RU2659611C1 - Ultra-wideband active antenna array with electronic scanning - Google Patents
Ultra-wideband active antenna array with electronic scanning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659611C1 RU2659611C1 RU2017107157A RU2017107157A RU2659611C1 RU 2659611 C1 RU2659611 C1 RU 2659611C1 RU 2017107157 A RU2017107157 A RU 2017107157A RU 2017107157 A RU2017107157 A RU 2017107157A RU 2659611 C1 RU2659611 C1 RU 2659611C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultra
- wideband
- receiving
- output
- input
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 7
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
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
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокационных, связных, радиопеленгационных системах, в комплексах радиоэлектронной борьбы и других радиотехнических системах (комплексах) в качестве приемопередающей, а также приемной или передающей, сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием. Приемопередающая антенная решетка является сверхширокополосной, если она излучает и принимает сигнал, ширина спектра которого fв-fн не менее 500 МГц или относительная полоса частот у которого не менее 0,2, где γ=2(fв-fн)/(fв+fн), fв и fн - верхняя и нижняя частоты сигнала, на которых спектральная плотность мощности на 10 дБ меньше максимальной (Иммореев И.Я. Сверхширокополосные радары. Особенности и возможности. - Радиотехника и электроника. 2009, т. 54, №1, с. 5-31).The invention relates to radio engineering, in particular to antenna technology, and can be used in radar, communications, radio direction finding systems, electronic warfare complexes and other radio engineering systems (complexes) as a transceiver, as well as a receiving or transmitting, ultra-wide active antenna array with electric by scanning. The transceiver antenna array is ultra-wideband if it emits and receives a signal whose spectrum width f in -f n is not less than 500 MHz or the relative frequency band which is not less than 0.2, where γ = 2 (f in -f n ) / ( f in + f n ), f in and f n - the upper and lower frequencies of the signal at which the power spectral density is 10 dB less than the maximum (Immoreev I.Ya. Ultra-wideband radars. Features and capabilities. - Radio engineering and electronics. 2009, t . 54, No. 1, pp. 5-31).
Из известных устройств наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является антенная решетка (см. SAKAI FUMINORI, ОНТА KAZUO. SAKURA TECH CORP. EP 2337151. ARRAY ANTENNA), выбранная в качестве прототипа. Известное устройство является сверхширокополосной активной антенной решеткой с электрическим сканированием, которая может быть использована в качестве приемопередающей, а также приемной или передающей, обеспечивающей широкоугольное сканирование. В вариантах, приведенных на фиг. 7, 8, 13 в указанном патенте, сверхширокополосная активная антенная решетка с электрическим сканированием содержит пары приемного и передающего каналов, в которых к входу приемного канала и выходу передающего канала подсоединен один и тот же сверхширокополосный излучающий элемент антенной решетки для пары приемного и передающего каналов, генераторы сверхширокополосного сигнала в передающих каналах, устройства задержки и выключатели в приемных и передающих каналах, сумматор, систему запуска генераторов сверхширокополосного сигнала, систему контроля и управления. Сверхширокополосный излучающий элемент антенной решетки для пары приемного и передающего каналов соединен с портом циркулятора, у которого вход соединен с выходом генератора сверхширокополосного сигнала, а выход - со входом корреляционного детектора. Система контроля и управления, как приведено на фиг. 16 и 18 в указанном патенте, выполнена с охватом устройств задержки и контролем величины задержки непосредственно в устройствах задержки.Of the known devices, the closest set of features to the invention is the antenna array (see SAKAI FUMINORI, ONTA KAZUO. SAKURA TECH CORP. EP 2337151. ARRAY ANTENNA), selected as a prototype. The known device is an ultra-wideband active antenna array with electric scanning, which can be used as a transceiver, as well as receiving or transmitting, providing wide-angle scanning. In the embodiments of FIG. 7, 8, 13 in the said patent, an ultra-wide active antenna array with electric scanning contains pairs of receiving and transmitting channels in which the same ultra-wide radiating antenna element for the pair of receiving and transmitting channels is connected to the input of the receiving channel and the output of the transmitting channel, generators of an ultra-wideband signal in the transmitting channels, delay devices and switches in the receiving and transmitting channels, an adder, a start-up system of generators of an ultra-wideband signal, subject for monitoring and control. The ultrawideband radiating element of the antenna array for a pair of receiving and transmitting channels is connected to the port of the circulator, in which the input is connected to the output of the generator of the ultra-wideband signal, and the output to the input of the correlation detector. The monitoring and control system, as shown in FIG. 16 and 18 in the aforementioned patent, is made with the coverage of delay devices and control of the delay value directly in the delay devices.
Циркуляторы, соединенные со сверхширокополосными излучающими элементами антенной решетки для пар приемного и передающего каналов, обладают малой относительной полосой частот (менее единицы), что приводит к уменьшению относительной полосы частот в передающем и приемном режимах антенной решетки так, что известная приемопередающая сверхширокополосная активная антенная решетка с электрическим сканированием, работающая, как приведено в указанном патенте, на частоте около 25 ГГц и имеющая полосу пропускания не менее 500 МГц, реализует относительную полосу частот около нескольких процентов, но не может реализовать относительную полосу частот порядка единицы и более. Корреляционные детекторы в приемных каналах преобразуют частоту сигнала, принятого антенной решеткой, вниз в диапазон видеочастот, что приводит к уменьшению относительной полосы частот в приемном режиме антенной решетки.Circulators connected to ultra-wideband radiating elements of the antenna array for pairs of receiving and transmitting channels have a small relative frequency band (less than unity), which leads to a decrease in the relative frequency band in the transmitting and receiving modes of the antenna array so that the known transceiver ultra-wideband active antenna array with electric scanning, operating, as described in the said patent, at a frequency of about 25 GHz and having a bandwidth of at least 500 MHz, implements the relative Tel'nykh band frequencies around a few percent, but can not realize the relative bandwidth of the order of unity or greater. Correlation detectors in the receiving channels convert the frequency of the signal received by the antenna array down into the range of video frequencies, which leads to a decrease in the relative frequency band in the receiving mode of the antenna array.
Генераторы сверхширокополосного сигнала, работающие на частоте около 25 ГГц, обладают малой мощностью (импульсная мощность выходного сигнала генератора не более 50 Вт, средняя мощность не более 0,1 Вт), что приводит к малой излучаемой мощности антенной решетки и, как следствие, к малой дальности действия радиотехнической системы, содержащей известную антенную решетку. При использовании мощных генераторов сверхширокополосного сигнала (например, импульсная мощность 80 кВт, средняя мощность 25 Вт), работающих на частотах ниже 10 ГГц, в известной приемопередающей сверхширокополосной активной антенной решетке с электрическим сканированием не обеспечивается сверхширокая относительная полоса частот порядка единицы и более из-за узкополосности циркуляторов. Поэтому известная антенная решетка с малой излучаемой мощностью используется в радиотехнических системах малой дальности действия, указанных в патенте.Ultra-wideband signal generators operating at a frequency of about 25 GHz have low power (pulsed power of the generator output signal is not more than 50 W, average power is not more than 0.1 W), which leads to a small radiated power of the antenna array and, as a result, to a small the range of the radio system containing the known antenna array. When using powerful generators of ultra-wideband signal (for example, pulsed power of 80 kW, average power of 25 W) operating at frequencies below 10 GHz, an ultra-wide relative frequency band of the order of one or more is not provided in the known transceiver ultra-wideband active antenna array with electric scanning narrowband circulators. Therefore, the known antenna array with low radiated power is used in the radio systems of short range specified in the patent.
Система контроля и управления в известной антенной решетке не контролирует и при необходимости не корректирует величины суммарной задержки в приемных и передающих каналах, так как не контролирует и при необходимости не корректирует величины задержки в сверхширокополосных излучающих элементах, циркуляторах, корреляционных детекторах и генераторах сверхширокополосного сигнала, что приводит к уменьшению чувствительности сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием в приемном режиме и уменьшению потенциала сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием в передающем режиме из-за отклонений величин суммарной задержки в приемных и передающих каналах в процессе эксплуатации от требуемых величин задержки. Термин «потенциал активной антенной решетки» известен (см. Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д.И. Воскресенского и А.И. Канащенкова. - М.: Радиотехника, 2004).The monitoring and control system in the known antenna array does not control and, if necessary, does not correct the total delay in the receiving and transmitting channels, since it does not control and, if necessary, does not adjust the delay in the ultra-wideband radiating elements, circulators, correlation detectors, and ultra-wideband signal generators, which leads to a decrease in the sensitivity of the ultra-wideband active antenna array with electric scanning in the receiving mode and to a decrease in the potential the ultra wideband active antenna array with electric scanning in the transmitting mode due to deviations of the total delay values in the receiving and transmitting channels during operation from the required delay values. The term "potential of an active antenna array" is known (see Active phased antenna arrays / Edited by DI Voskresensky and AI Kanaschenkov. - M .: Radio engineering, 2004).
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание приемопередающей сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием, обеспечивающей широкоугольное сканирование и увеличение относительной полосы частот в приемном и передающем режимах, излучаемой мощности, чувствительности в приемном режиме, потенциала в передающем режиме сверхширокополосной антенной решетки. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в увеличении относительной полосы частот в приемном и передающем режимах, излучаемой мощности, чувствительности в приемном режиме, потенциала в передающем режиме сверхширокополосной антенной решетки, обеспечивающей широкоугольное сканирование.The problem to which the invention is directed, is the creation of a transceiver ultra-wideband active antenna array with electric scanning, which provides wide-angle scanning and an increase in the relative frequency band in the receiving and transmitting modes, radiated power, sensitivity in the receiving mode, potential in the transmitting mode of the ultra-wideband antenna array. The technical result achieved by the invention is to increase the relative frequency band in the receiving and transmitting modes, the radiated power, the sensitivity in the receiving mode, the potential in the transmitting mode of an ultra-wideband antenna array providing wide-angle scanning.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Заявляемая сверхширокополосная активная решетка с электрическим сканированием содержит, так же как и прототип, пары приемного и передающего каналов, в которых к входу приемного канала и выходу передающего канала подсоединен один и тот же сверхширокополосный излучающий элемент антенной решетки для пары приемного и передающего каналов, генераторы сверхширокополосного сигнала в передающих каналах, устройства задержки и выключатели в приемных и передающих каналах, сумматор, систему запуска генераторов сверхширокополосного сигнала, систему контроля и управления.The inventive ultra-wideband active array with electric scanning contains, as well as the prototype, pairs of receiving and transmitting channels in which the same ultra-wide radiating element of the antenna array for a pair of receiving and transmitting channels is connected to the input of the receiving channel and the output of the transmitting channel, and the generators of the ultra-wideband the signal in the transmitting channels, delay devices and switches in the receiving and transmitting channels, the adder, the trigger system of the ultra-wideband signal generators, sys monitoring and control him.
В отличие от прототипа введены самоуправляемые сверхширокополосные антенные переключатели, самоуправляемые сверхширокополосные ограничители мощности СВЧ, сверхширокополосные малошумящие усилители, сверхширокополосные передающие оптоэлектронные модули, сверхширокополосный приемный оптоэлектронный модуль, контрольный сверхширокополосный излучатель, опорный генератор сверхширокополосного сигнала, сверхширокополосные ответвители, сверхширокополосный измеритель задержки, при этом устройства задержки в приемных каналах выполнены сверхширокополосными электронными и оптическими, выключатели в приемных каналах выполнены сверхширокополосными, сумматор выполнен оптическим, при этом сверхширокополосный излучающий элемент антенной решетки для пары приемного и передающего каналов соединен с портом самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя, у которого вход соединен с выходом генератора сверхширокополосного сигнала, а выход - с входом самоуправляемого сверхширокополосного ограничителя мощности СВЧ, выход которого соединен с входом сверхширокополосного малошумящего усилителя, выход которого соединен с входом сверхширокополосного электронного устройства задержки, выход которого соединен с входом сверхширокополосного выключателя, выход которого соединен с входом сверхширокополосного передающего оптоэлектронного модуля, выход которого соединен с входом сверхширокополосного оптического устройства задержки, выход которого соединен с входом оптического сумматора, выход которого соединен с входом сверхширокополосного приемного оптоэлектронного модуля, выход которого соединен с входом первого сверхширокополосного ответвителя, у которого первый выход является выходом сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием, а второй - соединен с первым входом сверхширокополосного измерителя задержки, у которого второй вход соединен с выходом второго сверхширокополосного ответвителя, а выход - с системой контроля и управления. Притом вход второго сверхширокополосного ответвителя соединен с выходом опорного генератора сверхширокополосного сигнала, а порт второго сверхширокополосного ответвителя соединен с контрольным сверхширокополосным излучателем, который расположен в области приема и передачи сверхширокополосных излучающих элементов антенной решетки для пар приемных и передающих каналов. При этом самоуправляемый сверхширокополосный антенный переключатель включает в себя первую и вторую линии передачи СВЧ и группу быстродействующих pin-диодов, включенных с одинаковой полярностью, полюс которой, одноименный с полярностью выходного сигнала генератора сверхширокополосного сигнала, соединен с выходом первой линии передачи СВЧ, вход которой соединен с входом самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя, а полюс которой, разноименный с полярностью выходного сигнала генератора сверхширокополосного сигнала, соединен непосредственно со второй линией передачи СВЧ, у которой порт соединен с портом самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя, а выход - с его выходом.In contrast to the prototype, self-guided ultra-wideband antenna switches, self-guided ultra-wideband microwave power limiters, ultra-wideband low-noise amplifiers, ultra-wideband transmitting optoelectronic modules, an ultra-wideband receiving optoelectronic module, a control ultra-wideband emitter, an ultra-wideband delay reference generator, an ultra-wideband delay signal generator in the receiving channels They are ultra-wideband electronic and optical, the switches in the receiving channels are ultra-wideband, the adder is optical, and the ultra-wideband radiating element of the antenna array for a pair of receiving and transmitting channels is connected to the port of the self-governing ultra-wideband antenna switch, at which the input is connected to the output of the ultra-wideband signal generator, and - with the input of a self-governing super-wide microwave power limiter, the output of which is connected to the super-wide input a low-noise low-bandwidth amplifier whose output is connected to an input of an ultra-wideband electronic delay device, the output of which is connected to an input of an ultra-wide-band transmitting optoelectronic module, the output of which is connected to an input of an ultra-wide-band optical delay device, the output of which is connected to the input of an optical adder, the output of which is connected to the input of an ultra-wideband receiving optoelectronic module, the output of which is It is connected to the input of the first ultra-wideband coupler, the first output of which is the output of the ultra-wideband active antenna array with electric scanning, and the second is connected to the first input of the ultra-wide delay meter, in which the second input is connected to the output of the second ultra-wide coupler and the output to the monitoring system and management. Moreover, the input of the second ultra-wideband coupler is connected to the output of the reference generator of the ultra-wideband signal, and the port of the second ultra-wideband coupler is connected to the control ultra-wideband emitter, which is located in the area of reception and transmission of the ultra-wideband radiating elements of the antenna array for pairs of receiving and transmitting channels. In this case, the self-governing ultra-wideband antenna switch includes the first and second microwave transmission lines and a group of high-speed pin diodes connected with the same polarity, the pole of which, with the same name as the polarity of the output signal of the ultra-wideband signal generator, is connected to the output of the first microwave transmission line, the input of which is connected with the input of a self-governing super-wideband antenna switch, and the pole of which, unlike the polarity of the output signal of the ultra-wideband generator a, it is connected directly to the second microwave transmission line, in which the port is connected to the port of the self-controlled ultra-wideband antenna switch, and the output is connected to its output.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием; на фиг. 2 - структурная схема и схема подключения самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя предлагаемой сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием; на фиг. 3 - варианты схемы включения группы быстродействующих pin-диодов в самоуправляемом сверхширокополосном антенном переключателе (а-ж при положительной полярности выходного сигнала генератора сверхширокополосного сигнала; и-р при отрицательной полярности выходного сигнала генератора сверхширокополосного сигнала).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a structural diagram of the proposed ultra-wideband active antenna array with electrical scanning; in FIG. 2 is a block diagram and a connection diagram of a self-guided ultra-wideband antenna switch of the proposed ultra-wideband active antenna array with electric scanning; in FIG. 3 - options for switching on a group of high-speed pin diodes in a self-governing ultra-wideband antenna switch (w-with a positive polarity of the output signal of the ultra-wide-band signal generator; and -p with a negative polarity of the output signal of the ultra-wide-band signal generator).
Предлагаемая сверхширокополосная активная антенная решетка с электрическим сканированием (фиг. 1) содержит, так же как и прототип, пары приемного 1 и передающего 2 каналов, в которых к входу приемного канала 1 и выходу передающего канала 2 подсоединен один и тот же сверхширокополосный излучающий элемент антенной решетки 3 для пары приемного 1 и передающего 2 каналов, генераторы сверхширокополосного сигнала 4 в передающих каналах 2, устройства задержки 5, 6, 7 и выключатели 8, 9 в приемных и передающих каналах 1, 2, сумматор 10, систему запуска 11 генераторов сверхширокополосного сигнала 4, систему контроля и управления 12.The proposed ultra-wideband active antenna array with electric scanning (Fig. 1) contains, like the prototype, pairs of receiving 1 and transmitting 2 channels, in which the same ultra-wide-band radiating element is connected to the input of the receiving channel 1 and the output of the transmitting
В отличие от прототипа в предлагаемую сверхширокополосную активную антенную решетку с электрическим сканированием введены самоуправляемые (не требующие внешнего управления) сверхширокополосные антенные переключатели 13, самоуправляемые сверхширокополосные ограничители мощности СВЧ 14, сверхширокополосные малошумящие усилители 15, сверхширокополосные передающие оптоэлектронные модули 16, сверхширокополосный приемный оптоэлектронный модуль 17, контрольный сверхширокополосный излучатель 18, опорный генератор сверхширокополосного сигнала 19, сверхширокополосные ответвители 20, 21, сверхширокополосный измеритель задержки 22.Unlike the prototype, the proposed ultra-wideband active antenna array with electric scanning includes self-governing (not requiring external control)
Устройства задержки 5, 6 в приемных каналах 1 выполнены сверхширокополосными электронными 5 и оптическими 6, выключатели 8 в приемных каналах 1 выполнены сверхширокополосными, сумматор 10 выполнен оптическим.
Сверхширокополосный излучающий элемент антенной решетки 3 для пары приемного 1 и передающего 2 каналов соединен с портом самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя 13, у которого вход соединен с выходом генератора сверхширокополосного сигнала 4, а выход - с входом самоуправляемого сверхширокополосного ограничителя мощности СВЧ 14, выход которого соединен с входом сверхширокополосного малошумящего усилителя 15, выход которого соединен с входом сверхширокополосного электронного устройства задержки 5, выход которого соединен с входом сверхширокополосного выключателя 8, выход которого соединен с входом сверхширокополосного передающего оптоэлектронного модуля 16, выход которого соединен с входом сверхширокополосного оптического устройства задержки 6, выход которого соединен с входом оптического сумматора 10, выход которого соединен с входом сверхширокополосного приемного оптоэлектронного модуля 17, выход которого соединен с входом первого сверхширокополосного ответвителя 20, у которого первый выход является выходом сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием, а второй - соединен с первым входом сверхширокополосного измерителя задержки 22, у которого второй вход соединен с выходом второго сверхширокополосного ответвителя 21, а выход - с системой контроля и управления 12. Притом вход второго сверхширокополосного ответвителя 21 соединен с выходом опорного генератора сверхширокополосного сигнала 19, а порт второго сверхширокополосного ответвителя 21 соединен с контрольным сверхширокополосным излучателем 18, который расположен в области приема и передачи сверхширокополосных излучающих элементов антенной решетки 3 для пар приемных 1 и передающих 2 каналов.The ultrawideband radiating element of the
Самоуправляемый сверхширокополосный антенный переключатель 13 включает в себя первую 24 и вторую 25 линии передачи СВЧ и группу быстродействующих pin-диодов 26 (см. фиг. 2). Термин «pin-диод» известен (см. Б.В. Сестрорецкий, Ю.А. Синьков. Микроминиатюризация СВЧ-устройств. М.: Машиностроение, 1973).Self-controlled
Группа 26 содержит один или более быстродействующих pin-диодов; быстродействующие pin-диоды включены в группе 26 с одинаковой полярностью (см. фиг. 3, где даны варианты включения pin-диодов). Полюс A группы быстродействующих pin-диодов 26, одноименный с полярностью выходного сигнала генератора сверхширокополосного сигнала 4, соединен с выходом первой линии передачи СВЧ 24. Вход первой линии передачи СВЧ 24 соединен с входом самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя 13. Полюс B группы быстродействующих pin-диодов 26, разноименный с полярностью выходного сигнала генератора сверхширокополосного сигнала 4, соединен непосредственно со второй линией передачи СВЧ 25. Порт второй линии передачи СВЧ 25 соединен с портом самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя 13, а выход второй линии передачи СВЧ 25 соединен с выходом самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя 13.
Питаемые элементы сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием подключены к устройству питания 23 (линии подключения к устройству питания 23 на фиг. 1 не показаны).The feed elements of the ultra-wideband active antenna array with electric scanning are connected to the power device 23 (the connection lines to the
Предлагаемая сверхширокополосная активная антенная решетка с электрическим сканированием работает следующим образом.The proposed ultra-wideband active antenna array with electrical scanning operates as follows.
В передающем режиме работы при подаче напряжения питания на питаемые элементы сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием генератор импульса запуска 27 системы запуска 11 генераторов сверхширокополосного сигнала 4 формирует по команде системы контроля и управления 12 на входе разветвителя 28 системы запуска 11 генераторов сверхширокополосного сигнала 4 импульс запуска, который повторяется разветвителем 28 на входе выключателя 29 и повторяется синхронно на входах устройств задержки 7 в передающих каналах 2 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием. Импульс запуска задерживается устройством задержки 7 в передающем канале 2 антенной решетки относительно времени формирования импульса запуска на его входе на определенное время, установленное цифровыми данными, поступившими в данное устройство задержки 7 от системы контроля и управления 12.In the transmitting mode of operation, when the supply voltage is supplied to the fed elements of an ultra-wideband active antenna array with electric scanning, the
В передающем канале 2 задержанный импульс запуска с выхода устройства задержки 7 через открытый выключатель 9 поступает на вход генератора сверхширокополосного сигнала 4, который при этом формирует на полюсе A группы быстродействующих pin-диодов 26 самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя 13 (фиг. 2) сверхширокополосный сигнал СВЧ в виде однополярного импульса напряжения или перепада напряжений, который открывает pin-диоды группы быстродействующих pin-диодов 26 и через полюс B группы быстродействующих диодов 26 поступает во вторую линию передачи СВЧ 25 самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя 13, по которой первая часть сверхширокополосного сигнала в виде однополярного импульса напряжения или перепада напряжений поступает в сверхширокополосный излучающий элемент антенной решетки 3, а вторая часть поступает на вход самоуправляемого сверхширокополосного ограничителя мощности СВЧ 14. Первая часть сверхширокополосного сигнала в виде однополярного импульса напряжения или перепада напряжений возбуждает в сверхширокополосном излучающем элементе антенной решетки 3 перемещающийся от антенного переключателя 13 к апертуре сверхширокополосного излучающего элемента антенной решетки 3 импульс электромагнитного поля, который излучается в пространство, а вторая часть сверхширокополосного сигнала в виде однополярного импульса напряжения или перепада напряжений ослабляется в самоуправляемом сверхширокополосном ограничителе мощности СВЧ 14 до уровня, безопасного для работы сверхширокополосного малошумящего усилителя 15.In the transmitting
Импульсы электромагнитного поля, излученные сверхширокополосными излучающими элементами антенной решетки 3, суммируются в пространстве и формируют, при определенной разности между временами задержки в передающих каналах 2, луч антенной решетки в передающем режиме. Луч сканирует двумерный сектор пространства в передающем режиме при определенном изменении разности между временами задержки в передающих каналах 2, устанавливаемом цифровыми данными, поступающими в устройства задержки 7 передающих каналов 2 от системы контроля и управления 12 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием.The electromagnetic field pulses emitted by the ultra-wideband radiating elements of the
В приемном режиме работы электромагнитная волна, пришедшая от объекта на сверхширокополосные излучающие элементы антенной решетки 3, возбуждает на входах приемных каналов 1 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием принятые сигналы СВЧ, задержанные друг относительно друга на определенные промежутки времени, зависящие от направления приема.In the receiving operating mode, an electromagnetic wave arriving from the object to the ultra-wideband radiating elements of the
В приемном канале 1 антенной решетки принятый сигнал проходит через вторую линию передачи СВЧ 25 самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя 13 на его выход, и малая часть принятого сигнала проходит через закрытые pin-диоды группы быстродействующих pin-диодов 26 и первую линию передачи СВЧ 24 на вход самоуправляемого антенного переключателя 13 (см. фиг. 2), а с выхода самоуправляемого сверхширокополосного антенного переключателя 13 принятый сигнал проходит через самоуправляемый сверхширокополосный ограничитель мощности СВЧ 14, усиливается сверхширокополосным малошумящим усилителем 15 и задерживается сверхширокополосным электронным устройством задержки 5 на время, установленное цифровыми данными, поступившими от системы контроля и управления 12 в данное сверхширокополосное электронное устройство задержки 5, с выхода которого принятый сигнал через открытый сверхширокополосный выключатель 8 проходит на вход сверхширокополосного передающего оптоэлектронного модуля 16 и преобразуется им в оптический сигнал, который задерживается сверхширокополосным оптическим устройством задержки 6 на такое время, установленное цифровыми данными, поступившими от системы контроля и управления 12 в данное сверхширокополосное оптическое устройство задержки 6, при котором оптические сигналы становятся синхронными на выходах сверхширокополосных оптических устройств задержки 6 в приемных каналах 1 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием.In the receiving channel 1 of the antenna array, the received signal passes through the second
Синхронные оптические сигналы, поступающие с выходов сверхширокополосных оптических устройств задержки 6 в приемных каналах 1 на входы оптического сумматора 10, суммируются им, а с его выхода суммарный оптический сигнал проходит на вход сверхширокополосного приемного оптоэлектронного модуля 17 и преобразуется им в сигнал СВЧ, который проходит через первый сверхширокополосный ответвитель 20 так, что первая часть сигнала СВЧ проходит на второй выход первого сверхширокополосного ответвителя 20 и далее - на вход второго ответвителя 21, а вторая часть сигнала СВЧ проходит на первый выход первого сверхширокополосного ответвителя 20, являющийся выходом сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием.Synchronous optical signals coming from the outputs of the ultra-wideband
Для установления требуемого направления приема оптические сигналы до суммирования оптическим сумматором 10 синхронизируются на выходах сверхширокополосных оптических устройств задержки 6 в приемных каналах 1 по соответствующему суммарному времени задержки, установленному цифровыми данными, поступившими от системы контроля и управления 12 в сверхширокополосные электронные и оптические устройства задержки 5 и 6 в приемных каналах 1 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием. Направление приема сканирует двумерный сектор пространства при определенном изменении разности между временами задержки, устанавливаемом цифровыми данными, поступающими в устройства задержки 5 и 6 приемных каналов 2 от системы контроля и управления 12 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием.To establish the desired direction of reception, the optical signals before being summed by the
В режиме контроля величины задержки в одном проверяемом передающем канале 2 при открытом выключателе 9 и при закрытых выключателях 9 в остальных передающих каналах 2 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием, импульс электромагнитного поля, излученный сверхширокополосным излучающим элементом антенной решетки 3, возбуждает на порте контрольного сверхширокополосного излучателя 18 принятый контрольный сигнал СВЧ, задержанный на промежуток времени, зависящий для проверяемого передающего канала 2 от положения сверхширокополосного излучающего элемента антенной решетки 3 относительно контрольного сверхширокополосного излучателя 18 и величины задержки, установленной цифровыми данными, поступившими в устройство задержки 7 проверяемого передающего канала 2 от системы контроля и управления 12. Часть контрольного сигнала СВЧ через порт второго сверхширокополосного ответвителя 21 поступает на второй вход сверхширокополосного измерителя задержки 22. Импульс запуска с входа открытого выключателя 29 поступает на вход опорного генератора сверхширокополосного сигнала 19, который при этом формирует на входе второго сверхширокополосного ответвителя 21 сверхширокополосный сигнал СВЧ в виде однополярного импульса напряжения или перепада напряжений, часть которого поступает на второй вход сверхширокополосного измерителя задержки 22.In the control mode of the delay value in one checked transmitting
Значение времени между поступлением на второй вход сверхширокополосного измерителя задержки 22 части контрольного сигнала СВЧ и части сверхширокополосного сигнала СВЧ в виде однополярного импульса напряжения или перепада напряжений преобразуется сверхширокополосным измерителем задержки 22 в цифровые данные, поступающие с его выхода в систему контроля и управления 12, где регистрируются, обрабатываются, преобразуются и, при отклонении величины задержки в проверяемом передающем канале 2 в процессе эксплуатации от требуемой величины задержки, поступают в устройство задержки 7 проверяемого передающего канала 2, корректируя величину задержки в проверяемом передающем канале 2. Контроль и корректировка величин задержки в других передающих каналах 2 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием проводится аналогичным образом поочередно.The time between the input to the second input of the
В режиме контроля величины задержки в приемных каналах 1 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием импульс запуска с входа открытого выключателя 29 поступает на вход опорного генератора сверхширокополосного сигнала 19, который при этом формирует на входе второго сверхширокополосного ответвителя 21 сверхширокополосный сигнал СВЧ в виде однополярного импульса напряжения или перепада напряжений, первая часть которого поступает на порт второго сверхширокополосного ответвителя 21, далее - в контрольный сверхширокополосный излучатель 18, и возбуждает в нем перемещающийся к апертуре контрольного сверхширокополосного излучателя 18 импульс электромагнитного поля, который излучается в пространство и возбуждает на входах приемных каналов 1 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием принятые контрольные сигналы СВЧ, задержанные на промежутки времени, зависящие от положения сверхширокополосных излучающих элементов антенной решетки 3 приемных каналов 1 относительно контрольного сверхширокополосного излучателя 18, а вторая часть сверхширокополосного сигнала СВЧ в виде однополярного импульса напряжения или перепада напряжений поступает на выход второго сверхширокополосного ответвителя 21, далее - на вход сверхширокополосного измерителя задержки 22. В одном проверяемом приемном канале 1 при открытом сверхширокополосном выключателе 8 и при закрытых сверхширокополосных выключателях 8 в остальных приемных каналах 1 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием, принятый контрольный сигнал СВЧ, как и в приемном режиме антенной решетки, проходит на вход первого сверхширокополосного ответвителя 20, и первая часть контрольного сигнала СВЧ проходит на второй выход сверхширокополосного ответвителя 20 и далее - на первый вход сверхширокополосного измерителя задержки 22.In the control mode of the delay in the receiving channels 1 of the ultra-wideband active antenna array with electric scanning, the start pulse from the input of the
Значение времени между поступлением на второй вход сверхширокополосного измерителя задержки 22 части контрольного сигнала СВЧ и части сверхширокополосного сигнала СВЧ в виде однополярного импульса напряжения или перепада напряжений преобразуется сверхширокополосным измерителем задержки 22 в цифровые данные, поступающие с его выхода в систему контроля и управления 12, где регистрируются, обрабатываются, преобразуются и, при отклонении величины задержки в проверяемом приемном канале 1 в процессе эксплуатации от требуемой величины задержки, поступают в устройства задержки 5, 6 проверяемого приемного канала 1, корректируя величину задержки в проверяемом приемном канале 1. Контроль и корректировка величин задержки в других приемных каналах 1 сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием проводится аналогичным образом поочередно.The time between the input to the second input of the
От устройства питания 23 к питаемым элементам сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием подводится напряжение питания (линии подключения к устройству питания 23 на фиг. 1 не показаны).From the
Сверхширокополосный излучающий элемент антенной решетки может излучать и принимать импульсы электромагнитного поля длительностью 1 нс, спектр которых составляет от 0,5 до 2,5 ГГц по уровню минус 10 дБ относительно максимального значения и относительная полоса частот которых более 1,3, и иметь диаграмму направленности шириной 120 градусов, обеспечивающую широкоугольное сканирование в секторе углов 120 градусов в приемном и передающем режимах антенной решетки.An ultra-wide-band radiating element of the antenna array can emit and receive pulses of an electromagnetic field of 1 ns duration, the spectrum of which is from 0.5 to 2.5 GHz at a level of minus 10 dB relative to the maximum value and the relative frequency band of which is more than 1.3, and have a radiation pattern 120 degrees wide, providing wide-angle scanning in the sector of angles of 120 degrees in the receiving and transmitting modes of the antenna array.
Экспериментальные исследования компонентов предложенной приемопередающей антенной решетки показали следующее: диапазон изменения задержек в каналах предложенной приемопередающей активной антенной решетки составляет от 0 до 40 нс и, благодаря этому, обеспечивается широкоугольное сканирование в секторе углов более 120 градусов в приемном и передающих режимах; самоуправляемый сверхширокополосный антенный переключатель и другие сверхширокополосные компоненты предложенной приемопередающей антенной решетки имеют полосу рабочих частот от 200 МГц до 4 ГГц; сверхширокополосный сигнал на выходе использованных генераторов сверхширокополосного сигнала в передающих каналах антенной решетки имеет импульсную мощность около 8 кВт и полосу рабочих частот от 200 МГц до 4 ГГц; использованные сверхширокополосные малошумящие усилители в приемных каналах антенной решетки имеют коэффициент шума не более 1,6 дБ в полосе рабочих частот от 200 МГц до 4 ГГц. При использовании мощных генераторов сверхширокополосного сигнала (например, импульсная мощность 80 кВт, средняя мощность 25 Вт), работающих на частотах ниже 3 ГГц, в предложенной приемопередающей сверхширокополосной активной антенной решетке с электрическим сканированием обеспечивается как сверхширокая относительная полоса частот более единицы в приемном и передающем режимах, так и высокое значение излучаемой мощности (например, при наличии трехсот пар приемного и передающего каналов, в которых к входу приемного канала и выходу передающего канала подсоединен один и тот же сверхширокополосный излучающий элемент антенной решетки для пары приемного и передающего каналов, суммарная импульсная и средняя мощность импульса электромагнитного поля длительностью 1 нс, излучаемого в пространство с переменной частотой повторения при средней частоте повторения 1 МГц, могут составлять соответственно 4,5 МВт и 2,25 кВт). Поэтому предложенная антенная решетка с большой излучаемой мощностью может использоваться в радиотехнических системах большой дальности действия до нескольких сотен километров.Experimental studies of the components of the proposed transceiver antenna array showed the following: the range of delay delays in the channels of the proposed transceiver active antenna array is from 0 to 40 ns and, due to this, wide-angle scanning is provided in the sector of angles of more than 120 degrees in the receiving and transmitting modes; self-governing ultra-wideband antenna switch and other ultra-wideband components of the proposed transceiver antenna array have a working frequency band from 200 MHz to 4 GHz; an ultra-wideband signal at the output of the used ultra-wideband signal generators in the transmitting channels of the antenna array has a pulse power of about 8 kW and an operating frequency band from 200 MHz to 4 GHz; used ultra-wideband low-noise amplifiers in the receiving channels of the antenna array have a noise figure of not more than 1.6 dB in the operating frequency band from 200 MHz to 4 GHz. When using powerful generators of ultra-wideband signal (for example, pulsed power of 80 kW, average power of 25 W) operating at frequencies below 3 GHz, the proposed transceiving ultra-wideband active antenna array with electric scanning provides as an ultra-wide relative frequency band of more than one in the receiving and transmitting modes , and the high value of the radiated power (for example, if there are three hundred pairs of receiving and transmitting channels in which the input of the receiving channel and the output of the transmitting the same ultrawideband radiating element of the antenna array for a pair of receiving and transmitting channels is connected, the total pulse and average power of an electromagnetic field pulse of 1 ns duration emitted into a space with a variable repetition rate at an average repetition frequency of 1 MHz can be 4, 5 MW and 2.25 kW). Therefore, the proposed antenna array with high radiated power can be used in long-range radio systems up to several hundred kilometers.
Система контроля и управления в предложенной антенной решетке контролирует и при необходимости корректирует величины суммарной задержки в приемных и передающих каналах, в том числе величины задержки в сверхширокополосных излучающих элементах, самоуправляемых сверхширокополосных антенных переключателях, самоуправляемых сверхширокополосных ограничителях мощности СВЧ, сверхширокополосных малошумящих усилителях, сверхширокополосных электронных и оптических устройствах задержки, сверхширокополосных выключателях, сверхширокополосных передающих оптоэлектронных модулях, оптическом сумматоре, генераторах сверхширокополосного сигнала, выключателях, устройствах задержки, разветвителе. Это приводит к увеличению чувствительности сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием в приемном режиме и увеличению потенциала сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием в передающем режиме из-за уменьшения отклонений величин суммарной задержки в приемных и передающих каналах в процессе эксплуатации от требуемых величин задержки.The monitoring and control system in the proposed antenna array monitors and, if necessary, corrects the total delay in the receiving and transmitting channels, including the delay in the ultra-wideband radiating elements, self-controlled ultra-wideband antenna switches, self-controlled ultra-wideband microwave power limiters, ultra-wideband low-noise amplifiers, ultra-wideband and electronic wideband optical delay devices, ultra wideband switches, ultra wideband GOVERNMENTAL transmit optoelectronic modules, the optical combiner, an ultra-wideband signal generators, switches, delay devices splitter. This leads to an increase in the sensitivity of the ultra-wideband active antenna array with electric scanning in the receiving mode and an increase in the potential of the ultra-wideband active antenna array with electric scanning in the transmitting mode due to a decrease in the deviations of the total delay in the receiving and transmitting channels during operation from the required delay values.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает широкоугольное сканирование и, в отличие от прототипа, обеспечивает увеличение относительной полосы частот в приемном и передающем режимах, излучаемой мощности, чувствительности в приемном режиме, потенциала в передающем режиме сверхширокополосной активной антенной решетки с электрическим сканированием.Thus, the proposed technical solution provides wide-angle scanning and, unlike the prototype, provides an increase in the relative frequency band in the receiving and transmitting modes, radiated power, sensitivity in the receiving mode, potential in the transmitting mode of an ultra-wideband active antenna array with electric scanning.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107157A RU2659611C1 (en) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | Ultra-wideband active antenna array with electronic scanning |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107157A RU2659611C1 (en) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | Ultra-wideband active antenna array with electronic scanning |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2659611C1 true RU2659611C1 (en) | 2018-07-03 |
Family
ID=62815499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017107157A RU2659611C1 (en) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | Ultra-wideband active antenna array with electronic scanning |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2659611C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114236623A (en) * | 2021-11-23 | 2022-03-25 | 山东大学 | Underground high-power large-current electromagnetic emission device and working method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1450023A1 (en) * | 1986-11-18 | 1989-01-07 | Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе | Active transmitting grid |
SU1758735A1 (en) * | 1990-07-09 | 1992-08-30 | Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола | Device for controlling beam position of phased array |
SU1112897A1 (en) * | 1983-03-24 | 1996-01-27 | Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова | Multibeam adaptive array of hydraulic radar |
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 |
-
2017
- 2017-03-06 RU RU2017107157A patent/RU2659611C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1112897A1 (en) * | 1983-03-24 | 1996-01-27 | Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова | Multibeam adaptive array of hydraulic radar |
SU1450023A1 (en) * | 1986-11-18 | 1989-01-07 | Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе | Active transmitting grid |
SU1758735A1 (en) * | 1990-07-09 | 1992-08-30 | Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола | Device for controlling beam position of phased 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 (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114236623A (en) * | 2021-11-23 | 2022-03-25 | 山东大学 | Underground high-power large-current electromagnetic emission device and working method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8237604B2 (en) | Virtual beam forming in ultra wideband systems | |
US8559823B2 (en) | Multi-aperture three-dimensional beamforming | |
US5455593A (en) | Efficiently decreasing the bandwidth and increasing the radiated energy of an UWB radar or data link transmission | |
US5239309A (en) | Ultra wideband radar employing synthesized short pulses | |
US8203479B2 (en) | Electronic counter measure system | |
EP2131508A2 (en) | Multicode aperture transmitter/receiver | |
US20050200516A1 (en) | Retrodirective noise-correlating (RNC) radar methods and apparatus | |
RU2451373C1 (en) | Active phased array | |
Cui et al. | Dual-use unimodular sequence design via frequency nulling modulation | |
RU2615996C1 (en) | Super-wide band radar with active multi-frequency antenna array | |
RU2659611C1 (en) | Ultra-wideband active antenna array with electronic scanning | |
Ariza et al. | 60 GHz polarimetric MIMO sensing: Architectures and technology | |
Wilden et al. | MIRA-CLE, an experimental MIMO radar in Ka band | |
US10630322B2 (en) | High power signal communications within a power limit | |
US9874626B2 (en) | Multicode transmitter | |
RU2545168C2 (en) | Multifunctional jamming station | |
KR101912519B1 (en) | Hybrid microwave imaging system and operating method thereof | |
CN111106858B (en) | Device and method for wireless power transmission based on antenna array design | |
Colpitts et al. | Harmonic radar for insect flight pattern tracking | |
RU2777376C1 (en) | Multichannel automated apparatus for countering radar reconnaissance | |
Cetin et al. | Performance comparison of different sparse array configurations for ultra-wideband, near-field imaging applications | |
RU2799903C1 (en) | Multi-frequency inboard station of active interferences | |
Heidary | Ultra-wideband antenna arrays | |
Zhang et al. | Fast threat detection and localization using super-regenerative transceiver in random noise radar | |
RU175040U1 (en) | TRANSMITTER MODULE OF THE ACTIVE PHASED LATTICE |