RU2706914C1

RU2706914C1 - Transceiving antenna system

Info

Publication number: RU2706914C1
Application number: RU2019107310A
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Ефимов; Александр Григорьевич Каменев; Станислав Алексеевич Корнеев
Original assignee: Акционерное общество "Ижевский радиозавод"
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2019-11-21

Abstract

FIELD: antenna equipment.

SUBSTANCE: disclosed technical solution relates to antenna engineering. Problem is solved due to use in receiving and transmitting circuits of receiving and transmitting multibeam active phased antenna arrays (APAA), as well as receiving APAA with possibility of receiving beams generation of two types: broad-directional low-energy beams for reception of signals-requests of small volume from active subscribers and narrow-directional high-energy working beams for reception of information signals of large volume, which is achieved by adding additional controlled phase changers to certain receiving channels of the receiving path for receiving a broad-directional receiving beam and forming it in an additional adder channel adder, as well as due to separate control of phase changers of receiving and transmitting path.

EFFECT: technical solution can be used in microwave communication systems for communication of ground or near-Earth objects with earth stations.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое в качестве изобретения техническое решение относится к антенной технике и может быть использовано в системах спутниковой связи СВЧ-диапазона, требующих обеспечения высокой оперативности доставки информации, например, для организации связи наземных или околоземных объектов с земными станциями.The technical solution proposed as an invention relates to antenna technology and can be used in microwave communication systems requiring high speed information delivery, for example, for organizing communication of ground or near-Earth objects with earth stations.

Известен способ установления связи с низкоорбитальными космическими аппаратами в космической системе ретрансляции (патент РФ №2412547, МПК Н04В 7/185, г. Железногорск, ОАО "ИНФОРМАЦИОННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ" им. академика М.Ф. Решетнева", опубл. 20.02.2011), где через широкий фиксированный антенный луч с низкой энергетикой принимают сигнал-заявку на связь, а передачу сигнала-разрешения на связь и собственно связь осуществляют через узкие управляемые антенные лучи с высокой энергетикой. Причем сигнал-заявку принимают в виде широкого приемного луча, сформированного для шроконаправленной антенны (ШНА), сигнал-разрешение передают в виде управляемого узкого антенного луча с высокой энергетикой, сформированного для остронаправленной антенны (ОНА), а информационные сигналы для связи передают/принимают в виде управляемых узких антенных лучей для ОНА и антенны фидерной линии (АФЛ). Недостатком описанной системы является ограниченное количество обслуживаемых абонентов, использование нескольких антенн различного типа для приема сигналов разного типа для приема луче с разной энергетикой, а также необходимость в большом значении общего усиления антенн, установленных на высокоорбитальном космическом аппарате.A known method of establishing communication with low-orbit spacecraft in the space relay system (RF patent No. 2412547, IPC Н04В 7/185, Zheleznogorsk, OJSC "INFORMATION SATELLITE SYSTEMS" named after academician MF Reshetnev, publ. 02.20.2011) where, through a wide fixed low-energy antenna beam, a communication request signal is received, and the communication permission signal and the actual communication are transmitted through narrow controlled high-energy antenna beams, and the application signal is received in the form of a wide receiving beam, with formed for a wide-directional antenna (SHNA), the resolution signal is transmitted in the form of a controlled narrow antenna beam with high energy, formed for a highly directional antenna (SHA), and information signals for communication are transmitted / received in the form of controlled narrow antenna beams for SHA and the antenna of the feeder line (AFL). The disadvantage of the described system is the limited number of served subscribers, the use of several antennas of various types for receiving signals of different types for receiving a beam with different energies, and also the need for a large value of the total gain of antennas mounted on a high-orbit spacecraft.

Под энергетикой приемного луча понимают добротность на прием, равную отношению общего усиления антенны и коэффициента шума (шумовой температуры). Под энергетикой передающего луча понимают эффективно излучаемую мощность (ЭИМ), равную произведению общей излучаемой мощности антенны и общего усиления антенны.Under the energy of the receiving beam is understood the quality factor for reception, equal to the ratio of the total antenna gain and noise figure (noise temperature). The energy of the transmitting beam is understood to mean the effectively radiated power (EIM) equal to the product of the total radiated antenna power and the total antenna gain.

Известна приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка (далее АФАР) по патенту РФ №2352034 (МКИ H01Q 3/36, ГУП г. Москвы НПЦ "СПУРТ", опубл. 10.04.2009). Входной модуль АФАР содержит на каждом из N (N>2) входов последовательные n-ый приемный канал (из излучателя и малошумящего усилителя), М-канальный делитель мощности (М≥2), а также параллельно подключенные к нему сигнальными входами М фазовращателей, параллельно соединенные кроме того входами управления с блоком управления фазовращателями, и М лучевых сумматоров для формирования М принимаемых лучей одного типа. Данное решение значительно увеличивает количество обслуживаемых абонентов на приме за счет формирования нескольких независимых приемных лучей с одинаковой энергетикой, что достигается подачей фазовых программ на фазовращатели с общего блока управления. Однако, диаграмма направленности отдельных излучателей определяет энергетический потенциал на прием в отдельных лучах, а не во всей зоне обслуживания, и не обеспечивает сплошной зоны покрытия АФАР. Кроме того, рассматривается только приемная АФАР.Known receiving multipath active phased active antenna array (hereinafter AFAR) according to the patent of the Russian Federation No. 2352034 (MKI H01Q 3/36, Moscow State Unitary Enterprise SPC "SPURT", published on April 10, 2009). The AFAR input module contains on each of the N (N> 2) inputs a sequential nth receiving channel (from a radiator and a low-noise amplifier), an M-channel power divider (M≥2), and also signal inputs of M phase shifters connected in parallel to it, In addition, the control inputs are connected in parallel with the control unit of the phase shifters, and M beam adders to form M received beams of the same type. This solution significantly increases the number of served subscribers in the prime due to the formation of several independent receiving beams with the same energy, which is achieved by applying phase programs to the phase shifters from a common control unit. However, the directivity pattern of individual emitters determines the energy potential for reception in individual beams, and not in the entire service area, and does not provide a continuous coverage area of the AFAR. In addition, only the receiving AFAR is considered.

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является приемопередающая антенная система с управляемой диаграммой направленности по патенту РФ №2458437 (МКИ H01Q 3/30, ГУП г. Москвы НПЦ «СПУРТ», опубл. 10.08.2012). Система содержит приемный тракт, сигнальным входом которого является антенная решетка из N (N>2) излучателей, являющихся входами соответствующих п-ых приемных каналов (выполненных на малошумящих усилителях, далее - МШУ), передающий тракт, антенным выходом которого является антенная решетка из L (L≥2) излучателей, являющихся входами соответствующих 1-ых передающих каналов (также выполненных на МШУ), а также фазовращатели приемного тракта (Фпр), входы управления которых параллельно подключены к входу управления приемного тракта, соединенного с выходом одного блока управления фазовращателями (БУФ1), фазовращатели передающего тракта (Фпер), входы управления которых параллельно подключены к входу управления передающего тракта, и приемопередающее устройство (ППУ) сигналов от приемного тракта на передающего тракта, При этом все Фпер также обслуживает БУФ1, передающий фазовую программу и на прием и на передачу, а приемный и передающий тракты предназначены для формирования лишь одного луча на прием и одного луча на передачу. Система малоэффективна, значительно сужает зону обслуживания в каждый момент времени и не позволяет обеспечить оперативную связь с абонентскими стациями во всей обслуживаемой зоне.The closest analogue of the proposed technical solution is a transceiver antenna system with a controlled radiation pattern according to the patent of the Russian Federation No. 2458437 (MKI H01Q 3/30, Moscow State Unitary Enterprise SPC "SPURT", published on 08/10/2012). The system contains a receiving path, the signal input of which is an antenna array of N (N> 2) emitters, which are inputs of the corresponding fifth receiving channels (made on low-noise amplifiers, hereinafter - LNA), a transmission path, the antenna output of which is an antenna array of L (L≥2) emitters, which are inputs of the corresponding 1st transmitting channels (also made on the LNA), as well as phase shifters of the receiving path (FPR), the control inputs of which are connected in parallel to the control input of the receiving path connected to the output of one control unit of the phase shifters (BUF1), the phase shifters of the transmitting path (Fper), the control inputs of which are connected in parallel to the control input of the transmitting path, and the transceiver (PPU) of the signals from the receiving path to the transmitting path, while all the Fper also serves BUF1, transmitting phase program for receiving and transmitting, and the receiving and transmitting paths are designed to form only one beam for reception and one beam for transmission. The system is ineffective, significantly narrows the service area at any given time and does not allow for efficient communication with subscriber stations in the entire serviced area.

Задачей предлагаемого в качестве изобретения технического решения является создание приемопередающей антенной системы, позволяющей значительно увеличить число обслуживаемых абонентов и повысить оперативность связи при ограниченном частотном ресурсе.The objective of the proposed invention as a technical solution is to create a transceiver antenna system that can significantly increase the number of served subscribers and improve communication efficiency with a limited frequency resource.

Задача решается за счет использования в приемном и передающем трактах соответственно приемной и передающей многолучевых активных фазированных антенных решеток (АФАР), а также выполнения приемной АФАР с возможностью формирования приемных лучей двух типов: широконаправленных низкоэнергетических лучей для приема сигналов-заявок малого объема от активных абонентов и узконаправленных высокоэнергетических рабочих лучей для приема информационных сигналов большого объема, что достигается за счет введения в определенные приемные каналы приемного тракта дополнительных регулируемых фазовращателей для приема широконаправленного приемного луча и формирования его в дополнительном сумматоре приемного тракта, а также за счет раздельного управления фазовращателями приемного и передающего тракта (ускорение работы системы).The problem is solved by using the receiving and transmitting paths, respectively, of the receiving and transmitting multipath active phased array antennas (AFAR), as well as the implementation of the receiving AFAR with the possibility of forming receiving rays of two types: broad-directional low-energy rays for receiving small volume signal signals from active subscribers and narrowly focused high-energy working beams for receiving large-volume information signals, which is achieved by introducing into certain receiving channels iemnogo tract additional variable phase shifters for receiving broadly reception beam and forming it into a further adder receiving path, as well as through separate control of the phase shifters of the receiving and the transmitting path (acceleration system).

При этом приемопередающая антенная система (далее - система) содержит приемный тракт, сигнальный вход которого - антенная решетка из N (N>2) излучателей, являющихся входами соответствующих n-ых приемных каналов, передающий тракт, сигнальным выходом которого является антенная решетка из L (L≥2) излучателей, являющихся выходами соответствующих 1-ых передающих каналов. Система содержит также фазовращатели приемного тракта (Фпр), входы управления которых параллельно подключены к входу управления приемного тракта, соединенного с выходом одного блока управления фазовращателями (БУФ1), и фазовращатели передающего тракта (Фпер), входы управления которых параллельно подключены к входу управления передающего тракта, а также приемопередающее устройство (ППУ) сигналов от выхода приемного тракта на вход передающего тракта. Причем ППУ является многоканальным, а система дополнительно содержит управляющее устройство (УУ), первый вход/выход которого соединен с входом/выходом ППУ, второй вход/выход соединен с входом/выходом БУФ1, а третий - с входом/выходом второго блока управления фазовращателями (БУФ2), выход которого подключен к входу управления передающего тракта. От БУФ1 и БУФ2 передают фазовые программы, управляющие каждым из фазовращателей соответствующего тракта. К выходу каждого из N приемных каналов подключен вход соответствующего n-ого многоканального делителя приемного тракта (Дпр), к выходу которого подключены сигнальные входы М (М≥2) параллельных фазовращателей приемного тракта (Фпр) соответствующей n-ой группы, входы управления этих (NxM) Фпр для получения определенных фазовых программ параллельно подключены к выходу БУФ1. Выход каждого m-го Фпр каждой n-ой группы подключен к n-му входу m-го лучевого сумматора приемного тракта (∑пр) для формирования соответствующего m-го приемного луча с информационным сигналом. Кроме того, к выходу каждого из Р (N>P≥2) делителей приемного тракта подключен сигнальный вход дополнительного фазовращателя приемного тракта (Фдоп). Входы управления всех Р штук Фдоп параллельно подключены к входу управления приемного тракта для получения определенной фазовой программы управления от БУФ1 и настройки на прием широкого низкоэнергетического луча с сигналом-заявкой, а выходы - к соответствующим р-ым входам (М+1)-го дополнительного сумматора приемного тракта (∑доп) для формирования приемного луча с сигналом-заявкой и передачи через ППУ на УУ для распознавания и обработки. Выходы всех (М+1) сумматоров приемного тракта (М -∑пр и один ∑доп) образуют многоканальный выход приемного тракта.In this case, the transceiver antenna system (hereinafter referred to as the system) contains a receiving path, the signal input of which is an antenna array of N (N> 2) emitters, which are inputs of the corresponding n-th receiving channels, a transmitting path, whose signal output is an antenna array of L ( L≥2) emitters, which are outputs of the corresponding 1st transmitting channels. The system also contains the receiving path phase shifters (FPR), the control inputs of which are parallelly connected to the receiving path control input connected to the output of one phase shifter control unit (BUF1), and the transmit path phase shifters (Fper), the control inputs of which are connected in parallel to the control input of the transmit path , as well as a transceiver (PPU) of signals from the output of the receive path to the input of the transmit path. Moreover, the PUF is multi-channel, and the system additionally contains a control device (UE), the first input / output of which is connected to the input / output of the PUF, the second input / output is connected to the input / output of the BUF1, and the third to the input / output of the second phase shifter control unit ( BUF2), the output of which is connected to the control input of the transmitting path. From BUF1 and BUF2 transmit phase programs that control each of the phase shifters of the corresponding path. The output of each of the N receiving channels is connected to the input of the corresponding nth multichannel receiver path divider (DPR), the output of which is connected to the signal inputs M (M≥2) of the parallel phase shifters of the receive path (Fpr) of the corresponding nth group, the control inputs of these ( NxM) FPR for receiving certain phase programs are in parallel connected to the output of BOOF1. The output of each mth FPR of each nth group is connected to the nth input of the mth beam adder of the receive path (∑pr) to form the corresponding mth receive beam with an information signal. In addition, to the output of each of the P (N> P≥2) dividers of the receive path is connected a signal input of an additional phase shifter of the receive path (Fdop). The control inputs of all P pieces of Fdop are connected in parallel to the control input of the receiving path to receive a certain phase control program from BUF1 and configure to receive a wide low-energy beam with an application signal, and the outputs to the corresponding p-th inputs (M + 1) of the additional the adder of the receiving path (∑dop) for the formation of the receiving beam with the application signal and transmission through the control panel to the UU for recognition and processing. The outputs of all (M + 1) adders of the receive path (M -pr and one опdop) form a multi-channel output of the receive path.

Многоканальный вход передающего тракта образуют входы К многоканальных делителей передающего тракта (Дпер), к выходу каждого из которых подключены сигнальные входы L параллельных фазовращателей передающего тракта (Фпер) соответствующей k-ой группы, входы управления этих (KxL) Фпер параллельно подключены к входу управления передающего тракта для получения от БУФ2 определенных фазовых программ управления и настройки на передачу узкого высокоэнергетического луча, а выход каждого 1-го Фпер каждой k-ой группы подключен к k-му входу 1-го лучевого сумматора передающего тракта (∑пер) для формирования передающего луча с сигналом-разрешением или информационным сигналом пользователям. Выход каждого из L ∑пер подключен к входу соответствующего 1-ого передающего канала. Многоканальное ППУ подключено между многоканальным выходом приемного тракта и многоканальным выходом передающего тракта.The multi-channel input of the transmitting path is formed by the inputs To the multi-channel dividers of the transmitting path (Dper), the output of each of which is connected to the signal inputs L of the parallel phase shifters of the transmitting path (Fper) of the corresponding k-th group, the control inputs of these (KxL) Fper are parallelly connected to the control input of the transmitting path for receiving certain phase control and tuning programs from BUF2 for transmitting a narrow high-energy beam, and the output of each 1st Fper of each k-th group is connected to the k-th input of the 1st beam the adder of the transmission path (дляper) for forming a transmitting beam with a permission signal or an information signal to users. The output of each of the Lper is connected to the input of the corresponding 1st transmitting channel. A multichannel control panel is connected between the multichannel output of the receive path and the multichannel output of the transmit path.

Предпочтительно, чтобы система была установлена на низкоорбитальном космическом аппарате, что позволяет получить дополнительную экономию с уменьшением мощности сигнала.Preferably, the system was installed on a low-orbit spacecraft, which allows for additional savings with a decrease in signal power.

Фиг. - функциональная схема приемопередающей антенной системы.FIG. - functional diagram of the transceiver antenna system.

Приемопередающая антенная система, функциональная схема которой приведена на Фиг., содержит приемный тракт 1, многоканальный выход которого через многоканальное приемопередающее устройство 2 (ППУ) подключен к многоканальному входу передающего тракта 3, а также управляющее устройство 4 (УУ), первый вход/выход (Вх/Вых1) которого соединен с входом/выходом ППУ 2.The transceiver antenna system, the functional diagram of which is shown in Fig., Contains a receiving path 1, the multi-channel output of which is connected to the multi-channel input of the transmitting path 3 through a multi-channel transceiver 2 (PPU), and also a control device 4 (UE), the first input / output ( I / O1) which is connected to the input / output of the control panel 2.

Сигнальный вход приемного тракта 1 - антенная решетка из N (N>2) излучателей 5, к которым подключены соответствующие малошумящие усилители 6 (МШУ). В данной реализации изобретения каждая n-ая пара из ИЗ 5 и МШУ 6 составляют соответствующий n-ый приемный канал, выход которого соединен с входом соответствующего n-ого многоканального делителя приемного тракта 7 (Дпр), к выходу которого параллельно подключены сигнальные входы соответствующей n-ой группы из М фазовращателей приемного тракта 8 (Фпр). Выход каждого m-го Фпр каждой n-ой группы подключен к n-му входу m-го лучевого сумматора приемного тракта 9 (∑пр). Кроме того, к выходу каждого из Р (N>P>2) делителей Дпр 7 подключен сигнальный вход (М+1)-го -дополнительного фазовращателя приемного тракта 10 (Фдоп), выход каждого из этих Фдоп 10 подключен к соответствующим р-ым входам (М+1)-го - дополнительного сумматора приемного тракта 11 (∑доп). Выход каждого из сумматоров (∑пр и ∑доп) подключен к многоканальному выходу приемного тракта (показано условно). Входы управления Фпр 8 и Р Фдоп 10 (всего (NxM+P) параллельно подключены к входу управления приемного тракта, подключенного к выходу одного блока управления фазовращателями 12 (БУФ1), вход/выход которого соединен с вторым входом/выходом (Вх/Вых2) УУ 4.The signal input of the receiving path 1 is an antenna array of N (N> 2) emitters 5, to which the corresponding low-noise amplifiers 6 (LNA) are connected. In this implementation of the invention, each n-th pair of IZ 5 and LNA 6 constitutes the corresponding n-th receiving channel, the output of which is connected to the input of the corresponding n-th multi-channel receiver path divider 7 (Dpr), to the output of which the signal inputs of the corresponding n -th group of M phase shifters of the receiving path 8 (FPR). The output of each m-th FPR of each n-th group is connected to the n-th input of the m-th beam adder of the receiving path 9 (∑pr). In addition, the output of each of the P (N> P> 2) dividers of Ddr 7 is connected to the signal input of the (M + 1) -th additional phase shifter of the receiving path 10 (Fdop), the output of each of these Fdop 10 is connected to the corresponding rth the inputs of the (M + 1) th - additional adder of the receiving path 11 (∑ add). The output of each of the adders (∑pr and ∑dop) is connected to the multi-channel output of the receive path (shown conditionally). The control inputs Fpr 8 and P Fdop 10 (total (NxM + P) are connected in parallel to the control input of the receive path connected to the output of one control unit of the phase shifters 12 (BUF1), the input / output of which is connected to the second input / output (I / O2) CM 4.

К многоканальному входу передающего тракта подключен вход (показано условно) каждого из К многоканальных делителей передающего тракта 15 (Дпер). К выходу каждого из Дпер 15 подключены сигнальные входы соответствующей k-ой группы из L (L≥2) параллельных фазовращателей передающего тракта 16 (Фпер). Выход каждого 1-го Фпер каждой k-ой группы подключен к k-му входу 1-го лучевого сумматора передающего тракта 17 (∑пер), выход которого подключен к входу соответствующего 1-го передающего канала, каждый из которых в данной реализации изобретения включает последовательно соединенные усилитель мощности 18 (УМ) и излучатель 19 (ИЗ). L излучателей 19 (выходов передающих каналов) образуют антенную решетку - сигнальный выход передающего тракта. Кроме того, входы управления всех (KxL) Фпер 16 параллельно подключены к входу управления передающего тракта, соединенного с выходом второго блока управления фазовращателями 20 (БУФ2), вход/выход которого соединен с третьим входом/выходом (Вх/ВыхЗ) УУ 4.To the multi-channel input of the transmitting path is connected an input (shown conditionally) of each of the K multi-channel dividers of the transmitting path 15 (Dper). The output of each of the Dper 15 connected signal inputs of the corresponding k-th group of L (L≥2) parallel phase shifters of the transmitting path 16 (Fper). The output of each 1st Fper of each k-th group is connected to the k-th input of the 1st beam adder of the transmission path 17 (∑per), the output of which is connected to the input of the corresponding 1st transmit channel, each of which in this implementation of the invention includes serially connected power amplifier 18 (UM) and emitter 19 (FM). L emitters 19 (outputs of the transmitting channels) form an antenna array - the signal output of the transmitting path. In addition, the control inputs of all (KxL) Fper 16 are connected in parallel to the control input of the transmitting path connected to the output of the second control unit of the phase shifters 20 (BUF2), the input / output of which is connected to the third input / output (I / O) of the CC 4.

Система, установленная, например, на низкоорбитальном космическом аппарате (НКА) для дополнительной экономии мощности сигнала, начинает функционировать при подаче необходимого напряжения питания на все элементы схемы, требующие питания.A system installed, for example, on a low-orbit spacecraft (NSC) to further save signal power, begins to function when the required supply voltage is applied to all elements of the circuit that require power.

УУ 4 предназначено для управления системой в целом и функционирует на программируемых устройствах и предназначено для распознавания поступающей информации, формирования команд и программ для синхронизации и управления работой подключенных к нему устройств, в том числе фазовращателями. Система рассчитана на работу в одном частотном диапазоне, что позволяет использовать одинаковые фазовращатели для приема сигналов различного типа (сигналов-заявок, информационных, сигналов-разрешений), упрощает сборку, настройку и управление системой.UU 4 is designed to control the system as a whole and operates on programmable devices and is designed to recognize incoming information, generate commands and programs for synchronizing and controlling the operation of devices connected to it, including phase shifters. The system is designed to operate in the same frequency range, which allows the use of the same phase shifters for receiving signals of various types (application signals, information, permission signals), simplifies the assembly, configuration and management of the system.

Фазовращателями Фпр и Фдоп (Фпер) управляют через их входы управления с помощью БУФ1 (БУФ2). Управление в данной реализации технического решения осуществляют посредством программ управления фазовым распределением фазовращателей (фазовые программы), которые могут быть адаптивными. Определенная часть фазовой программы по заданному идентификатору поступает на соответствующий фазовращатель для его настройки и формирования в нем независимого луча на прием (в Фпр - узких с информационными сигналами, в Фдоп - широкого с сигналами-заявками) либо передачу (Фпер - узких с информационными сигналами или сигналом-разрешением). Возможность изменения настройки фазовращателей позволяет системе поддерживать зону обслуживания пользователей при изменении положения НКА до передачи обслуживания другому НКА.Phasers Fpr and Fdop (Fper) are controlled through their control inputs using BUF1 (BUF2). Management in this implementation of the technical solution is carried out by means of phase distribution control programs of phase shifters (phase programs), which can be adaptive. A certain part of the phase program for a given identifier is fed to the corresponding phase shifter for its adjustment and the formation of an independent beam in it for reception (in FPR - narrow with information signals, in Fdop - wide with application signals) or transmission (Fper - narrow with information signals or resolution signal). The ability to change the settings of the phase shifters allows the system to maintain the user service area when changing the position of the spacecraft before transferring service to another spacecraft.

При включении Системы по заданным и получаемым уставкам работы (положению НКА, количеству и нахождению р-ых Фдоп в n-ых группах и т.п.) из УУ 4 передают команды для передачи соответствующей этим уставкам фазовой программы от БУФ1 12 для настройки Фдоп 10.When the System is turned on according to the set and received operation settings (NKA position, number and location of r-th Fdop in n-th groups, etc.), commands are sent from UU 4 for transmitting a phase program corresponding to these settings from BUF1 12 to configure Fdop 10 .

На всю апертуру приемной АФАР поступают СВЧ сигналы, которые с ИЗ 5 поступают на МШУ 6, полоса пропускания которых включает частотные диапазоны всех принимаемых сигналов (информационных сигналов и сигналов-заявок) и является полосой пропускания входного приемного тракта. После обработки в приемных каналах выделенные сигналы с требуемыми для дальнейшей работы характеристиками поступают на делители Дпр 7 и далее на сигнальные входы всех фазовращателей приемного тракта. Во всех Фдоп 10, настроенных на выставление широких низкоэнергетических приемных лучей, формируют этот луч и передают на соответствующие р-е входы (m+1)-го ∑доп 11, где суммируют эти Р аналоговых сигналов. Суммарный аналоговый сигнал с фазовой адресацией низкоэнергетического широконаправленного (широкого) приемного луча передают через многоканальный выход приемного тракта в ППУ 2, где его преобразуют (например, фильтруют, усиливают, оцифровывают) для дальнейшей обработки в УУ 4. Таким образом, информация, содержащаяся в сформированном ∑доп 11 широком приемном луче, поступает через Вх/Вых1 УУ 4, где анализируют сигнал на наличие в нем сигналов-заявок. При выявлении таких сигналов по времени их поступления и содержащейся в них информации об абонентах, требующих установления связи посредством приема/передачи информационных сигналов, в УУ 4 формируют очередь из этих абонентов. Согласно очереди при наличии возможности передачи через передающий тракт 3 и приема через приемный тракт 1 информационных сигналов в УУ 4 формируют и передают команды формирования и передачи фазовой программы через БУФ2 для настройки соответствующих 1-ых Фпер 16 на выставление узконаправленных (узких) лучей на передачу к очередным абонентам, а также команды для передачи фазовой программы через БУФ1 для настройки соответствующих m-ых Фпр 8 на выставление узких лучей на прием от этих абонентов. Кроме того, в УУ 4 формируют и передают в ППУ 2 сигнал-разрешение (узконаправленный высокоэнергетический луч) соответствующему абоненту очереди. В ППУ 2 этот сигнал преобразуют для передачи через передающий тракт 3 (проводят ЦАП, усиливают и т.д.) и передают через многоканальный выход на все Дпер 15. Далее от каждого k-го Дпер 15 сигнал-разрешение поступает на входы соответствующей k-ой группы из L Фпер. В 1-ых фазовращателях каждой группы, настроенных на выставление узкого высокой мощности луча на передачу данных, формируют лучи с сигналами-разрешениями, которые суммируют в соответствующем 1-ом сумматоре ∑пер 14. Сформированный таким образом фазированный луч с сигналом-разрешением передают в 1-ый передающий канал, после обработки в котором (в данной реализации - УМ 18) сигнал-разрешение с требуемыми характеристиками через сигнальный выход передающего тракта (1-ый ИЗ 19) передают абоненту, посылавшему сигнал-заявку. После получения сигнала-разрешения этот абонент начинает передачу информационных сигналов по назначению, которые поступают на сигнальный вход приемного тракта системы. После обработки сигнала в приемных каналах и Дпр7 сигнал поступает в фазовращатели 8 и 10. Формирование узконаправленного луча с информационным сигналом от упомянутого абонента проводят в соответствующих m-ых Фпр 8, ранее настроенных на выставление узконаправленных лучей на прием от этих абонентов, лучи суммируют в соответствующем m-ом ∑пр 9, передают в ППУ 2, откуда он поступает после обработки в УУ 4 для определения назначения этой информации (абонента-адресата). В УУ 4 формируют и передают команды формирования и передачи фазовой программы через БУФ2 для перенастройки К штук 1-ых Фпер 16 (например, использованных ранее для передачи сигнала-разрешения) на выставление узконаправленных лучей на передачу узкого информационного сигнала к абоненту-адресату. Возможна также настройка других (например, свободных) Фпер 16 на формирование направленного на абонента-адресата узкого информационного луча. После выставления фазовращателей на передачу принятого в ППУ 2 информационного сигнала абоненту-адресату, его передают через многоканальный вход в передающий тракт и далее, как описано выше, абоненту-адресату. Таким образов, устанавливают связь между абонентами.Microwave signals are received at the entire aperture of the receiving AFAR, which from FM 5 go to LNA 6, the passband of which includes the frequency ranges of all received signals (information signals and application signals) and is the passband of the input receive path. After processing in the receiving channels, the selected signals with the characteristics required for further work are fed to the Ddr 7 dividers and then to the signal inputs of all phase shifters of the receiving path. In all the Fdop 10 tuned to exhibit wide low-energy receiving beams, this beam is formed and transmitted to the corresponding pth inputs of the (m + 1) th ∑ add 11, where these P analog signals are summed. The total analog signal with the phase addressing of the low-energy wide-directional (wide) receiving beam is transmitted through the multi-channel output of the receiving path to PPU 2, where it is converted (for example, filtered, amplified, digitized) for further processing in SU 4. Thus, the information contained in the generated Опdop 11 is a wide receiving beam that enters through I / O1 of UU 4, where the signal is analyzed for the presence of application signals in it. When such signals are detected by the time of their arrival and the information about the subscribers contained in them that require establishing communication by receiving / transmitting information signals, a queue of these subscribers is formed in UU 4. According to the queue, if there is the possibility of transmitting information signals through the transmitting path 3 and receiving information signals 1 to the control unit 4, the formation and transmission of the phase program generation and transmission via BUF2 are generated and transmitted to configure the corresponding 1st FPR 16 to set the narrow (narrow) beams to transmit to regular subscribers, as well as commands for transmitting a phase program through BUF1 to configure the corresponding m-th FPR 8 to set narrow beams for reception from these subscribers. In addition, in UU 4, a signal-resolution (narrowly focused high-energy beam) is generated and transmitted to the control unit 2 to the appropriate subscriber of the queue. In PPU 2, this signal is converted for transmission through the transmitting path 3 (DAC is carried out, amplified, etc.) and transmitted through a multi-channel output to all Dper 15. Further, from each k-th Dper 15, the enable signal is applied to the inputs of the corresponding k- Oh group of L Fper. In the first phase shifters of each group, configured to set a narrow high beam power for data transmission, beams with permission signals are generated, which are summed in the corresponding 1st adder Sper 14. The phased beam thus formed with the permission signal is transmitted to 1 -th transmitting channel, after processing in which (in this implementation - УМ 18) the permission signal with the required characteristics is transmitted to the subscriber who sent the request signal through the signal output of the transmitting path (1st OF 19). After receiving a permission signal, this subscriber starts transmitting information signals for their intended purpose, which are fed to the signal input of the system’s receiving path. After processing the signal in the receiving channels and Ddr7, the signal enters the phase shifters 8 and 10. The formation of a narrow beam with an information signal from the mentioned subscriber is carried out in the corresponding m-th DPR 8, previously configured to set the narrow beam to receive from these subscribers, the rays are summed up in the corresponding m-th ∑pr 9, transmit to PPU 2, where it comes after processing in UU 4 to determine the purpose of this information (destination subscriber). In UU 4, commands for generating and transmitting a phase program are formed and transmitted via BUF2 for reconfiguring K pieces of the first Fper 16 (for example, previously used for transmitting a permission signal) to set narrow beams to transmit a narrow information signal to the destination subscriber. It is also possible to configure other (for example, free) Fper 16 to form a narrow information beam directed at the destination subscriber. After setting the phase shifters to transmit the information signal received in the PPU 2 to the destination subscriber, it is transmitted through a multi-channel input to the transmitting path and then, as described above, to the destination subscriber. Such images establish a connection between subscribers.

В приемной АФАР среди N излучателей 5, участвующих в формировании узких информационных лучей, Р штук участвуют в формировании широкого луча с низкой энергетикой для приема сигналов-заявок малого объема на установление связи от абонентских станций (N значительно больше Р). Число фазовращателей, подключенных к n-му делителю, определяется общим числом лучей, в формировании которых участвует этот делитель (М - для информационных лучей, или (М+1) - для информационных и дополнительного луча-заявки). Переключение лучей приемной АФАР осуществляют посредством изменения фазовых состояний участвующих в их формировании фазовращателей путем выдачи фазовых программ от БУФ1 12 по командам от УУ 4. Использование АФАР позволяет формировать одной приемной апертурой лучи разного типа: широкие приемные лучи для приема сигнала-заявки и узкие информационные лучи с высокой энергетикой. За счет использования АФАР как широкий луч, так и узкие информационные лучи могут быть фиксированными и/или перенацеливаемыми по уставкам работы системы. Использование сигнала-заявки позволяет повысить оперативность работы системы спутниковой связи формированием информационных лучей только в направлении активных абонентов.In the receiving AFAR, among N emitters 5 involved in the formation of narrow information beams, P pieces are involved in the formation of a wide beam with low energy for receiving low-volume signal applications for establishing communications from subscriber stations (N is much larger than P). The number of phase shifters connected to the nth divider is determined by the total number of rays in the formation of which this divider is involved (M - for information rays, or (M + 1) - for information and additional request rays). The beam switching of the receiving AFAR is carried out by changing the phase states of the phase shifters involved in their formation by issuing phase programs from BUF1 12 by commands from UU 4. Using the AFAR allows you to form different types of rays with one receiving aperture: wide receiving rays for receiving an application signal and narrow information rays with high energy. Due to the use of AFAR, both a wide beam and narrow information beams can be fixed and / or retargeted according to the settings of the system. Using the application signal allows you to increase the efficiency of the satellite communication system by the formation of information beams only in the direction of active subscribers.

Передающая АФАР содержит L излучателей 19 для передачи соответствующих узких информационных лучей. Сигнал на излучатели поступает через передающие каналы после объединения на сумматорах 17 сигналов от соответствующих фазовращателей 16. Число подключенных к k-му делителю 15 фазовращателей определяется общим числом лучей, в формировании которых участвует этот делитель (всего К - информационных лучей и лучей-разрешений). Переключение лучей передающей АФАР осуществляют посредством изменения фазовых состояний участвующих в их формировании фазовращателей путем выдачи фазовых программ от БУФ2 20 по командам от УУ 4.The transmitting AFAR contains L emitters 19 for transmitting the corresponding narrow information beams. The signal to the emitters enters through the transmitting channels after combining on the adders 17 signals from the corresponding phase shifters 16. The number of 15 phase shifters connected to the k-th divider is determined by the total number of rays in the formation of which this divider is involved (total K - information rays and permission rays). Switching the rays of the transmitting AFAR is carried out by changing the phase states of the phase shifters involved in their formation by issuing phase programs from the BUF2 20 according to commands from the SU 4.

Несмотря на то, что предлагаемое в качестве изобретения техническое решение приемопередающей антенной системы описано со ссылкой на его конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что различные изменения по форме и содержанию могут быть сделаны без отступления от сущности и объема изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения.Despite the fact that the technical solution of the transceiver antenna system proposed as an invention is described with reference to its specific embodiments, it should be understood by those skilled in the art that various changes in form and content can be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined the attached claims.

Например, в других реализациях системы приемные (передающие) каналы для повышения в них качества приема (передачи) кроме излучателя и МШУ могут содержать дополнительные элементы. В том числе, смесители, усилители, полосно-пропускающие фильтры, дополнительные каскады малошумящих усилителей и т.д. (например, по патентам на изобретения №2666577 Акционерного Общества «Ижевский радиозавод», №2352034 НПЦ "СПУРТ" и т.д.).For example, in other implementations of the system, receiving (transmitting) channels to increase the quality of reception (transmission) in them, in addition to the emitter and LNA, may contain additional elements. Including mixers, amplifiers, bandpass filters, additional cascades of low noise amplifiers, etc. (for example, on patents for inventions No. 2666577 of the Izhevsk Radio Plant Joint-Stock Company, No. 2352034 SPC "SPURT", etc.).

В приемный тракт для увеличения потенциала системы может быть введено более одного дополнительного сумматора с подключенными к их входам нескольких соответствующих дополнительных фазовращателей, введенных в какие-либо из N групп, для формирования соответствующих дополнительных сигналов-заявок.To increase the potential of the system, more than one additional adder can be introduced into the receiving path with several corresponding additional phase shifters connected to their inputs, introduced into any of the N groups, to form the corresponding additional request signals.

Оптимальные энергетические затраты обеспечиваются при установке Системы на НКА. Однако, Система может функционировать и при установке на высокоорбитальных спутниковых аппаратах с достижением заявленного технического результата.Optimum energy costs are provided when installing the System on the spacecraft. However, the System can also function when installed on high-orbit satellite devices with the achievement of the claimed technical result.

Представленное техническое решение приемопередающей антенной системы характеризуется высокой надежностью, устойчивостью принимаемых сигналов, дает существенную экономию по энергетическим затратам за счет малой энергетики на приеме широкого луча с сигналами-заявками, и стоимости устройств при организации спутниковой связи с применением сигналов миллиметрового диапазона, что актуально для перспективных частотных диапазонов частот (Kа (27:40 ГГц) и Q (36:46 ГГц)).The presented technical solution of the transceiver antenna system is characterized by high reliability, stability of the received signals, provides significant savings in energy costs due to the low power consumption for receiving a wide beam with application signals, and the cost of devices for organizing satellite communications using millimeter-wave signals, which is relevant for promising frequency ranges of frequencies (Ka (27:40 GHz) and Q (36:46 GHz)).

Claims

1. Transceiver antenna system, including the receiving path, the signal input of which is the antenna array of N (N> 2) emitters, which are inputs of the corresponding n-receiving channels, the transmitting path, the signal output of which is the antenna array of L (L≥2) emitters, which are outputs of the corresponding 1 transmitting channels, phase shifters of the receiving path (FPR), the control inputs of which are connected in parallel to the control input of the receiving path, connected to the output of one control unit of phase shifters (BF 1) phase shifters of the transmitting path (Fper), the control inputs of which are connected in parallel to the control input of the transmitting path, and a transceiver (PPU) of signals from the receiving path to the transmitting path,

characterized in that it further comprises a control device, the first input / output of which is connected to the input / output of the control unit, the second to the input / output of the BUF1, the third to the input / output of the second phase shifter control unit (BUF2), the output of which is connected to the control input of the transmitter tract

and the output of each n-th receiving channel is connected to the input of the corresponding n-th multi-channel receiver path divider (Dpr), the output of which is connected to the signal inputs M (M≥2) of the parallel phase shifters of the receiving path (Fpr) of the corresponding n-th group, the output of each of the mth FPR of each nth group is connected to the nth input of the mth beam adder of the receiving path (∑pr) to form the corresponding receiving beam with an information signal,

moreover, the signal input of the corresponding additional phase shifter of the receiving path (Fdop) is connected to the output of each of P (N> P≥2) Dpr, the control inputs of these Fdop are connected in parallel to the control input of the receiving path, and the outputs to the corresponding r-m inputs of the additional receiving adder path (∑dop) for the formation of the receiving beam with the signal application,

M outputs ∑pr and output ∑dop form a multi-channel output of the receiving path,

the multichannel input of the transmitting path is formed by the inputs of K multichannel dividers of the transmitting path (Dper), the output of each of which is connected to the signal inputs L of the parallel phase shifters of the transmitting path (Fper) of the corresponding k-th group, the output of each 1st Fper of each k-th group is connected to k-th input of the 1st beam adder of the transmission path (∑per) for forming a transmitting beam with an information signal or a resolution signal connected to the input of the corresponding 1st transmitting channel, and the output of each of L Lper sub connected to the input of the corresponding 1st transmitting channel,

moreover, the PUF is multi-channel and is connected between the multi-channel output of the receiving path and the multi-channel output of the transmitting path.

2. The transceiver antenna system according to claim 1, characterized in that it is installed on a low-orbit spacecraft.