, усилители сигнала и мощности, управляемые фазовращатель и аттенюатор, устройство управления и переключатели (патент РФ №2362268, МПК Н04В 1/38, 2009 г.). Введение в модуль дополнительных ключей позволяет работать одним и тем же фазовращателем и аттенюатором на прием и передачу СВЧ-сигнала.Known transceiver module of an active phased antenna array containing a radiator, signal and power amplifiers, controlled phase shifter and attenuator, control device and switches (RF patent No. 2362268, IPC Н04В 1/38, 2009). Introduction to the module of additional keys allows you to work with the same phase shifter and attenuator for receiving and transmitting a microwave signal.

Недостатком известного приемопередающего модуля АФАР являются ограниченные функциональные возможности, поскольку он может работать с сигналом только одного излучателя. Как следствие, для обслуживания N излучателей, образующих полный раскрыв АФАР, требуется N таких приемопередающих модулей.The disadvantage of the known transceiver module AFAR is limited functionality, since it can work with the signal of only one emitter. As a result, N such transceiver modules are required to service N emitters forming a full-open AFAR.

Аналогичным недостатком обладает и ряд других приемопередающих модулей АФАР со сходной архитектурой построения, использующих электронные фазовращатели (патент США №5093667, МПК H03F 3/68, 1993 г.; патент РФ №2338308, МПК H01Q 21/00, 2008 г.; заявка США №2017/041038, МПК Н04В 1/48, 2017 г.).A similar drawback has a number of other AFAR transceiver modules with a similar construction architecture using electronic phase shifters (US patent No. 5093667, IPC H03F 3/68, 1993; RF patent No. 2338308, IPC H01Q 21/00, 2008; US application No. 2017/041038, IPC Н04В 1/48, 2017).

Известны приемопередающие модули АФАР, в которых для передачи СВЧ-сигнала используется оптическое излучение, модулированное сигналом СВЧ-генератора, а в качестве элементов временной задержки оптического излучения (элементов регулировки фазы) применяются оптические или электрооптические фазовращатели. Одним из достоинств такого построения модулей АФАР является возможность использования одного N-канального оптического или электрооптического фазовращателя для обслуживания N-излучателей антенной решетки, что существенно упрощает архитектуру приемопередающего модуля АФАР по сравнению с аналогичными по назначению модулями, использующими N электронных устройств для управления фазой сигнала в каждом из N излучателей.AFAR transceiver modules are known in which optical radiation modulated by a microwave generator signal is used to transmit a microwave signal, and optical or electro-optical phase shifters are used as time delay elements of optical radiation (phase adjustment elements). One of the advantages of this design of AFAR modules is the possibility of using one N-channel optical or electro-optical phase shifter for servicing the N-emitters of the antenna array, which greatly simplifies the architecture of the transceiver module AFAR compared to similar modules using N electronic devices to control the signal phase in each of N emitters.

Известен приемопередающий модуль активной фазированной антенной решетки по патенту США №5374935, МПК H01Q 3/22, 1994 г. Первая (передающая) лазерная линейка генерирует излучение, модулированное сигналом СВЧ-генератора. В качестве элементов временной задержки лазерных сигналов используются оптоволокна различной длины.Known transceiver module active phased antenna array according to US patent No. 5374935, IPC H01Q 3/22, 1994. The first (transmitting) laser line generates radiation modulated by the signal of the microwave generator. Optical fibers of various lengths are used as elements of the time delay of laser signals.

Оптические сигналы с различной временной задержкой, число которых равно числу излучателей, поступают на фотодетекторы приемопередатчиков, где оптический сигнал конвертируется в СВЧ-сигнал. Одновременно на фотодетекторы поступает оптическое излучение со второй линейки лазеров, представляющее собой совокупность опорных сигналов по числу излучателей. С выхода фотодетектора результирующий СВЧ-сигнал поступает на усилитель и далее через управляемый напряжением генератор - на излучатели.Optical signals with different time delays, the number of which is equal to the number of emitters, are fed to the photodetectors of transceivers, where the optical signal is converted into a microwave signal. At the same time, optical radiation from the second line of lasers, which is a set of reference signals by the number of emitters, is fed to photodetectors. From the output of the photodetector, the resulting microwave signal is fed to the amplifier and then through the voltage-controlled generator to the emitters.

В режиме приема сигналы, принятые антенной, усиливаются и подаются на фотодетекторы, где преобразуются в оптические сигналы. С выходов фотодетекторов СВЧ-сигналы поступают на третью линейку лазеров (аналогичную передающей линейке лазеров).In receive mode, the signals received by the antenna are amplified and fed to photodetectors, where they are converted into optical signals. From the outputs of the photodetectors, microwave signals are fed to the third laser line (similar to the transmitting laser line).

С выходов третьей лазерной линейки оптические сигналы поступают на оптоволоконную линию задержки и затем - на фотодетекторы, где смешиваются с модулированным излучением, вырабатываемым четвертой лазерной линейкой, аналогичной передающей лазерной линейке. Выходные сигналы фотодетекторов усиливаются и направляются на приемные устройства.From the outputs of the third laser line, the optical signals are fed to the fiber optic delay line and then to the photodetectors, where they are mixed with the modulated radiation generated by the fourth laser line, similar to the transmitting laser line. The output signals of the photodetectors are amplified and sent to the receiving devices.

Недостатком известного устройства является сложность реализации, обусловленная применением нескольких лазерных линеек, а также необходимостью использования задающего лазера, управляющего работой лазерных линеек.A disadvantage of the known device is the difficulty of implementation due to the use of several laser rulers, as well as the need to use a master laser that controls the operation of the laser rulers.

Известен приемопередающий модуль активной фазированной антенной решетки по патенту США №5333000, МПК H01Q 3/22, 1994 г. В упомянутом модуле излучение лазера в оптическом преобразователе разделяется на два луча, один из которых модулируется по частоте в оптическом модуляторе управляющим сигналом СВЧ-генератора. В фазовом контроллере немодулированный (опорный) луч и модулированный (сигнальный) луч разделяются на N лучей по числу излучателей и посредством N оптических фазовращателей осуществляется регулировка фазы каждого из N лучей (либо в опорном луче, либо в сигнальном луче). С выхода фазового контроллера оптические сигналы поступают на приемопередатчики, каждый из которых связан с соответствующим излучателем.A transceiver module of an active phased array antenna is known according to US Pat. No. 5,333,000, IPC H01Q 3/22, 1994. In said module, the laser radiation in the optical converter is divided into two beams, one of which is modulated in frequency in the optical modulator by the control signal of the microwave generator. In the phase controller, the unmodulated (reference) beam and the modulated (signal) beam are divided into N beams according to the number of emitters, and by means of N optical phase shifters, the phase of each of the N beams is adjusted (either in the reference beam or in the signal beam). From the output of the phase controller, the optical signals are transmitted to transceivers, each of which is associated with a respective emitter.

Приемопередатчик включает квадратичный фотодетектор, усилитель, фильтр, передатчик, циркулятор и смеситель.The transceiver includes a quadratic photodetector, amplifier, filter, transmitter, circulator and mixer.

В режиме передачи сигнала в фотодетекторе осуществляется гетеродинирование входных оптических сигналов. Результирующий сигнал усиливается, фильтруется и через циркулятор поступает на излучатель. В режиме приема сигнал, принятый антенной, через циркулятор поступает в смеситель, где смешивается с частотой опорного сигнала, и с выхода смесителя сигнал биений передается в сумматор и далее - в приемное устройство.In the mode of signal transmission in the photodetector, the input optical signals are heterodyned. The resulting signal is amplified, filtered and fed through the circulator to the emitter. In the reception mode, the signal received by the antenna passes through the circulator to the mixer, where it is mixed with the frequency of the reference signal, and from the output of the mixer the beat signal is transmitted to the adder and then to the receiver.

Недостатком указанного приемопередающего модуля АФАР также является сложность выполнения, связанная с применением источника оптического излучения - лазера, оптического преобразователя для формирования опорного и сигнального лучей и средств для модуляции лазерного излучения, а также сравнительно большое количество функциональных элементов в приемопередатчике.The disadvantage of this AFAR transceiver module is also the complexity of implementation associated with the use of an optical radiation source - a laser, an optical transducer for generating reference and signal beams and means for modulating laser radiation, as well as a relatively large number of functional elements in the transceiver.

В патенте США №8779977, МПК H01Q 3/12, 2014 г. описан приемопередающий модуль АФАР, содержащий лазер, оптический модулятор, СВЧ-генератор, оптоволоконную линию задержки (оптический фазовращатель), оптические ключи, приемопередатчик и излучатели. Приемопередатчик содержит фотодектор, усилители СВЧ-сигнала, смеситель и фильтр. Количество линий задержки, оптических ключей и приемопередатчиков равно числу излучателей.US Pat. No. 8779977, IPC H01Q 3/12, 2014 describes an AFAR transceiver module comprising a laser, an optical modulator, a microwave generator, an optical fiber delay line (optical phase shifter), optical keys, a transceiver and emitters. The transceiver contains a photo detector, microwave amplifiers, a mixer and a filter. The number of delay lines, optical keys and transceivers is equal to the number of emitters.

Излучение лазера модулируется в оптическом модуляторе управляющим сигналом СВЧ- генератора. В оптоволоконной линии задержки модулированный сигнал лазера разделяется на N оптических сигналов с различной задержкой (с разной фазой) по числу излучателей. В фотодетекторе оптический сигнал конвертируется в СВЧ-сигнал и подается к излучателям. В режиме приема сигнал, принятый антенной, поступает в смеситель, где смешивается с частотой гетеродина, и далее через фильтр поступает в приемное устройство.The laser radiation is modulated in the optical modulator by the control signal of the microwave generator. In a fiber optic delay line, the modulated laser signal is divided into N optical signals with different delays (with different phases) according to the number of emitters. In the photodetector, the optical signal is converted into a microwave signal and fed to the emitters. In reception mode, the signal received by the antenna enters the mixer, where it mixes with the local oscillator frequency, and then passes through the filter to the receiving device.

Недостатком указанного приемопередающего модуля АФАР также является сложность выполнения, связанная с применением в СВЧ-устройстве (радаре) дополнительных функциональных элементов - лазера, оптического модулятора, источника питания лазера.The disadvantage of this AFAR transceiver module is also the complexity of execution associated with the use of additional functional elements in the microwave device (radar) - a laser, an optical modulator, and a laser power source.

В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения принят приемопередающий модуль активной фазированной антенной решетки, описанный в патенте США №5187487, МПК H01Q 3/22, 1993 г. Указанный модуль содержит лазер, генератор СВЧ-сигнала, оптический модулятор, жидкокристаллический пространственный оптический модулятор, матрицу микролинз, многоканальный световод, матрицу фотодиодов, приемопередатчик, излучатели (элементы АФАР) и приемное устройство.As the closest analogue of the claimed technical solution, a transceiver module of an active phased antenna array is adopted, described in US Pat. No. 5,187,487, IPC H01Q 3/22, 1993. This module contains a laser, a microwave signal generator, an optical modulator, a liquid crystal spatial optical modulator, a matrix microlenses, a multi-channel light guide, an array of photodiodes, a transceiver, emitters (AFAR elements) and a receiving device.

Приемопередающий модуль АФАР работает следующим образом. Излучение лазера поступает в оптический модулятор, где происходит его разделение на два луча - сигнальный и опорный, при этом опорный луч модулируется сигналом СВЧ-генератора. Затем лучи направляются в жидкокристаллический пространственный оптический модулятор (ПОМ), который представляет собой двумерную матрицу с индивидуально контролируемыми устройством управления нематическими жидкими кристаллами. В ПОМ происходит фазовая задержка падающих на нее лучей. Поскольку структура ПОМ соответствует структуре антенной решетки, на ее выходе генерируются N оптических сигналов по числу N излучателей, при этом каждый из этих N сигналов имеет заданную фазу.The transceiver module AFAR works as follows. The laser radiation enters the optical modulator, where it is divided into two beams - signal and reference, while the reference beam is modulated by the signal of the microwave generator. Then the rays are directed to a liquid crystal spatial optical modulator (POM), which is a two-dimensional matrix with an individually controlled device for controlling nematic liquid crystals. In POM, a phase delay of the rays incident on it occurs. Since the POM structure corresponds to the structure of the antenna array, N optical signals are generated at its output by the number of N emitters, each of these N signals having a given phase.

Лучи, прошедшие ПОМ, проектируются на матрицу микролинз, и затем по многоканальному световоду направляются на матрицу фотодиодов. Структура матрицы микролинз и матрицы фотодиодов аналогичны структуре ПОМ, и каждый канал световода связывает каждый пиксел ПОМ с соответствующим фотодиодом, детектирующим интерференцию между лучами, прошедшими ПОМ. На выходе фотодетектора вырабатывается электрический сигнал с частотой, пропорциональной частоте СВЧ-сигнала, управляющего работой оптического модулятора.Rays that pass the POM are projected onto the array of microlenses, and then sent through a multi-channel fiber to the array of photodiodes. The structure of the microlens matrix and the matrix of photodiodes are similar to the structure of the POM, and each channel of the optical fiber connects each pixel of the POM with the corresponding photodiode, which detects interference between the rays transmitted by the POM. An electric signal is generated at the output of the photodetector with a frequency proportional to the frequency of the microwave signal that controls the operation of the optical modulator.

В режиме передачи СВЧ-сигнала с выхода матрицы фотодиодов электрический сигнал через циркулятор поступает с требуемым фазовым сдвигом на соответствующий излучатель. В режиме приема сигнал, зарегистрированный антенной, направляется через циркулятор на смеситель, где смешивается с выходным сигналом фотодиода. С выхода смесителя результирующий сигнал направляется в приемное устройство.In the transmission mode of the microwave signal from the output of the photodiode array, the electric signal through the circulator enters with the required phase shift to the corresponding emitter. In reception mode, the signal detected by the antenna is routed through the circulator to the mixer, where it is mixed with the output signal of the photodiode. From the output of the mixer, the resulting signal is sent to the receiver.

Выполнение в указанном приемопередающем модуле АФАР фазовращателя оптических сигналов в виде жидкокристаллического матричного ПОМ имеет преимущество по сравнению с реализацией фазовращателя в виде оптоволоконной линии задержки, так как жидкокристаллический матричный ПОМ более компактен и более прост в изготовлении. Однако приемопередающий модуль АФАР по патенту США №5187487 также характеризуется сложностью конструктивного решения, связанной:The implementation in the specified transceiver module AFAR of the phase shifter of the optical signals in the form of a liquid crystal matrix POM has an advantage compared to the implementation of the phase shifter in the form of a fiber optic delay line, since the liquid crystal matrix POM is more compact and simpler to manufacture. However, the transceiver module AFAR according to US patent No. 5187487 is also characterized by the complexity of the design solution associated with:

- с применением дополнительных функциональных элементов - лазера, оптического модулятора, источника питания лазера;- using additional functional elements - a laser, an optical modulator, a laser power source;

- со сложным выполнением оптического канала, проектирующего лучи на ПОМ и содержащего линзу, вращатель поляризации и оптический элемент, уменьшающий изображение;- with the complex implementation of the optical channel projecting the rays on the POM and containing the lens, a polarization rotator and an optical element that reduces the image;

- с большим количеством элементов в приемопередатчике - усилители, смеситель, циркулятор.- with a large number of elements in the transceiver - amplifiers, mixer, circulator.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, - упрощение конструкции приемопередающего модуля активной фазированной антенной решетки.The technical result achieved by the claimed invention is to simplify the design of the transceiver module of the active phased antenna array.

Указанный технический результат достигается тем, что приемопередающий модуль активной фазированной антенной решетки, содержащий матричный пространственный оптический модулятор с устройством управления, матрицу микролинз, многоканальный оптоволоконный световод, связанный выходами с входами приемопередатчиков, которые подключены своими выходами к излучателям СВЧ-сигнала и к приемному устройству, причем число приемопередатчиков равно числу излучателей СВЧ-сигнала, дополнительно снабжен переключателем с устройством управления, подсоединенным к генератору СВЧ-сигнала; матричный пространственный оптический модулятор выполнен в виде матрицы размерностью N×М, где N - число излучателей СВЧ-сигнала в активной фазированной антенной решетке, а М - число источников излучения, связанных с выходом переключателя и расположенных с возможностью освещения пикселей матричного модулятора, причем упомянутые источники излучения находятся на разном расстоянии от матричного модулятора; излучатель СВЧ-сигнала выполнен с петлевым возбудителем, а каждый приемопередатчик образован фотодиодом, вход которого является входом приемопередатчика, и двухзатворным полевым транзистором со встроенным каналом, один затвор которого соединен с выходом фотодиода.The specified technical result is achieved by the fact that the transceiver module of the active phased antenna array containing a spatial spatial optical modulator with a control device, an array of microlenses, a multi-channel fiber optic fiber connected to the outputs of the inputs of the transceivers, which are connected by their outputs to the emitters of the microwave signal and to the receiver, moreover, the number of transceivers is equal to the number of emitters of the microwave signal, is additionally equipped with a switch with a control device, under Connections to the RF signal generator; matrix spatial optical modulator is made in the form of a matrix of dimension N × M, where N is the number of microwave emitters in the active phased array, and M is the number of radiation sources associated with the output of the switch and arranged to illuminate the pixels of the matrix modulator, said sources emissions are at different distances from the matrix modulator; the microwave signal emitter is made with a loop exciter, and each transceiver is formed by a photodiode, the input of which is the input of the transceiver, and a two-gate field-effect transistor with an integrated channel, one gate of which is connected to the output of the photodiode.

Указанный технический результат также достигается тем, что матричный пространственный оптический модулятор содержит М столбцов и N строк, а источники излучения ориентированы в пространстве с возможностью освещения k-м источником излучения всех пикселей k-го столбца.The indicated technical result is also achieved by the fact that the matrix spatial optical modulator contains M columns and N rows, and the radiation sources are oriented in space with the possibility of illumination by the k-th radiation source of all pixels of the k-th column.

Указанный технический результат также достигается тем, что матричный пространственный оптический модулятор содержит N столбцов и М строк, а источники излучения ориентированы в пространстве с возможностью освещения k-м источником излучения всех пикселей k-й строки.The indicated technical result is also achieved by the fact that the matrix spatial optical modulator contains N columns and M rows, and the radiation sources are oriented in space with the possibility of illumination by the kth radiation source of all pixels of the kth row.

Указанный технический результат также достигается тем, что источники излучения выполнены в виде светодиодов.The specified technical result is also achieved by the fact that the radiation sources are made in the form of LEDs.

Указанный технический результат также достигается тем, что матричный пространственный оптический модулятор выполнен жидкокристаллическим.The specified technical result is also achieved by the fact that the matrix spatial optical modulator is made of liquid crystal.

На фиг. 1 показан заявляемый приемопередающий модуль АФАР, на фиг. 2 иллюстрируется структура электрооптического фазовращателя, на фиг. 3 показано выполнение приемопередатчика.In FIG. 1 shows the inventive transceiver module AFAR, in FIG. 2 illustrates the structure of an electro-optical phase shifter, FIG. 3 shows the implementation of a transceiver.

Приемопередающий модуль АФАР содержит переключатель 1, соединенный первым и вторым входами с выходом генератора СВЧ-сигнала (не показан), устройство управления переключателем 2, подключенное к третьему входу переключателя 1, электрооптический фазовращатель 3, образованный источниками излучения 4, жидкокристаллическим матричным пространственным оптическим модулятором 5, устройством управления модулятором 6 и матрицей микролинз 7; многоканальный оптоволоконный световод 8, приемопередатчики 9, состоящие из фотодиода 10 и двухзатворного полевого транзистора со встроенным каналом 11, один затвор которого соединен с выходом фотодиода 10, исток подсоединен к излучателю 12, а сток связан с приемным устройством 13. Излучатели 12, являющиеся элементами АФАР, выполнены с петлевым возбудителем (вибратором), например, в виде рупора. Приемное устройство 13 содержит сумматор 14 и приемник 15.The AFAR transceiver module contains a switch 1 connected to the output of a microwave signal generator (not shown) by the first and second inputs, a switch control device 2 connected to the third input of the switch 1, an electro-optical phase shifter 3 formed by radiation sources 4, and a liquid crystal spatial spatial optical modulator 5 the control device of the modulator 6 and the matrix of microlenses 7; multi-channel optical fiber 8, transceivers 9, consisting of a photodiode 10 and a two-gate field-effect transistor with an integrated channel 11, one gate of which is connected to the output of the photodiode 10, the source is connected to the emitter 12, and the drain is connected to the receiver 13. Radiators 12, which are AFAR elements are made with a loop exciter (vibrator), for example, in the form of a horn. The receiving device 13 comprises an adder 14 and a receiver 15.

Число приемопередатчиков 9 равно числу N излучателей 12 и один из выходов каждого приемопередатчика 9, как было отмечено выше, подсоединен к приемному устройству 13, являющемуся общим для всей группы N приемопередатчиков 9.The number of transceivers 9 is equal to the number N of emitters 12 and one of the outputs of each transceiver 9, as noted above, is connected to a receiver 13, which is common to the entire group N of transceivers 9.

Фотодиод 10 может быть интегрирован в состав транзистора 11.Photodiode 10 can be integrated into the transistor 11.

Источники излучения 4 выполнены, например, в виде светодиодов, подключенных к выходу переключателя 1, а жидкокристаллический матричный пространственный оптический модулятор 5, представляющий собой устройство с управляемой прозрачностью, выполнен в виде матрицы размерностью N×М, где N - число излучателей СВЧ-сигнала 12 в активной фазированной антенной решетке, а М - число источников излучения 4.Sources of radiation 4 are made, for example, in the form of LEDs connected to the output of switch 1, and the liquid crystal matrix spatial optical modulator 5, which is a device with controlled transparency, is made in the form of a matrix of dimension N × M, where N is the number of emitters of the microwave signal 12 in the active phased antenna array, and M is the number of radiation sources 4.

Источники излучения 3, генерирующие плоский луч, связаны с выходом переключателя 1 и расположены перед матричным модулятором 4 с возможностью освещения его пикселей. Модулятор 4 может содержать М столбцов и N строк, в этом случае светодиоды ориентируются в пространстве таким образом, что k-й светодиод 3 имеет возможность освещать все пиксели k-го столбца матричного модулятора 4; модулятор 4 может содержать N столбцов и М строк, в этом случае светодиоды ориентируются в пространстве таким образом, что k-й светодиод 3 имеет возможность освещать все пиксели k-й строки матричного модулятора 4.The radiation sources 3 generating a flat beam are connected to the output of the switch 1 and are located in front of the matrix modulator 4 with the possibility of lighting its pixels. Modulator 4 may contain M columns and N rows, in this case, the LEDs are oriented in space so that the k-th LED 3 has the ability to illuminate all the pixels of the k-th column of the matrix modulator 4; the modulator 4 may contain N columns and M rows, in this case, the LEDs are oriented in space so that the kth LED 3 has the ability to illuminate all the pixels of the kth row of the matrix modulator 4.

Кроме того, светодиоды 4 находятся на различных расстояниях от матричного модулятора 5, т.е. первый светодиод 4 находится на расстоянии L₁, второй - на расстоянии L₂, и n-й светодиод - на расстоянии L_n. Расстояния L_n выбираются из условия обеспечения различной временной задержки оптических сигналов, про_nходящих через модулятор 5, что соответствует требуемой фазе СВЧ-сигналов, излучаемых излучателями 12. Число светодиодов 4 выбирается в зависимости от заданного фазового дискрета Ф электрооптического фазовращателя. Так, например, при Ф=22,5° количество светодиодов будет равно 16.In addition, the LEDs 4 are located at different distances from the matrix modulator 5, i.e. the first LED 4 is at a distance of L ₁ , the second is at a distance of L ₂ , and the nth LED is at a distance of L _n . The distances L _n are selected from the condition of providing different time delays of the optical signals passing _n through the modulator 5, which corresponds to the required phase of the microwave signals emitted by the emitters 12. The number of LEDs 4 is selected depending on the given phase discretion Ф of the electro-optical phase shifter. So, for example, at Ф = 22.5 ° the number of LEDs will be 16.

Заявляемый приемопередающий модуль АФАР работает следующим образом. Генератор СВЧ-сигнала формирует передаваемый сигнал с несущей частотой f₀. Устройство управления переключателем 2 переводит переключатель 1 в положение, обеспечивающее подачу сигнала на светодиоды 4 (на вход электрооптического фазовращателя, который настроен на работу на частоте f₀), в которых СВЧ-сигнал преобразуется в оптический сигнал, модулированный по амплитуде несущей частотой f₀. Плоский луч, генерируемый k-м светодиодом 4, «захватываем k-й столбец - если число светодиодов 4 равно числу столбцов матрицы, или k-ю строку - если число светодиодов 4 равно числу столбцов матрицы. Устройство управления 6 матричным модулятором 5 обеспечивает прохождение через матрицу оптического сигнала от одного из светодиодов 4. Поскольку все светодиоды 4 находятся на различном расстоянии от матричного модулятора 5, время распространения оптического сигнала от каждого из светодиодов 4 до матрицы будет различным и, соответственно, разной будет фаза оптических сигналов, прошедших через матрицу.The inventive transceiver module AFAR operates as follows. The microwave signal generator generates a transmitted signal with a carrier frequency f ₀ . Switch control device 2 switches switch 1 to a position that provides a signal to the LEDs 4 (to the input of the electro-optical phase shifter, which is configured to operate at frequency f ₀ ), in which the microwave signal is converted into an optical signal modulated by the amplitude of the carrier frequency f ₀ . The flat beam generated by the kth LED 4, “capture the k-th column - if the number of LEDs 4 is equal to the number of columns of the matrix, or the k-th row - if the number of LEDs 4 is equal to the number of columns of the matrix. The control device 6 of the matrix modulator 5 provides passage through the matrix of the optical signal from one of the LEDs 4. Since all the LEDs 4 are at different distances from the matrix modulator 5, the propagation time of the optical signal from each of the LEDs 4 to the matrix will be different and, accordingly, will be different phase of the optical signals transmitted through the matrix.

Прошедшие через матричный модулятор 5 оптические сигналы собираются матрицей микролинз 7 (имеющей такую же размерность, как матричный модулятор 5) и фокусируются на вход многоканального оптоволоконного световода 8, число каналов (оптоволокон) которого равно N - количеству излучателей 12. Пройдя через световод 8, оптические сигналы попадают на фотодиоды 10 (на вход приемопередатчиков 9). В фотодиодах 10 оптические сигналы конвертируются в СВЧ-сигналы и подаются на один из затворов (на фотозатвор) полевого транзистора 11. В режиме передачи сигнала транзистор 11 работает как эмиттерный повторитель, и с истока транзистора 10 СВЧ-сигнал подается на петлевой возбудитель излучателя 12, который в зоне возбуждения излучателя является нагрузкой полевого транзистора 11, и излучатель 12 излучает СВЧ-сигнал в окружающее пространство.The optical signals transmitted through the matrix modulator 5 are collected by the microlens matrix 7 (having the same dimension as the matrix modulator 5) and are focused on the input of the multi-channel fiber optic fiber 8, the number of channels (optical fibers) of which is equal to N - the number of emitters 12. After passing through the optical fiber 8, the optical the signals go to the photodiodes 10 (to the input of the transceivers 9). In photodiodes 10, the optical signals are converted into microwave signals and fed to one of the gates (to the photo-gate) of the field-effect transistor 11. In the signal transmission mode, the transistor 11 operates as an emitter follower, and from the source of the transistor 10, the microwave signal is supplied to the loop exciter of the emitter 12, which in the excitation zone of the emitter is the load of the field effect transistor 11, and the emitter 12 emits a microwave signal into the surrounding space.

В режиме приема генератор СВЧ формирует сигнал с частотой гетеродина f_г и устройство управления переключателем 2 переводит переключатель 1 в положение, обеспечивающее подачу сигнала с частотой f_гна светодиоды 4. Далее сигнал с частотой f_г, аналогично описанному выше для сигнала с несущей частотой f₀ проходит через матричный модулятор 5, матрицу микролинз 7, световод 8? и оптические сигналы с частотой f_г (но с различной фазой) поступают на вход каждого приемопередатчика 9 (на фотодиоды 10). В фотодиодах 10 оптические сигналы конвертируются в СВЧ-сигналы и подаются на фотозатворы полевых транзисторов 11, которые в режиме приема обеспечивают работу с сигналом гетеродина f_г. Другой затвор полевого транзистора 11 в этом режиме замкнут на корпус и обеспечивает усиление принятого излучателем 12 сигнала. Выходной сигнал на промежуточной частоте (на частоте биений) f_пр=f_c - f_г, где f_c - частота принятого СВЧ-сигнала, снимается со стока транзистора 11.In the receiving mode, the microwave generator generates a signal with a local oscillator frequency f _g and the switch control device 2 switches the switch 1 to a position that provides a signal with a frequency f _g to the LEDs 4. Next, a signal with a frequency f _g , similar to that described above for a signal with a carrier frequency f ₀ passes through a matrix modulator 5, a matrix of microlenses 7, a fiber 8? and optical signals with a frequency f _g (but with a different phase) are fed to the input of each transceiver 9 (to photodiodes 10). In the photodiodes 10, the optical signals are converted into microwave signals and fed to the photo-gates of the field-effect transistors 11, which in the receive mode provide operation with the local oscillator signal f _g . Another gate of the field effect transistor 11 in this mode is closed to the housing and provides amplification of the signal received by the emitter 12. The output signal at the intermediate frequency (beat frequency) f _CR = f _c - f _g , where f _c is the frequency of the received microwave signal, is removed from the drain of the transistor 11.

Принятые сигналы от всех N приемопередатчиков N антенных излучателей суммируются в сумматоре 14 и поступают в приемник 15.Received signals from all N transceivers of N antenna emitters are summed in the adder 14 and fed to the receiver 15.

Выполнение устройства формирования входного излучения, направляемого на матричный модулятор, в виде ансамбля светодиодов, непосредственно конвертирующих СВЧ-сигнал в оптическое излучение, и расположение светодиодов относительно матричного модулятора, позволяющее освещать столбцы (или строки) модулятора с обеспечением временной задержки оптических сигналов, позволяет реализовать механизм прямого преобразования СВЧ-сигнала в оптический сигнал, и существенно упростить конструкцию предлагаемого приемопередающего модуля АФАР. Другим фактором, способствующим конструктивному упрощению приемопередающего модуля АФАР, является выполнение излучателей с петлевым возбудителем и соответствующая реализация приемопередатчика в виде достаточно простой схемы с использованием небольшого количества функциональных элементов - фотодиода и двухзатворного полевого транзистора со встроенным каналом.The implementation of the device for the formation of input radiation directed to the matrix modulator, in the form of an ensemble of LEDs that directly convert the microwave signal into optical radiation, and the location of the LEDs relative to the matrix modulator, which allows to illuminate the columns (or rows) of the modulator with the time delay of the optical signals, allows you to implement the mechanism direct conversion of the microwave signal into an optical signal, and significantly simplify the design of the proposed transceiver module AFAR. Another factor contributing to the structural simplification of the AFAR transceiver module is the implementation of emitters with a loop exciter and the corresponding implementation of the transceiver in the form of a fairly simple circuit using a small number of functional elements - a photodiode and a two-gate field-effect transistor with an integrated channel.

Совокупность указанных выше факторов обуславливает существенное упрощение конструкции заявляемого приемопередающего модуля активной фазированной антенной решетки по сравнению с устройством, принятым в качестве ближайшего аналога.The combination of the above factors leads to a significant simplification of the design of the inventive transceiver module of the active phased array antenna in comparison with the device adopted as the closest analogue.

Следует также отметить, что упрощение приемопередающего модуля АФАР позволяет значительно снизить его стоимость, что особенно важно, в частности, при использовании упомянутого модуля в составе РЛС различного назначения.It should also be noted that the simplification of the AFAR transceiver module can significantly reduce its cost, which is especially important, in particular, when using the said module as part of a radar for various purposes.

Claims

1. The transceiver module of the active phased antenna array containing a spatial spatial optical modulator with a control device, an array of microlenses, a multi-channel fiber optic fiber connected to the outputs of the inputs of the transceivers, which are connected by their outputs to the emitters of the microwave signal and to the receiving device, while the number of transceivers is the number of emitters of the microwave signal, characterized in that it is equipped with a switch with a control device connected to a microwave signal generator; matrix spatial optical modulator is made in the form of a matrix of dimension N × M, where N is the number of microwave emitters in the active phased array, and M is the number of radiation sources associated with the output of the switch and arranged to illuminate the pixels of the matrix modulator, said sources emissions are at different distances from the matrix modulator; the microwave signal emitter is made with a loop exciter, and each transceiver is formed by a photodiode, the input of which is the input of the transceiver, and a two-gate field-effect transistor with an integrated channel, one gate of which is connected to the output of the photodiode.

2. The transceiver module of the active phased array antenna according to claim 1, characterized in that the matrix spatial optical modulator contains M columns and N rows, and the radiation sources are oriented in space with the possibility of illumination by the kth radiation source of all pixels of the kth column.

3. The transceiver module of the active phased array antenna according to claim 1, characterized in that the matrix spatial optical modulator contains N columns and M rows, and the radiation sources are oriented in space with the possibility of illumination by the kth radiation source of all pixels of the kth row.

4. The transceiver module of the active phased antenna array according to claim 1, characterized in that the radiation sources are made in the form of LEDs.

5. The transceiver module of the active phased antenna array according to claim 1, characterized in that the matrix spatial optical modulator is made of liquid crystal.