RU2698957C1 - Control device for ferrite phase changers modular phased array - Google Patents
Control device for ferrite phase changers modular phased array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698957C1 RU2698957C1 RU2018141617A RU2018141617A RU2698957C1 RU 2698957 C1 RU2698957 C1 RU 2698957C1 RU 2018141617 A RU2018141617 A RU 2018141617A RU 2018141617 A RU2018141617 A RU 2018141617A RU 2698957 C1 RU2698957 C1 RU 2698957C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- demagnetization
- phase shifters
- magnetization
- control device
- control
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- 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 области систем распределенного управления положением и формой диаграммы направленности (ДН) плоских, построенных по модульному принципу фазированных антенных решеток (ФАР) проходного или отражательного типа на основе ферритовых фазовращателей.The invention relates to the field of distributed control systems for the position and shape of the radiation pattern (BH) of a plane, built on the modular principle of phased array antennas (HEADLIGHTS) pass-through or reflective type based on ferrite phase shifters.
Известна распределенная система управления лучом, построенная в виде модулей устройств управления лучом (УУЛ), объединенных по совокупности в ФАР и управляемых одним или несколькими блоками управления лучом (БУЛ), отвечающим за трансляцию команд от внешней ЭВМ по каналу RS-422 в команды управления для каждого из модулей УУЛ посредствам SPI интерфейсов, работающих одновременно (патент №2632983, опубл. 25.09.2017). При этом вычисление фазовых сдвигов для группы фазовращателей производится непосредственно в процессорах модулей УУЛ по переданным исходным данным от БУЛ, что хоть и происходит с достаточно высокой скоростью за счет распределения вычисления, тем не менее приводит к необходимости использования высокопроизводительного вычислительного автомата, что сказывается на сложности, надежности, потребляемой мощности и стоимости устройства. К тому же, упомянутое устройство предназначено для управления фазовращателями с одной обмоткой, которая используется как для набора фазы за счет намагничивания феррита, так и обнуления за счет импульса размагничивания, что накладывает некоторые специфические особенности на схему формирователя токовых импульсов обмотки, связанные с необходимостью использования управляемой балластной нагрузки при размагничивании, что сказывается на потреблении мощности и тепловыделении, а также использовании вторичных импульсных источников питания (ИВЭП), влияющих на КПД и уровень генерируемых радио помех.A distributed beam control system is known, constructed in the form of modules of beam control devices (BLC), combined together in the headlamp and controlled by one or more beam control units (BUL), which is responsible for translating commands from an external computer via the RS-422 channel into control commands for of each of the SFM modules by means of SPI interfaces operating simultaneously (patent No. 2632983, publ. September 25, 2017). In this case, the calculation of phase shifts for a group of phase shifters is carried out directly in the processors of the SFM modules according to the transmitted source data from the SFM, which, although it occurs at a fairly high speed due to the distribution of the calculation, nevertheless leads to the need to use a high-performance computing machine, which affects the complexity, reliability, power consumption and cost of the device. In addition, the above-mentioned device is designed to control phase shifters with one winding, which is used both for phase selection due to magnetization of ferrite and zeroing due to the demagnetization pulse, which imposes some specific features on the current shaper circuit of the winding associated with the need to use controlled ballast load during demagnetization, which affects power consumption and heat generation, as well as the use of secondary switching power supplies (IVEP), affecting the efficiency and level of generated radio interference.
Известно устройство управления фазовым распределением в фазированной антенной решетке по патенту №2276435 (опубл. 10.05.2006), в котором при расчете фазового распределения фазовращателей используется строчно-столбцевый метод расчета составляющих фазового сдвига по координатам азимута и угла места, вычисленных БУЛ, суммирование которых производится мультиплексирующим устройством, выход которого также задает длительность управляющего импульса. В известной схеме, ввиду требования управления обмотками всех фазовращателей псевдослучайным выбором по раскрыву ФАР, для снижения взаимного влияния и уровня бокового излучения (УБЛ) используется N ИВЭП, повышающих ток потребления, и производится N-тактовое фазирование, где N определяется количеством фазовращателей, что делает затруднительным реализацию распределенного суммирования кодов угла места и азимута многоэлементных ФАР, вследствие чего снижается скорость сканирования.A device for controlling the phase distribution in a phased antenna array according to the patent No. 2276435 (publ. 05/10/2006), in which when calculating the phase distribution of the phase shifters, the row-column method for calculating the phase shift components according to the azimuth and elevation coordinates calculated by the BFL, the summation of which is performed multiplexing device, the output of which also sets the duration of the control pulse. In the known scheme, in view of the requirement to control the windings of all phase shifters with a pseudo-random choice for opening the HEADLIGHTER, to reduce the mutual influence and the level of lateral radiation (UBL), N IVECs are used to increase the current consumption, and N-clock phasing is performed, where N is determined by the number of phase shifters, which makes it is difficult to implement the distributed summation of elevation and azimuth codes for multi-element headlamps, which reduces the scanning speed.
Известно устройство командного управления фазовращателями фазированной антенной решетки по патенту №56725 (опубл. 10.05.2006). В этом устройстве, наиболее близком к предлагаемому, допускается возможность исключения из его состава БУЛ как такового, при этом передача команд управления каждому элементу ФАР осуществляется центральным вычислительным устройством (ЦВУ) посредством единого последовательного интерфейса, а расчет необходимого фазового сдвига с учетом разброса характеристик фазовращателей и температуры окружающей среды производится микропроцессором, которым оснащен каждый управляемый канал фазовращателя. В составе каждого канала используется адаптивная система формирования импульсов размагничивания, что оптимизирует время работы фазовращателя и снижает ток обнуления. Несмотря на возможность миниатюризации известного решения в виде микросхемы типа «система на кристалле», реализация по-прежнему остается сложной и не оправдывающей снижение мощности потребления, в особенности в составе ФАР с большим числом фазовращателей, разброс параметров которых может достигать нескольких десятков процентов. В таком случае использование импульса размагничивания фиксированной длительности, определенной фазовращателем с худшими параметрами, помогло бы упростить схему, в оправданной мере увеличив ток потребления.A device for command control of phase shifters of a phased antenna array according to patent No. 56725 (published on 05/10/2006). In this device, which is closest to the proposed one, it is possible to exclude BFU from it as such, while control commands are transmitted to each element of the HEADLIGHT by a central computing device (CVC) through a single serial interface, and the required phase shift is calculated taking into account the spread in the characteristics of phase shifters and ambient temperature is produced by a microprocessor with which each controlled phase shifter channel is equipped. Each channel uses an adaptive system for generating demagnetization pulses, which optimizes the operating time of the phase shifter and reduces the zeroing current. Despite the possibility of miniaturization of the well-known solution in the form of a system-on-a-chip type microchip, implementation still remains complicated and does not justify a decrease in power consumption, especially as a part of a phased array with a large number of phase shifters, the spread of which can reach several tens of percent. In this case, the use of a demagnetization pulse of a fixed duration, determined by a phase shifter with worse parameters, would help simplify the circuit by justifiably increasing the consumption current.
Предлагаемым изобретением решается задача уменьшения количества вычислительных устройств, устройств коммутации обмоток фазовращателей, обеспечения высокой точности установки фазового распределения апертурной ФАР, реализации модульного принципа построения ФАР при сохранении достаточно высокого быстродействия и низкого потребления мощности.The present invention solves the problem of reducing the number of computing devices, switching devices of the windings of phase shifters, ensuring high accuracy of setting the phase distribution of the aperture headlamp, implementing the modular principle of constructing the headlamp while maintaining a sufficiently high speed and low power consumption.
Технический результат заключается в создании микросхемы на основе БМК и коммутаторов обмоток фазовращателей, которые, будучи скомпонованными в устройство управления, позволяют реализовать управление группы фазовращателей, таким образом решая поставленную задачу.The technical result consists in the creation of microcircuits based on BMC and switches of the windings of phase shifters, which, being arranged in a control device, make it possible to realize control of a group of phase shifters, thereby solving the problem.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство управления ферритовыми фазовращателями модульной ФАР с интерфейсом для объединения модулей подрешеток, содержащее коммутаторы намагничивания и размагничивания фазовращателей, устройство управления с установленной микросхемой Flash памяти для хранения фазовременньгх характеристик фазовращателей, введена полузаказная микросхема БИС базового матричного кристалла (БМК), внутри которой реализованы сумматор, рассчитывающий коды фазовых составляющих для группы фазовращателей, формирователь управления Flash памяти, двунаправленный шинный формирователь и блоки формирователей импульсов длительности, количество которых соответствует числу обмоток намагничивания строки.The indicated technical result is achieved by the fact that the control device with a ferrite phase shifter of a modular phased array with an interface for combining modules of sublattices, containing magnetization and demagnetization switches of phase shifters, a control device with an installed Flash memory chip for storing phase-temporal characteristics of phase shifters, a semi-ordered LSI chip of the basic M matrix crystal is introduced ( ), inside of which an adder is implemented that calculates the codes of phase components for a group of phase shifters oil, driver of control of Flash memory, bidirectional bus driver and blocks of pulse formers of duration, the number of which corresponds to the number of magnetizing windings of the string.
При этом, интерфейс выполнен параллельного типа для подключения шины обмена данными, связывающей все модули подрешеток с одной стороны и устройство мультиплексирования каналов, сопряженное с БУЛ, с другой стороны.At the same time, the interface is made of a parallel type for connecting a data exchange bus that connects all sublattice modules on the one hand and a channel multiplexing device coupled to the BUL on the other hand.
При этом, управление по шине обмена данными осуществляется строчно-столбцевым способом и охватывает группы из коммутаторов намагничивания столбцов, количество которых соответствует количеству формирователей импульсов длительности в микросхеме БМК, подключенных к одному концу каждой из обмоток намагничивания фазовращателей, и двух коммутаторов намагничивания двух строк, подключенных к другому концу обмоток намагничивания фазовращателей, объединенных между собой построчно в любом количестве до тридцати шести штук, при этом в составе подрешеток ФАР намагничивание всех строк происходит в два такта по четным и нечетным строкам, причем каждый коммутатор намагничивания строки подключен с одной стороны к положительному выводу источника питания, с другой - к началу обмоток намагничивания фазовращателей соответствующей строки и содержит ключ группы обмоток намагничивания, его драйвер и формирователь импульса контроля строки.At the same time, control over the data exchange bus is carried out in a column-column manner and covers groups of column magnetization switches, the number of which corresponds to the number of pulse shapers in the BMC chip connected to one end of each of the magnetization windings of phase shifters, and two magnetization switches of two rows connected to the other end of the magnetization windings of phase shifters, interconnected line by line in any quantity up to thirty-six pieces, while PAR sublattices the magnetization of all lines occurs in two cycles on even and odd lines, with each line magnetizing switch connected on the one hand to the positive output of the power source, and on the other hand, to the beginning of the magnetization windings of the phase shifters of the corresponding line and contains the magnetization group key, its driver and line control pulse shaper.
При этом, каждый коммутатор намагничивания столбца коммутирует концы соответствующих обмоток намагничивания фазовращателей с земляным потенциалом и состоит из ключа обмотки намагничивания, ограничителя напряжения обратной ЭДС намагничивания и формирователя импульса контроля.At the same time, each column magnetization switch commutes the ends of the corresponding magnetization windings of phase shifters with earth potential and consists of a magnetization winding key, a voltage limiter of the reverse magnetization EMF and a control pulse shaper.
При этом, коммутаторы размагничивания группы, число которых соответствует количеству групп обмоток размагничивания, каждый из которых коммутирует с земляным потенциалом один конец группы обмоток размагничивания фазовращателей, другой конец которой соединен с положительным выводом источника питания и конденсатором.In this case, the demagnetization switches of the group, the number of which corresponds to the number of groups of demagnetization windings, each of which commutes with the earth potential, one end of the group of demagnetization windings of phase shifters, the other end of which is connected to the positive terminal of the power source and the capacitor.
При этом, каждый коммутатор размагничивания группы содержит ключ размагничивания, ограничитель напряжения обратной ЭДС размагничивания, датчик тока, формирователь импульса контроля размагничивания, драйвер ключа размагничивания, устройство защиты.At the same time, each demagnetization switch of the group contains a demagnetization key, a voltage limiter for the reverse electromagnetization EMF, a current sensor, a demagnetizer of a control pulse of demagnetization, a driver of a demagnetization key, a protection device.
При этом, управляющие входы коммутаторов размагничивания фазовращателей объединены и являются входом импульса обнуления, длительность которого фиксирована и определена максимальным временем размагничивания всех фазовращателей ФАР.Moreover, the control inputs of the demagnetization switches of the phase shifters are combined and are the input of the zeroing pulse, the duration of which is fixed and determined by the maximum demagnetization time of all phase shifters of the PAR.
При этом, устройство управления содержит мультиплексор, селектирующий входящие в него сигналы формирователей импульса контроля размагничивания от каждого коммутатора размагничивания группы, сигналы формирователей импульса контроля строки от каждого коммутатора намагничивания строки и сигналы формирователей импульса контроля от каждого коммутатора намагничивания столбца и транслирующий их на шину обмена данными для анализа в БУЛ.At the same time, the control device contains a multiplexer that selects the signals of the demagnetization control pulse generators from each demagnetization switch of the group, the signals of the pulse control pulse generators from each magnetization switch of the line and the signals of the control pulse generators from each magnetization switch of the column and transmits them to the data exchange bus for analysis in BUL.
С целью решения задачи предлагается реализовать в модулях подрешеток ФАР, состоящих из двух строк и до тридцати шести столбцов, массив которых может образовывать полотно ФАР, устройство управления, характеризующееся высокой скоростью сканирования луча за счет быстродействия распределенного вычислительно-управляющего строчно-столбцевым способом устройства коммутации обмоток намагничивания и размагничивания ферритовых фазовращателей, реализованного в полузаказной БИС на основе БМК в каждом из модулей, управляемых параллельной шиной одним или несколькими БУЛ, высокой надежностью за счет встроенной системы контроля целостности обмоток фазовращателей, встроенной схемы триггерной защиты по току всех ключей обнуления фазовращателей, использованием импульса обнуления фиксированной длительности, определенной фазовращателем с худшими параметрами, возможностью синтеза специальных форм луча за счет записанных в Flash память диаграмообразующих фазовых сдвигов, а также возможностью выравнивания фазовременньгх характеристик с последующим их занесением в Flash память.In order to solve the problem, it is proposed to implement in the sublattice modules PAR, consisting of two rows and up to thirty-six columns, the array of which can form the PAR array, a control device characterized by a high beam scanning speed due to the speed of the distributed computing-controlling line-column method of switching windings magnetization and demagnetization of ferrite phase shifters implemented in a semi-ordered LSI based on BMC in each of the modules controlled by a parallel bus one or several BULs, high reliability due to the built-in integrity monitoring system of the phase shifter windings, the built-in trigger protection circuit for current of all keys to reset the phase shifters, using a fixed duration reset pulse determined by a phase shifter with worse parameters, the ability to synthesize special beam shapes due to the data recorded in Flash memory of diagram-forming phase shifts, as well as the ability to align phase-time characteristics with their subsequent entry into Flash memory.
Устройство управления модулей подрешеток ФАР предлагается реализовывать в виде сборочных единиц, управляющих группой ферритовых фазовращателей проходного или отражательного типа, расположенных в количестве не более тридцати шести штук в каждой из двух строк, содержащих по две обмотки: обмотку намагничивания, предназначенную для набора необходимой фазы, и обмотку размагничивания, предназначенную для возврата фазы в исходное состояние, включающее в себя устройство коммутации, содержащее ключи намагничивания и размагничивания групп фазовращателей и устройство управления на основе БМК, производящее расчет фазовых значений каждого канала по исходным данным на шине управления группой аналогичных модулей подрешеток ФАР, управляющее ключами намагничивания и размагничивания, производящее контроль целостности обмоток фазовращателей и предоставляющее доступ к интерфейсу программирования встроенной Flash памяти, содержащей фазовые поправки фазовременньгх характеристик и специальных форм лучей.It is proposed to implement the control unit for the PAR sublattice modules in the form of assembly units controlling a group of ferrite phase shifters of passage or reflective type, located in an amount of not more than thirty-six pieces in each of two rows containing two windings: a magnetizing winding, designed to set the necessary phase, and demagnetization winding, designed to return the phase to its original state, which includes a switching device containing magnetization and demagnetization keys of groups f of rotators and a BMK-based control device that calculates the phase values of each channel according to the source data on the control bus for a group of similar modules of the phased array sublattices, controls the magnetization and demagnetization keys, monitors the integrity of the phase shifter windings and provides access to the programming interface of the built-in Flash memory containing phase corrections phase-time characteristics and special forms of rays.
Новым является устройство управления групп фазовращателей, количество которых оптимально для обеспечения скорости вычисления фазового распределения строчно-столбцевым способом, оптимальных токов потребления, включающее в себя коммутаторы обмоток намагничивания и размагничивания, триггерную защиту обмоток размагничивания, при этом управление коммутаторами фазовращателей осуществляется полузаказной микросхемой на основе БМК. За счет этого достигается высокое быстродействие и точность установки фазового распределения, низкое потребление мощности перемагничивания фазовращателей, высокая надежность и обеспечение возможности создания ФАР с большим количеством фазовращателей.A new device is the control of groups of phase shifters, the number of which is optimal for ensuring the speed of calculating the phase distribution in a column-column manner, optimal consumption currents, including magnetization and demagnetization winding switches, trigger protection of demagnetization windings, while phase shifters are controlled by a semi-order chip based on BMK . Due to this, high speed and accuracy of setting the phase distribution, low power consumption of the magnetization reversal of phase shifters, high reliability and the possibility of creating a headlamp with a large number of phase shifters are achieved.
Модули подрешеток ФАР с устройством управления предлагается комбинировать для построения ФАР требуемой геометрии с учетом удобства в зависимости от типа подвода СВЧ мощности к фазовращателям.It is proposed to combine modules of the headlamp sublattices with a control device to build the headlamp of the required geometry, taking into account convenience, depending on the type of microwave power supply to the phase shifters.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фигурах 1-7.The invention is illustrated by the drawings shown in figures 1-7.
На фиг. 1 приведена структурная схема модуля подрешетки.In FIG. 1 shows a block diagram of a sublattice module.
На фиг. 2 приведена структурная схема мало апертурной ФАР, состоящей из модулей подрешеток.In FIG. Figure 2 shows a block diagram of a small aperture headlamp consisting of modules of sublattices.
На фиг. 3 приведена структурная схема коммутатора намагничивания столбца.In FIG. 3 is a structural diagram of a column magnetization switch.
На фиг. 4 приведена структурная схема коммутатора намагничивания строки.In FIG. 4 is a block diagram of a row magnetization switch.
На фиг. 5 приведена структурная схема коммутатора размагничивания группы.In FIG. 5 is a structural diagram of a demagnetization switch group.
На фиг. 6 приведена структурная схема устройства управления.In FIG. 6 is a structural diagram of a control device.
На фиг. 7 приведена структурная схема апертурной ФАР, состоящей из модулей подрешеток.In FIG. 7 is a structural diagram of an aperture headlamp consisting of modules of sublattices.
Модуль подрешетки 1, представленный на Фиг. 1, образуют группа из двух строк ферритовых фазовращателей 2 и устройство управления фазовращателями 3. Обмотки размагничивания 4 соединены последовательно с использованием высокоомного проводника 5, ограничивающего ток размагничивания, и выделены в четыре группы 6 до 18 элементов в каждой. Обмотки намагничивания 7 фазовращателей объединены в группы 8 до тридцати шести штук построчно.The
Устройство управления фазовращателями 3 включает в себя устройство управления 9, коммутаторы намагничивания столбца 10, коммутаторы размагничивания 11, источник питания Е и конденсатор 12. Коммутаторы 10, 11 конструктивно объединены в группы 13, 14 соответственно.The phase
Устройство управления 9 содержит: полузаказную микросхему БИС базового матричного кристалла (БМК 1537ХМ2-253) 15, внутри которой реализован сумматор 16, рассчитывающий коды фазовых составляющих для группы фазовращателей, формирователь 17 управления Flash памяти 18, двунаправленный шинный формирователь 19 и тридцать шесть блоков формирователей импульсов длительности 20. Устройство управления 9 также включает: коммутатор намагничивания строки 21, мультиплексор линий контроля 22.The
Коммутатор намагничивания столбца 10 состоит из формирователя импульса контроля 23, ограничителя напряжения обратной ЭДС намагничивания 24, ключа 25 обмотки намагничивания 7. При этом выходы формирователей импульса контроля всех коммутаторов намагничивания столбца 10 объединены и являются выходом импульса контроля «Контр. УПР».The magnetization switch of
Коммутатор намагничивания строки 21 состоит из ключа 26 группы обмоток намагничивания 8, драйвера 27 ключа 26, формирователя импульса контроля строки 28.The magnetization switch of
Коммутатор размагничивания 11 состоит из буфера 29, формирователя импульса контроля размагничивания 30, драйвера 31 ключа размагничивания 32, защиты 33 ключа размагничивания 32, датчика тока 34, ограничителя напряжения обратной ЭДС размагничивания 35.The
Управление элементами ФАР осуществляется посредством параллельного интерфейса для подключения шины обмена данными 36, объединяющей модули подрешеток 1 с одной стороны и устройство мультиплексирования каналов 37, сопряженное с БУЛ 38, с другой стороны.The PAR elements are controlled via a parallel interface for connecting the
Входы каждой группы 6 обмоток размагничивания 4 объединены положительным входом источника питания Е и конденсатором 12 для обеспечения необходимого тока размагничивания за фиксированный промежуток времени. Выход каждой из групп 6 размагничивания соединен с соответствующим коммутатором размагничивания 11, замыкающим цепь размагничивания к нулевому выводу источника питания Е. При этом управляющие входы коммутаторов 11 объединены и являются входом сигнала «Имп.обнул.».The inputs of each
Начала обмоток намагничивания 7 каждой строки объединены и соединены с соответствующим коммутатором намагничивания строки 21, коммутирующему их к положительному выводу источника питания. Концы смежных обмоток намагничивания 7 двух строк объединены и соединены с соответствующими коммутаторами намагничивания столбцов 10, которые коммутируют их к нулевому выводу источника питания.The beginning of the
Работа устройства управления ферритовыми фазовращателями модульной ФАР осуществляется следующим образом.The operation of the control device ferrite phase shifters modular HEADLIGHT is as follows.
Перед началом процедуры расчета и выдачи управляющих импульсов намагничивания и набора фазы на все модули подрешеток одновременно через управляющие входы коммутаторов 11 подают сигнал «Имп.обнул.». Данный импульс, пройдя через устройство управления 9, поступает на вход буфера 29 (Фиг. 5), который выполняет функцию развязки и согласования уровней. Далее, сигнал с выхода буфера 29 поступает на вход драйвера 31, который усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для управления токовым ключом размагничивания 32, в качестве которого используется мощный полевой транзистор с изолированным затвором. Ограничитель напряжения обратной ЭДС размагничивания 35 ограничивает индуктивные выбросы напряжения на ключе размагничивания 32 до безопасного уровня. Формирователь импульса контроля размагничивания 30 улавливает индуктивные выбросы, формирующиеся при коммутации обмоток, и преобразует их в импульсы с ТТЛ уровнями для дальнейшего анализа в устройстве управления 9. Датчик тока 34 анализирует ток, проходящий через ключ размагничивания 32, используя в качестве датчика сопротивление канала сток исток полевого транзистора. Сигнал с выхода датчика тока 34 поступает на вход элемента защиты 33 ключа размагничивания 32. При достижении тока через ключ 32 некоторого максимального значения происходит срабатывание элемента защиты 33. Сработавший элемент защиты 33 блокирует драйвер 31 ключа размагничивания и тем самым выключает ключ размагничивания 32. Элемент защиты 33 обладает триггерным эффектом и остается в сработавшем состоянии до отключения управляющего сигнала «Имп.обнул.» или напряжения питания коммутаторов размагничивания 11.Before starting the procedure for calculating and issuing magnetization control pulses and phase acquisition to all sublattice modules simultaneously, the signal “Imp.null.” Is sent through the control inputs of the
Использование элемента защиты 33, ключа размагничивания на полевом транзисторе с изолированным затвором, а также простота соединения обмоток размагничивания с помощью токоограничивающего высокоомного проводника 5 позволяют использовать импульс обнуления фиксированной длительности, определенного фазовращателем с худшим временем размагничивания.Using the
Затем с устройства управления 9 на соответствующие управляющие входы коммутаторов 10 намагничивания столбцов поступает строб управления длительностью импульса намагничивания, который переключает ключ 25 обмотки намагничивания 7, представляющий из себя составной транзистор, включенный по схеме Дарлингтона. Управление ключом 25 производится ТТЛ уровнями напряжения. Ограничитель напряжения обратной ЭДС намагничивания 24 ограничивает индуктивные выбросы напряжения на ключе 25 до безопасного уровня. Формирователь импульса контроля столбца 23 улавливает индуктивные выбросы, формирующиеся при коммутации обмоток набора фазы, и преобразует их в импульсы с ТТЛ уровнями для дальнейшего анализа в устройстве управления 9.Then, from the
Для намагничивания всех элементов строки сначала выдают строб на драйвер ключа 27 соответствующего коммутатора намагничивания строки 21. Усиленный строб открывает ключ 26, замыкающий начало обмоток намагничивания строки 7 к положительному выводу источника питания. Формирователь импульса контроля строки 28, реализованный в виде делителя напряжения, связан с устройством управления 9, где происходит его дальнейший анализ. Затем на коммутаторы намагничивания столбцов 10 подают импульсы необходимой длительности, соответствующие сдвигу фазы. Для объединения модулей подрешетки в единую ФАР (Фиг. 6), при отсутствии взаимного влияния намагничивания на смежные элементы, рационально производить фазирование ФАР в два такта по четным и нечетным строкам.To magnetize all the elements of the string, first the gate is issued to the
В основе устройства управления 9 лежит полузаказная микросхема БМК 1537ХМ2-253 15, состоящая из сумматора 16, формирователя 17 управления Flash памяти 18, двунаправленного шинного формирователя 19 и тридцати шести формирователей импульсов длительности 20. Двунаправленный шинный формирователь 19 предназначен для сопряжения шины обмена данными 36 с шиной данных внешней микросхемы Flash памяти 18 с целью обеспечения возможности ее чтения и записи в процессе настройки. Формирователь 17 управления Flash памяти 18 отвечает за сигналы управления WE, ОЕ, переводящие микросхему внешней Flash памяти 18 в режим чтения или записи.The
Как известно, для установки луча антенной решетки в направлении θХ, θу каждый элемент, находящийся в n-й строке m-м столбце, должен обеспечивать сдвиг фазы φnm=Δϕх⋅n+Δϕу⋅m+Dmn, где Δϕх⋅n=k⋅Δх⋅cos(θx)⋅n; Δϕy⋅m=k⋅Δy⋅cos(θy)⋅m - фазовые составляющие по азимуту и углу места, расчет которых производится в БУЛ 38. Dnm=Фnm+fnm - фазовая поправка, учитывающая характеристику фазовращателя на заданной частоте (Фnm) и добавку для получения луча специальной формы (fnm). На практике прямой расчет φnm требует значительных вычислительных ресурсов, сильно усложняющих реализацию.As you know, to set the beam of the antenna array in the direction θ X , θ y, each element located in the nth row of the mth column must provide a phase shift φ nm = Δϕ x ⋅n + Δϕ at ⋅m + D mn , where Δϕ x ⋅n = k⋅Δх⋅cos (θ x ) ⋅n; Δϕ y ⋅m = k⋅Δy⋅cos (θ y ) ⋅m - phase components in azimuth and elevation, which are calculated in
Так как сдвиг фазы каждого элемента зависит от длительности импульса намагничивания φnm=fnm (τ), с учетом дискретности формирования импульса, , где определяется квантованием фазы. Таким образом, например, при Δϕ=5,625°, nϕ - 64, что определяет разрядность значения кода длительности и фазы как 26. Это означает, что, определив с помощью измерительного прибора значения φnm=fnm (τ) Ддя всех i = 0…63, и записав их в Flash память, можно однозначно определить значение длительности импульса намагничивания τnm=Fnm (φ) для получения необходимого фазового сдвига φ, задаваемого как адрес ячейки в памяти. В реальности, значение фазы зависит также от частоты работы фазовращателя φnm = fnm(τ, ν), где ν - номер частоты. Тем не менее, фиксация фазовых значений на всех частотах при i=0…63 также однозначно определит τnm=Fnm (φ, ν). При необходимости формирования диаграммы направленности специальной формы заранее рассчитанные фазовые значения fnm, не зависящие от θx, θу, добавляются к распределению φnm, которые также можно учесть в микросхеме Flash памяти, выделив дополнительные значения в адресном пространстве, что определит τnm=Fnm (φ, ν, k), где k - номер луча специальной формы.Since the phase shift of each element depends on the duration of the magnetization pulse φ nm = f nm (τ), taking into account the discreteness of pulse formation, where determined by phase quantization. Thus, for example, at Δϕ = 5.625 °, n ϕ is 64, which determines the length of the code for the duration and phase as 2 6 . This means that, having determined using the measuring device the values of φ nm = f nm (τ) for all i = 0 ... 63, and writing them to Flash memory, it is possible to uniquely determine the value of the magnetization pulse duration τ nm = F nm (φ) for obtaining the necessary phase shift φ, defined as the address of the cell in memory. In reality, the phase value also depends on the frequency of the phase shifter φ nm = f nm (τ, ν), where ν is the frequency number. Nevertheless, fixing phase values at all frequencies for i = 0 ... 63 will also uniquely determine τ nm = F nm (φ, ν). If it is necessary to create a radiation pattern of a special shape, the pre-calculated phase values f nm , independent of θ x , θ y , are added to the distribution of φ nm , which can also be taken into account in the Flash memory chip, highlighting additional values in the address space, which determines τ nm = F nm (φ, ν, k), where k is the number of the beam of a special shape.
Учитывая вышеизложенное, для вычисления кодов фазовых поправок элементов ФАР по азимутальной и угломестной составляющим в микросхеме БМК реализован сумматор 16. В его внутренний регистр БУЛ 38 сначала записывает значение кода фазовой составляющей угла места Δϕу⋅m при наличии высокого уровня на линии «Аз/УМ». После чего, при наличии низкого уровня на линии «Аз/УМ», на вход «Фаза» подается код азимутальной составляющей фазы Δϕх⋅n, что в результате на выходе дает код, соответствующий их сумме, который затем подается на младшую часть адресного вектора Flash памяти 18. Старшая часть адресного вектора должна указывать на номер канала, как пит, частоту v, а также тип формы луча к. Выдаваемый на информационном выходе микросхемы Flash памяти код τnm поступает на информационный вход одного из формирователей импульсов длительности 20, мультиплексируемых вектором номера канала «Адр.упр».Considering the above, to calculate the phase correction codes of the PAR elements according to the azimuthal and elevation components, the
Мультиплексор линий контроля 22 устройства управления 9 предназначен для сбора, селекции на линию «Контр.», в соответствии с кодом на шине «Адр. Контр.», и дальнейшего анализа в БУЛ одного из семи источников импульсов контроля, включающих импульсы контроля строки обмоток намагничивания «Имп. контр.1», «Имп. контр.2», импульсы контроля столбцов обмоток намагничивания «Контр. УПР», импульсы контроля обмоток размагничивания «Контр. Обн.1», «Контр. Обн.2», «Контр. Обн.3», «Контр. Обн.4».The multiplexer of the
Реализация ФАР, состоящей из модулей подрешеток, представлена на фиг. 2, фиг. 7. Данные модули комбинируются с учетом удобства компоновки, в зависимости от типа подвода СВЧ мощности к фазовращателям, апертуры и частоты работы.An implementation of a phased array consisting of sublattice modules is shown in FIG. 2, FIG. 7. These modules are combined taking into account the convenience of layout, depending on the type of microwave power supply to the phase shifters, aperture and frequency of operation.
Все модули объединяются параллельной шиной обмена 36, по которой передаются коды фазовой составляющей угла места Δϕу⋅m, коды азимутальной составляющей фазы Δϕх⋅n, где пит строки и столбцы ФАР, опорная частота работы формирователей импульсов длительности, импульсы управления коммутаторами обмоток размагничивания, обмоток намагничивания строк, импульсы контроля, а также шина питания. Данная параллельная шина 36 подключена к устройствам управления 9 каждого из модулей с одной стороны и устройством мультиплексирования каналов 37 с другой. Устройство мультиплексирования каналов 37 сопряжено непосредственно с БУЛ 38.All modules are combined by a
Для построения апертурных антенн, число элементов в строке которой более тридцати шести штук, необходимо комбинировать модули подрешеток ФАР аналогично эскизу на Фиг. 7. При этом БУЛ должен иметь возможность управлять несколькими устройствами мультиплексирования каналов 37.To build aperture antennas, the number of elements in the line of which is more than thirty-six pieces, it is necessary to combine the modules of the PAR arrays similar to the sketch in FIG. 7. At the same time, the BUL should be able to control several
Устройство управления ферритовыми фазовращателями модульной ФАР 3 является функционально законченным элементом управления ФАР, позволяющим производить расчет фазового сдвига всех элементов распределенным строчно-столбцевым способом, осуществляющим коммутацию обмоток намагничивания и размагничивания, мониторинг целостности обмоток, а также предоставляющим доступ к интерфейсу программирования встроенной Flash памяти, содержащей фазовые поправки фазовременньгх характеристик и специальных форм лучей. Устройство может быть использовано в качестве унифицированной сборочной единицы при построении апертурных и мало апертурных ФАР для РЛС среднего и малого радиуса действия, базирующихся на САУ типа БУК-М2, БУК-М3.The control unit of the ferrite phase shifters of the
Предлагается реализовать в модулях подрешеток ФАР, состоящих из двух строк и до тридцати шести столбцов, массив которых может образовывать полотно ФАР, устройство управления, характеризующееся высокой скоростью сканирования луча за счет быстродействия распределенного вычислительно-управляющего строчно-столбцевым способом устройства коммутации обмоток намагничивания и размагничивания ферритовых фазовращателей, реализованного в полузаказной БИС на основе БМК в каждом из модулей, управляемых параллельной шиной одним или несколькими БУЛ, высокой надежностью за счет встроенной системы контроля целостности обмоток фазовращателей, встроенной схемы триггерной защиты по току всех ключей обнуления фазовращателей, использованием импульса обнуления фиксированной длительности, определенной фазовращателем с худшими параметрами, возможностью синтеза специальных форм луча за счет записанных в Flash память диаграммообразующих фазовых сдвигов, а также возможностью выравнивания фазовременных характеристик с последующим их занесением в Flash память.It is proposed to implement in the modules of the PAR sublattices, consisting of two rows and up to thirty-six columns, the array of which can form the PAR headlamp, a control device characterized by a high beam scanning speed due to the speed of the distributed computing-controlling line-column method of switching magnetization and demagnetization windings of ferrite phase shifters implemented in a semi-ordered LSI based on BMC in each of the modules controlled by one or more parallel bus BUL, high reliability due to the built-in integrity control system of the phase shifter windings, the built-in trigger protection circuit for current of all keys to reset the phase shifters, using a fixed duration reset pulse determined by a phase shifter with worse parameters, the ability to synthesize special beam shapes due to phase-forming phase shifts recorded in Flash memory , as well as the ability to align phase-time characteristics with their subsequent entry into Flash memory.
Предлагаемое изобретение может быть изготовлено с помощью известных средств и технологий.The present invention can be manufactured using known means and technologies.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018141617A RU2698957C1 (en) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Control device for ferrite phase changers modular phased array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018141617A RU2698957C1 (en) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Control device for ferrite phase changers modular phased array |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2698957C1 true RU2698957C1 (en) | 2019-09-02 |
Family
ID=67851728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018141617A RU2698957C1 (en) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Control device for ferrite phase changers modular phased array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2698957C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2276435C1 (en) * | 2004-08-27 | 2006-05-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" | Device for controlling phase distribution in phased antenna array |
RU54679U1 (en) * | 2006-02-21 | 2006-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" | RADAR STATION |
RU56725U1 (en) * | 2006-04-13 | 2006-09-10 | Александр Иосифович Иванов | DEVICE FOR COMMAND CONTROL OF PHASED ROTARY PHASED ANTENNA ARRAY |
RU2316854C1 (en) * | 2006-04-05 | 2008-02-10 | Александр Иосифович Иванов | Command control device for antenna array phase shifters |
WO2017121029A1 (en) * | 2016-01-15 | 2017-07-20 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Overlapping linear sub-array for phased array antennas |
RU2632983C2 (en) * | 2016-03-22 | 2017-10-11 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Distributed beam control system |
-
2018
- 2018-11-26 RU RU2018141617A patent/RU2698957C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2276435C1 (en) * | 2004-08-27 | 2006-05-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" | Device for controlling phase distribution in phased antenna array |
RU54679U1 (en) * | 2006-02-21 | 2006-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" | RADAR STATION |
RU2316854C1 (en) * | 2006-04-05 | 2008-02-10 | Александр Иосифович Иванов | Command control device for antenna array phase shifters |
RU56725U1 (en) * | 2006-04-13 | 2006-09-10 | Александр Иосифович Иванов | DEVICE FOR COMMAND CONTROL OF PHASED ROTARY PHASED ANTENNA ARRAY |
WO2017121029A1 (en) * | 2016-01-15 | 2017-07-20 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Overlapping linear sub-array for phased array antennas |
RU2632983C2 (en) * | 2016-03-22 | 2017-10-11 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Distributed beam control system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4834040B2 (en) | MRAM architecture and system | |
EP2245630B1 (en) | Mram device with shared source line | |
CN102540057B (en) | The test mode control circuit of semiconductor device and control method thereof | |
KR840007306A (en) | Semiconductor memory | |
CN103151068A (en) | Software programmable logic using spin transfer torque magnetoresistive random access memory | |
US20130187247A1 (en) | Multi-bit magnetic tunnel junction memory and method of forming same | |
EP3339871B1 (en) | Inline wave majority gate device | |
RU2698957C1 (en) | Control device for ferrite phase changers modular phased array | |
US20170110174A1 (en) | Device having multiple switching buffers for data paths controlled based on io configuration modes | |
CN105378844B (en) | Nonvolatile RAM | |
US6901025B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device which can be programmed at high transfer speed | |
WO2019234720A1 (en) | Reconfigurable radio frequency distribution network | |
US20110026337A1 (en) | Data input/output circuit and semiconductor memory apparatus including the same | |
RU2316854C1 (en) | Command control device for antenna array phase shifters | |
RU56725U1 (en) | DEVICE FOR COMMAND CONTROL OF PHASED ROTARY PHASED ANTENNA ARRAY | |
US11380372B1 (en) | Transferring data between DRAM and SRAM | |
RU2632983C2 (en) | Distributed beam control system | |
US7463518B2 (en) | Layout structure for use in flash memory device | |
Corey | A survey of Russian low cost phased-array technology | |
KR100275751B1 (en) | Semiconductor memory device having simple architecture | |
RU2694125C1 (en) | Phased antenna array phase distribution control method | |
RU2276435C1 (en) | Device for controlling phase distribution in phased antenna array | |
GB1204342A (en) | Digital phase shift control for phased array antenna | |
CN101401987B (en) | Frequency plot controller | |
KR20240086150A (en) | Memory core and semiconductor apparatus with transpose matrix operation including the memory core |