RU2730120C1 - Method of constructing an active phased antenna array - Google Patents
Method of constructing an active phased antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2730120C1 RU2730120C1 RU2020106038A RU2020106038A RU2730120C1 RU 2730120 C1 RU2730120 C1 RU 2730120C1 RU 2020106038 A RU2020106038 A RU 2020106038A RU 2020106038 A RU2020106038 A RU 2020106038A RU 2730120 C1 RU2730120 C1 RU 2730120C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- multichannel
- output
- transmitting
- channel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике, а именно, к способам построения активных фазированных антенных решеток (АФАР) и может быть использовано для построения АФАР систем радиосвязи и радиолокации.The invention relates to antenna technology, namely, to methods for constructing active phased antenna arrays (AFAR) and can be used to construct AFAR radio communication and radar systems.
Известен способ построения фазированной антенной решетки (ФАР) [1 -стр. 661, рис. 13.44, Справочник по радиолокации. / Под ред. М.И. Сколника. М.: Техносфера. 2014 г. книга 1. - 672 с.], при котором устанавливают N горизонтальных линеек излучателей, одну над другой и N приемопередатчиков, при этом каждая линейка излучателей содержит М объединенных через делитель мощности излучателей, который в режиме приема работает как сумматор мощности. Ко входу делителя мощности подключают вход-выход приемопередатчика. Выход формирователя зондирующего сигнала соединяют с делителем мощности по числу линеек излучателей, в каждом приемопередатчике устанавливают фазовращатель. Вход приемной части приемопередатчика соединяют с выходом его передающей части через устройство защиты и циркулятор, а выход - с аналого-цифровым преобразователем.A known method of constructing a phased antenna array (PAR) [1 -p. 661, fig. 13.44, Handbook of Radar. / Ed. M.I. Skolnik. M .: Technosphere. 2014
Недостатком известного способа является наличие потерь принимаемого сигнала в сумматорах пассивных линеек излучателей. Эти потери вносятся перед малошумящим усилителем (МШУ), поэтому вызывают ухудшение чувствительности АФАР в режиме приема.The disadvantage of this method is the presence of losses of the received signal in the adders of passive lines of emitters. These losses are introduced in front of the low noise amplifier (LNA), and therefore cause a deterioration in the sensitivity of the AFAR in the receive mode.
Известен способ построения фазированной антенной решетки [2 - стр. 25, рис. 2.3, 2.5 Кузьмин С.З. Цифровая радиолокация. Введение в теорию. Киев. 2000 г. - 420 с.], при котором объединяют антенные элементы в пассивные линейные подрешетки, внутри которых каждый антенный элемент соединяют через фазовращатель с сумматором подрешетки, который в режиме передачи используют как делитель мощности, при этом в режиме передачи формируют зондирующий сигнал в блоке формирования сигналов, усиливают его в усилителе мощности, делят по числу подрешеток, распределяют на подрешетки с помощью распределительной системы и устанавливают направление передающего луча с помощью фазовращателей подрешеток. В режиме приема объединяют принимаемые сигналы в подрешетках с помощью сумматоров подрешеток, усиливают их, преобразуют по частоте, выполняют дискретизацию и формируют приемную диаграмму направленности (ДН) в системе цифрового диаграммообразования путем весового суммирования сигналов с выходов подрешеток. При этом преобразование в цифровую форму производится квадратурными аналого-цифровыми преобразователями на нулевой частоте, а для развязки приемной и передающей частей используют антенный переключатель.A known method of constructing a phased antenna array [2 - p. 25, Fig. 2.3, 2.5 Kuzmin S.Z. Digital radar. Introduction to the theory. Kiev. 2000 - 420 p.], In which the antenna elements are combined into passive linear subarrays, inside which each antenna element is connected through a phase shifter with a subarray adder, which is used in the transmission mode as a power divider, while in the transmission mode a probe signal is generated in the unit signal formation, amplify it in a power amplifier, divide it by the number of sublattices, distribute it to subarrays using a distribution system and set the direction of the transmitting beam using subarray phase shifters. In the reception mode, the received signals in the sublattices are combined with the help of sublattice adders, they are amplified, converted in frequency, sampling is performed, and a receiving directional pattern (DP) is formed in the digital beamforming system by the weight summation of signals from the outputs of the sublattices. In this case, the conversion to digital form is performed by quadrature analog-to-digital converters at zero frequency, and an antenna switch is used to decouple the receiving and transmitting parts.
Недостатком известного способа является использование в антенной решетке пассивных линейных подрешеток, антенные элементы которых объединяются с помощью сумматоров мощности, что в режиме приема ухудшает чувствительность приемной части АФАР, а в режиме передачи снижает мощность излучаемого сигнала. С учетом того, что в сумматорах диссипативные потери составляют, в зависимости от числа антенных элементов и используемого диапазона частот, от 0,5 до 1,5 дБ, это вызывает увеличение коэффициента шума приемной части на величину от 0,5 до 1,5 дБ. В режиме передачи сумматор работает как делитель мощности, и потери в нем снижают мощность излучаемого сигнала на величину от 0,5 до 1,5 дБ.The disadvantage of this method is the use of passive linear subarrays in the antenna array, the antenna elements of which are combined using power adders, which in the receiving mode degrades the sensitivity of the receiving part of the AFAR, and in the transmit mode reduces the power of the emitted signal. Taking into account that the dissipative losses in the adders are, depending on the number of antenna elements and the used frequency range, from 0.5 to 1.5 dB, this causes an increase in the noise figure of the receiving part by an amount from 0.5 to 1.5 dB ... In the transmission mode, the adder works as a power divider, and the losses in it reduce the power of the emitted signal by an amount from 0.5 to 1.5 dB.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ построения активной фазированной антенной решетки [3 - патент РФ №2697194, «Способ построения активной фазированной антенной решетки», МПК G01S 13/00, опубл. 13.08.2019 г.], взятый за прототип, при котором для излучения и приема сигналов используют антенные элементы, при этом в режиме передачи формируют передаваемый сигнал, усиливают его в усилителе мощности, распределяют с помощью распределительной системы, в режиме передачи устанавливают направление передающего луча с помощью фазовращателей, в режиме приема усиливают принимаемые сигналы, преобразуют по частоте, выполняют дискретизацию сигналов и формируют приемную диаграмму направленности путем взвешенного суммирования сигналов в системе цифрового диаграммообразования.The closest in technical essence to the invention is a method for constructing an active phased antenna array [3 - RF patent No. 2697194, "Method for constructing an active phased antenna array", IPC
Размещают антенные элементы на передних панелях многоканальных приемопередающих модулей в узлах прямоугольной или треугольной сетки, с шагом по вертикали и горизонтали, определяемым требуемым сектором сканирования, соответственно, в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соединяют каждый излучатель линией связи минимальной длины со входом-выходом одного из каналов многоканального приемопередающего модуля, при этом в передающей части каждого канала устанавливают фазовращатель, а для развязки приемной и передающей частей канала используют циркулятор, формируют антенное полотно активной фазированной антенной решетки из многоканальных приемопередающих модулей, устанавливая их рядом друг с другом таким образом, чтобы поверхности их передних панелей были расположены в одной плоскости, а расстояние между излучателями сохранялось неизменным в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при этом передние панели приемопередающих модулей выполняют функцию экрана, формируют сигнал гетеродина, сигнал тактовой частоты дискретизации, и распределяют их на многоканальные приемопередающие модули, в режиме передачи формируют передающий луч с заданной формой путем установки фазовых и амплитудных соотношений передаваемого сигнала в каналах приемопередающих модулей, в режиме приема выполняют дискретизацию сигнала на промежуточной частоте с выхода приемной части каждого канала приемопередающего модуля и формируют из полученных отсчетов требуемое число лучей приемной диаграммы направленности.Antenna elements are placed on the front panels of multichannel transceiver modules at the nodes of a rectangular or triangular grid, with a vertical and horizontal step determined by the required scanning sector, respectively, in the vertical and horizontal planes, each emitter is connected with a communication line of minimum length with the input-output of one of the channels of a multichannel transceiver module, while a phase shifter is installed in the transmitting part of each channel, and a circulator is used to decouple the receiving and transmitting parts of the channel, an antenna sheet of an active phased antenna array is formed from multichannel transceiver modules, installing them next to each other so that the surfaces of their front panels were located in the same plane, and the distance between the emitters remained unchanged in the vertical and horizontal planes, while the front panels of the transceiver modules function as a screen, form the local oscillator signal, signal clock sampling frequency, and distribute them to multichannel transceiver modules, in the transmission mode, a transmitting beam with a given shape is formed by setting the phase and amplitude ratios of the transmitted signal in the channels of the transceiver modules, in the receiving mode, the signal is sampled at an intermediate frequency from the output of the receiving part of each channel of the transceiver module and form the required number of beams of the receiving directional pattern from the received samples.
К недостаткам прототипа следует отнести:The disadvantages of the prototype include:
- невозможность формирования в АФАР нескольких передающих ДН, что необходимо, например, в системах радиосвязи для обеспечения связи одновременно с несколькими точками;- the impossibility of forming several transmitting LTOs in AFAR, which is necessary, for example, in radio communication systems to ensure communication with several points simultaneously;
- большие потери передаваемого сигнала в устройствах АФАР при его передаче от места формирования до излучателей. При этом после формирования передаваемый сигнал распределяется на многоканальные приемопередающие модули (ППМ) через распределительную систему, после этого делится в ППМ по числу каналов и т.д. Все эти цепи имеют потери, что снижает мощность излучаемого сигнала.- large losses of the transmitted signal in the AFAR devices during its transmission from the place of formation to the emitters. In this case, after formation, the transmitted signal is distributed to multichannel transceiver modules (TPM) through the distribution system, after which it is divided into TPM by the number of channels, etc. All of these circuits have losses, which reduces the power of the radiated signal.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является формирование в АФАР нескольких передающих диаграмм направленности.The technical problem to be solved by the present invention is the formation of several transmitting directional patterns in the AFAR.
Для решения указанной технической проблемы предлагается способ построения активной фазированной антенной решетки, при котором размещают антенные элементы на передних панелях многоканальных приемопередающих модулей в узлах прямоугольной или треугольной сетки, с шагом по вертикали и горизонтали, определяемым требуемым сектором сканирования, соответственно, в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соединяют каждый излучатель со входом-выходом одного из каналов многоканального приемопередающего модуля, формируют антенное полотно активной фазированной антенной решетки из многоканальных приемопередающих модулей, устанавливая их рядом друг с другом таким образом, чтобы поверхности их передних панелей были расположены в одной плоскости, а расстояние между излучателями сохранялось неизменным в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при этом передние панели приемопередающих модулей выполняют функцию экрана, формируют сигнал гетеродина и распределяют его на многоканальные приемопередающие модули, в режиме передачи формируют передающую диаграмму направленности с заданной формой путем установки фазовых и амплитудных соотношений передаваемого сигнала в каналах приемопередающих модулей, в режиме приема усиливают принимаемые сигналы, преобразуют по частоте, выполняют дискретизацию сигнала на промежуточной частоте с выхода приемной части каждого канала приемопередающего модуля и формируют из полученных отсчетов требуемое число лучей приемной диаграммы направленности путем весового суммирования сигналов в системе цифрового диаграммообразования.To solve this technical problem, a method for constructing an active phased antenna array is proposed, in which antenna elements are placed on the front panels of multichannel transceiver modules at the nodes of a rectangular or triangular grid, with a vertical and horizontal step determined by the required scanning sector, respectively, in the vertical and horizontal planes , connect each emitter to the input-output of one of the channels of the multichannel transceiver module, form the antenna fabric of the active phased antenna array from the multichannel transceiver modules, installing them next to each other so that the surfaces of their front panels are located in the same plane, and the distance between emitters remained unchanged in the vertical and horizontal planes, while the front panels of the transceiver modules perform the function of a screen, generate a local oscillator signal and distribute it to multichannel transceiver m Modules, in the transmission mode, form a transmitting directional pattern with a given shape by setting the phase and amplitude relationships of the transmitted signal in the channels of the transceiver modules, in the receiving mode they amplify the received signals, convert in frequency, perform sampling of the signal at an intermediate frequency from the output of the receiving part of each channel of the transceiver module and the required number of beams of the receiving directional pattern is formed from the received samples by the weight summation of the signals in the digital beamforming system.
Согласно изобретению, формируют опорный сигнал с фиксированной частотой и распределяют его на многоканальные приемопередающие модули, в каждом приемопередающем модуле с помощью опорного сигнала в режиме передачи формируют передаваемый сигнал во встроенном формирователе сигнала и распределяют его на каналы этого модуля, при этом усиливают передаваемый сигнал в передающей части каждого канала встроенным усилителем мощности, в каждом приемопередающем модуле с помощью опорного сигнала формируют сигнал дискретизации, который используют для дискретизации сигнала с выхода приемной части каждого канала приемопередающего модуля, при этом количество типов формируемых передаваемых сигналов в разных многоканальных приемопередающих модулях определяют, исходя из необходимого числа формируемых передающих диаграмм направленности.According to the invention, a reference signal with a fixed frequency is generated and distributed to multichannel transceiver modules, in each transceiver module using a reference signal in the transmission mode, a transmitted signal is generated in the built-in signal conditioner and distributed to the channels of this module, while the transmitted signal is amplified in the transmitting parts of each channel with a built-in power amplifier, in each transceiver module using a reference signal, a sampling signal is generated, which is used to sample the signal from the output of the receiving part of each channel of the transceiver module, while the number of types of transmitted signals generated in different multichannel transceiver modules is determined based on the required the number of generated transmitting directional patterns.
Техническим результатом предлагаемого способа является возможность разделения АФАР на несколько подрешеток, формирующих независимые передающие ДН с электронным сканированием.The technical result of the proposed method is the possibility of dividing the APAA into several sublattices that form independent transmitting patterns with electronic scanning.
Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:A comparative analysis of the claimed method and the prototype shows that their difference is as follows:
- в прототипе передаваемый сигнал и сигнал дискретизации формируются в блоке формирования сигналов, далее они распределяются на все ППМ с помощью распределительной системы. При таком построении в АФАР возможно формировать только одну сканирующую передающую ДН. В то время как в предлагаемом способе передаваемый сигнал формируется в каждом приемопередающем модуле во встроенном формирователе сигнала, что позволяет разделять АФАР на несколько подрешеток, формирующих передающие ДН в разных направлениях;- in the prototype, the transmitted signal and the sampling signal are formed in the signal generation unit, then they are distributed to all PPMs using a distribution system. With this arrangement, it is possible to form only one scanning transmitting pattern in the AFAR. While in the proposed method, the transmitted signal is formed in each transceiver module in the built-in signal shaper, which allows the APAR to be divided into several subarrays that form the transmitting pattern in different directions;
- в прототипе после формирования передаваемого сигнала он распределяются на все ППМ с помощью распределительной системы. При этом передаваемый сигнал ослабляется на величину потерь в системе распределения и излучаемая мощность снижается. В то время как в предлагаемом способе передаваемый сигнал усиливается в каждом канале ППМ с помощью встроенного усилителя мощности, при этом потери в распределительной системе не влияют на уровень передаваемого сигнала. Это обеспечивает при одинаковой потребляемой мощности увеличение мощности излучаемого сигнала в предлагаемом способе по сравнению с прототипом.- in the prototype, after the formation of the transmitted signal, it is distributed to all PPMs using a distribution system. In this case, the transmitted signal is attenuated by the amount of losses in the distribution system and the radiated power is reduced. While in the proposed method the transmitted signal is amplified in each PPM channel using a built-in power amplifier, the losses in the distribution system do not affect the level of the transmitted signal. This provides, with the same power consumption, an increase in the power of the emitted signal in the proposed method compared to the prototype.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения активной фазированной антенной решетки из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinctive features and properties of the proposed method for constructing an active phased antenna array is not known from the literature, therefore it meets the criteria of novelty and inventive step.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, обеспечивающего реализацию предложенного способа.FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method.
На фиг. 2 приведена структурная схема системы цифрового диаграммообразования.FIG. 2 shows a block diagram of a digital diagramming system.
На фиг. 3 приведена структурная схема блока управления.FIG. 3 shows a block diagram of the control unit.
На фиг. 4 приведена структурная схема преобразователя частоты.FIG. 4 shows a block diagram of the frequency converter.
На фиг. 5 приведена структурная схема модуля управления и цифровой обработки сигналов.FIG. 5 shows a block diagram of the control and digital signal processing module.
На фиг. 6 приведена структурная схема формирователя сигнала.FIG. 6 shows a block diagram of the signal conditioner.
При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:When implementing the proposed method, the following sequence of actions is performed:
- размещают антенные элементы на передних панелях многоканальных приемопередающих модулей в узлах прямоугольной или треугольной сетки, с шагом по вертикали и горизонтали, определяемым требуемым сектором сканирования, соответственно, в вертикальной и горизонтальной плоскостях -1;- antenna elements are placed on the front panels of multichannel transceiver modules at the nodes of a rectangular or triangular grid, with a vertical and horizontal step determined by the required scanning sector, respectively, in the vertical and horizontal planes -1;
- соединяют каждый излучатель со входом-выходом одного из каналов многоканального приемопередающего модуля - 2;- connect each emitter with the input-output of one of the channels of the multichannel transceiver module - 2;
- формируют антенное полотно активной фазированной антенной решетки из многоканальных приемопередающих модулей, устанавливая их рядом друг с другом таким образом, чтобы поверхности их передних панелей были расположены в одной плоскости, а расстояние между излучателями сохранялось неизменным в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при этом передние панели приемопередающих модулей выполняют функцию экрана - 3;- form an antenna web of an active phased antenna array from multichannel transceiver modules, installing them next to each other so that the surfaces of their front panels are located in the same plane, and the distance between the radiators remains unchanged in the vertical and horizontal planes, while the front panels of the transceiver modules function as a screen - 3;
- формируют сигнал гетеродина и распределяют его на многоканальные приемопередающие модули, в режиме передачи формируют передающую диаграмму направленности с заданной формой путем установки фазовых и амплитудных соотношений передаваемого сигнала в каналах приемопередающих модулей - 4;- generate a local oscillator signal and distribute it to multichannel transceiver modules, in the transmission mode form a transmitting radiation pattern with a given shape by setting the phase and amplitude ratios of the transmitted signal in the channels of transceiver modules - 4;
- в режиме приема усиливают принимаемые сигналы, преобразуют по частоте, выполняют дискретизацию сигнала на промежуточной частоте с выхода приемной части каждого канала приемопередающего модуля и формируют из полученных отсчетов требуемое число лучей приемной диаграммы направленности путем весового суммирования сигналов в системе цифрового диаграммообразования - 5;- in the receiving mode, the received signals are amplified, converted in frequency, the signal is sampled at an intermediate frequency from the output of the receiving part of each channel of the transceiver module and the required number of beams of the receiving directional pattern is formed from the received samples by the weight summation of signals in the digital beamforming system - 5;
- формируют опорный сигнал с фиксированной частотой и распределяют его на многоканальные приемопередающие модули, в каждом приемопередающем модуле с помощью опорного сигнала в режиме передачи формируют передаваемый сигнал во встроенном формирователе сигнала и распределяют его на каналы этого модуля, при этом усиливают передаваемый сигнал в передающей части каждого канала встроенным усилителем мощности - 6;- form a reference signal with a fixed frequency and distribute it to multichannel transceiver modules, in each transceiver module, using a reference signal in the transmission mode, form a transmitted signal in the built-in signal generator and distribute it to the channels of this module, while amplifying the transmitted signal in the transmitting part of each channels by the built-in power amplifier - 6;
- в каждом приемопередающем модуле с помощью опорного сигнала формируют сигнал дискретизации, который используют для дискретизации сигнала с выхода приемной части каждого канала приемопередающего модуля, при этом количество типов формируемых передаваемых сигналов в разных многоканальных приемопередающих модулях определяют, исходя из необходимого числа формируемых передающих диаграмм направленности - 7.- in each transceiver module, using a reference signal, a sampling signal is generated, which is used to sample the signal from the output of the receiving part of each channel of the transceiver module, while the number of types of transmitted signals generated in different multichannel transceiver modules is determined based on the required number of generated transmitting directional patterns - 7.
Реализация предложенного способа построения АФАР возможна, например, с помощью устройства, включающего в себя (фиг. 1) N приемопередающих модулей (ППМ) 1, блок управления (БУ) 2, первый управляющий выход которого подключен к управляющему входу блока формирования сигналов (БФС) 3, второй управляющий выход - ко входу управления системы цифрового диаграммообразования (СЦДО) 4 и N управляющих выходов, подключенных к управляющим входам всех ППМ 1, а вход является управляющим входом АФАР. Выходы сигнала гетеродина Fгет и опорного сигнала FO БФС 3 подключены к распределительной системе (PC) 5.The implementation of the proposed method for constructing the AFAR is possible, for example, with the help of a device that includes (Fig. 1) N transceiver modules (PPM) 1, a control unit (CU) 2, the first control output of which is connected to the control input of the signal generation unit (BPS) 3, the second control output - to the control input of the digital diagramming system (SDSDO) 4 and N control outputs connected to the control inputs of all
PC 5 имеет N выходов сигнала гетеродина Fгет, соединенных со входами гетеродина ППМ 1 и N выходов опорного сигнала FO, соединенных со входами опорного сигнала ППМ 1.PC 5 has N outputs of the local oscillator signal Fget connected to the inputs of the
ППМ 1 содержит первый делитель мощности (ДМ) 6 и формирователь сигнала (ФС) 7, входы которых являются, соответственно, гетеродинным и опорным входом ППМ 1, модуль управления и цифровой обработки сигналов (МУЦОС) 8, вход дискретизации которого соединен с выходом сигнала дискретизации Fд формирователя сигнала 7, а управляющий вход является управляющим входом ППМ 1. Управляющий вход формирователя сигнала 7 соединен с одним из управляющих выходов МУЦОС 8.
ППМ 1 содержит также М каналов, каждый из которых содержат последовательно соединенные фазовращатель (ФВ) 9, вход которого является входом канала и соединен с одним из выходов передаваемого сигнала формирователя сигнала 7, а управляющий вход является первым управляющим входом канала и соединен с одним из управляющих выходов МУЦОС 8, усилитель мощности (УМ) 10, циркулятор (Ц) 11 и антенный элемент (АЭ) 12.
К выходу циркулятора 11 подключены последовательно соединенные малошумящий усилитель (МШУ) 13, преобразователь частоты (ПРЧ) 14, гетеродинный вход которого является гетеродинным входом канала и подключен к одному из М выходов первого делителя мощности 6, управляющий вход является вторым управляющим входом канала и подключен к одному из управляющих выходов МУЦОС 8, а выход является выходом промежуточной частоты (ПЧ) канала и подключен к одному из входов ПЧ МУЦОС 8.The output of the circulator 11 is connected in series with a low noise amplifier (LNA) 13, a frequency converter (IF) 14, the heterodyne input of which is the heterodyne input of the channel and is connected to one of the M outputs of the first power divider 6, the control input is the second control input of the channel and is connected to one of the control outputs of
Выход данных МУЦОС 8 является выходом данных ППМ 1 и соединен с одним из N входов данных СЦДО 4, управляющий вход МУЦОС 8 является управляющим входом ППМ 1 и соединен с одним из N управляющих выходов БУ 2.The data output MUTSOS 8 is the data output of the
СЦДО 4 (фиг. 2) имеет К формирователей 15 по числу формируемых лучей, каждый из которых содержит TV каналов, при этом входы i-тых каналов (i=1…N) в формирователях 15 объединены. Каждый канал формирователя 15 содержит перемножитель 16, первый вход которого является входом канала, ко второму входу подключен выход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 17, а выход перемножителя 16 является выходом канала и подключен к одному из N входов цифрового сумматора 18, выход которого подключен к одному из К входов интерфейса (И) 19. Выход интерфейса 19 является выходом СЦДО 4 и всего устройства. СЦДО 4 может быть выполнено, в зависимости от числа ППМ 1 и числа лучей К, в виде одной или нескольких программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).SDSDO 4 (Fig. 2) has K shapers 15 according to the number of formed beams, each of which contains TV channels, while the inputs of the i-th channels (i = 1 ... N) in the shapers 15 are combined. Each channel of the shaper 15 contains a
Блок управления (БУ) 2 (фиг. 3) имеет устройство управления (УУ) 20, вход которого является управляющим входом АФАР. УУ 20 также имеет 3+N управляющих выходов, которые являются управляющими выходами БУ 2. УУ 20 может быть выполнено, в зависимости от числа ППМ 1 и числа лучей К, в виде одной или нескольких программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).The control unit (CU) 2 (Fig. 3) has a control device (CU) 20, the input of which is the control input of the AFAR.
ПРЧ 14 (фиг.4) представляет собой последовательно соединенные первый смеситель (СМ) 21, вход которого является входом ПРЧ 14, а гетеродинный вход - гетеродинным входом ПРЧ 14 и усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 22, выход которого является выходом промежуточной частоты (ПЧ) ПРЧ 14, а управляющий вход - управляющим входом ПРЧ 14.IF 14 (figure 4) is a series-connected first mixer (SM) 21, the input of which is the input of the
МУЦОС 8 (фиг.5) включает в себя М аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 23, входы которых являются входами ПЧ МУЦОС 8, входы сигнала дискретизации подключены к выходам второго делителя мощности (ДМ) 24, а выходы подключены ко входам блока управления и обработки (БУО) 25. Первый, второй и третий управляющие выходы БУО 25 являются, соответственно, первым, вторым и третьим управляющими выходами МУЦОС 8. Выход данных и управляющий вход БУО 25 являются, соответственно, выходом данных и управляющим входом МУЦОС 8. Вход второго делителя мощности 24 является входом дискретизации МУЦОС 8.MUTsOS 8 (figure 5) includes M analog-to-digital converters (ADC) 23, the inputs of which are inputs of the
БФС 3 представляет собой два синтезатора частоты, обеспечивающих формирование сигнала гетеродина Fгет и опорного сигнала Fo. При этом могут быть использованы, например, синтезаторы и усилители из [3 - стр. 142-143. Mini-Circuits. RF & Microwave components guide. 2010].
PC 5 представляет собой делители мощности, разветвляющие сигнал гетеродина Fгет и опорный сигнал Fo на N выходов с помощью делителей мощности [3 - стр. 136-140].
Формирователь сигнала 7 содержит (фиг. 6) синтезатор частот (СЧ) 25, опорный вход которого является опорным входом формирователя сигнала 7, вход управления является входом управления формирователя сигнала 7, а выход дискретизации - выходом дискретизации формирователя сигнала 7. Сигнальный выход синтезатора частот 25 соединен со входом второго смесителя 26, гетеродинный вход которого является гетеродинным входом формирователя сигнала 7, а выход подключен ко третьему делителю мощности 27. Выходы третьего делителя мощности 27 являются выходами формирователя сигнала 7.The
АФАР работает следующим образом.AFAR works as follows.
В режиме передачи в синтезаторе частот 25 формирователя сигнала 7 формируется передаваемый сигнал ПС, который с помощью второго смесителя 26 переносится в область рабочих частот АФАР и разветвляется по числу каналов ППМ 1 в третьем делителе мощности 27. В случае формирования одной передающей ДН во всех ППМ 1 формируются одинаковые передаваемые сигналы. В случае необходимости одновременно формировать несколько независимых передающих ДН, имеющиеся в АФАР ППМ 1 в режиме передачи программно объединяются в подрешетки, количество которых равно количеству формируемых ДН. При этом в каждой подрешетке могут использоваться разные типы передаваемых сигналов.In the transmission mode, in the
АФАР формирует передающую ДН путем установки в ППМ 1 требуемых фазовых соотношений регулировкой сдвига фазы передающего сигнала ПС в фазовращателях 9. При необходимости, амплитудное распределение в АФАР может быть установлено соответствующим выбором усиления в усилителях мощности 10 разных каналов ППМ 1.AFAR forms the transmitting DP by setting the required phase relations in the
Для случая плоской прямоугольной АФАР, в которой формируется одна передающая ДН с направлением максимума ϕ, θ соответственно по азимуту и углу места, апертура которой содержит Nx АЭ 12, установленных вдоль координаты X на расстоянии dx, и Ny АЭ 12, установленных вдоль координаты Y, на расстоянии dy, ДН F(ϕ,θ) определяется как [2 - стр. 27-28]: For the case of a flat rectangular APAR, in which one transmitting pattern is formed with the direction of the maximum ϕ, θ, respectively, in azimuth and elevation, the aperture of which contains N x AE 12 installed along the X coordinate at a distance d x , and N y AE 12 installed along coordinates Y, at a distance d y , DN F (ϕ, θ) is defined as [2 - p. 27-28]:
где Axi, Ayi - коэффициенты амплитудного распределения вдоль координат X и Y соответственно;where A xi , A yi are the coefficients of the amplitude distribution along the X and Y coordinates, respectively;
ψхi, ψy - коэффициенты фазового распределения, представленные в виде фазовых сдвигов в фазовращателях 9.ψ хi , ψ y - coefficients of phase distribution, presented in the form of phase shifts in phase shifters 9.
С выходов фазовращателей 9 передаваемый сигнал усиливается в УМ 10, и через циркулятор 11 поступает на АЭ 12 и излучается в пространство. После этого АФАР переходит в режим приема.From the outputs of the phase shifters 9, the transmitted signal is amplified in the
В случае разделения АФАР на L подрешеток, в каждой подрешетке в соответствии с формулой (1) может аналогично формироваться своя передающая ДН Fl(ϕl, θl,), где ϕl и θ - направления масимумов передающих ДН, l=1…L.In the case of dividing the APAR into L sublattices, in each sublattice, in accordance with formula (1), its own transmitting DP F l (ϕ l , θ l ,) can be similarly formed, where ϕ l and θ are the directions of the maximums of the transmitting DP, l = 1 ... L.
В режиме приема принимаемые отраженные сигналы с выхода каждого АЭ 12 в каждом ППМ 1 проходят через циркулятор 11, усиливаются в МШУ 13, преобразуются по частоте в ПРЧ 14 и представляются в виде цифровых отсчетов Smn(t) с помощью АЦП 23.In the receiving mode, the received reflected signals from the output of each
Из полученных цифровых отсчетов формируют приемную одно- или многолучевую ДН путем весового суммирования в СЦДО 4. Число формируемых лучей определяется назначением АФАР и количеством передающих ДН.From the received digital samples, a receiving single or multi-beam pattern is formed by weight summation in the SDSD 4. The number of beams formed is determined by the purpose of the APAR and the number of transmitting patterns.
Отсчеты i-го луча с направлением максимума ϕi, θi вычисляются путем умножения цифрового потока с каждого ППМ 1 в перемножителях 16 на весовой множитель Wmn(ϕi, θi,)из ПЗУ 17 и суммирования в цифровом сумматоре 18. Диаграмма направленности для i-го приемного луча имеет видThe counts of the i-th ray with the direction of the maximum ϕ i , θ i are calculated by multiplying the digital stream from each
Сформированные отсчеты К приемных лучей с выходов формирователей 15 поступают в интерфейс 19, где преобразуются в последовательную форму и в виде последовательных кодов передаются на выход АФАР.The generated samples K of the receiving beams from the outputs of the shapers 15 are fed to the
В предлагаемом способе за счет использования формирователей сигнала 7 в каждом ППМ 1 возможно программное разделение АФАР в режиме передачи на подрешетки, которые формируют независимые передающие ДН в различных направлениях с разными типами передаваемых сигналов. В случае необходимости работы с максимальным коэффициентом усиления АФАР все ППМ 1 работают синхронно и формируют одну передающую ДН.In the proposed method, due to the use of
В предлагаемом способе усилители мощности 10 установлены в каждом канале многоканального ППМ, их выход через циркулятор 11 соединен с антенным элементом 12. В то время как в прототипе сигнал с выхода усилителя мощности поступает на распределительную систему, где он ослабляется на величину от 1 до 5 дБ в зависимости от конструкции и количества ППМ. Соответственно, в прототипе в эфир излучается сигнал со сниженной мощностью из-за потерь в распределительной системе. Таким образом, в предлагаемом способе потери передаваемого сигнала ниже на величину от 1 до 5 дБ, чем в прототипе.In the proposed method,
Работоспособность предлагаемого способа была проверена на макете устройства (фиг. 1). Испытания показали совпадение полученных характеристик с расчетными.The efficiency of the proposed method was tested on a device model (Fig. 1). Tests have shown the coincidence of the obtained characteristics with the calculated ones.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020106038A RU2730120C1 (en) | 2020-02-07 | 2020-02-07 | Method of constructing an active phased antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020106038A RU2730120C1 (en) | 2020-02-07 | 2020-02-07 | Method of constructing an active phased antenna array |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2730120C1 true RU2730120C1 (en) | 2020-08-17 |
Family
ID=72086361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020106038A RU2730120C1 (en) | 2020-02-07 | 2020-02-07 | Method of constructing an active phased antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2730120C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2764000C1 (en) * | 2021-04-01 | 2022-01-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for forming a directional diagram |
RU2774214C1 (en) * | 2021-05-31 | 2022-06-16 | Сергей Евгеньевич Мищенко | Method for building a beam formation system of a receiving digital antenna array |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5854607A (en) * | 1995-02-03 | 1998-12-29 | Gec-Marconi Avionics (Holdings) Limited | Arrangement for supplying power to modular elements of a phased array antenna |
RU2362180C2 (en) * | 2007-08-16 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Интеллектуальные сканирующие системы" | Short-range radiolocator with ultra high resolution (versions) |
RU2592731C1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing antenna array |
RU2697194C1 (en) * | 2019-02-12 | 2019-08-13 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing an active phased antenna array |
-
2020
- 2020-02-07 RU RU2020106038A patent/RU2730120C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5854607A (en) * | 1995-02-03 | 1998-12-29 | Gec-Marconi Avionics (Holdings) Limited | Arrangement for supplying power to modular elements of a phased array antenna |
RU2362180C2 (en) * | 2007-08-16 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Интеллектуальные сканирующие системы" | Short-range radiolocator with ultra high resolution (versions) |
RU2592731C1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing antenna array |
RU2697194C1 (en) * | 2019-02-12 | 2019-08-13 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing an active phased antenna array |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2764000C1 (en) * | 2021-04-01 | 2022-01-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method for forming a directional diagram |
RU2774214C1 (en) * | 2021-05-31 | 2022-06-16 | Сергей Евгеньевич Мищенко | Method for building a beam formation system of a receiving digital antenna array |
RU2775644C1 (en) * | 2021-10-28 | 2022-07-05 | Акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Method for complexing signals of elements of a phased antenna array into a general analogue-digital conversion trail |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102955155B (en) | Distributed active phased array radar and beam forming method thereof | |
US8432307B2 (en) | Agile-beam radar notably for the obstacle ‘sense and avoid’ function | |
JP7224174B2 (en) | Electronic device and radar control method | |
JP2001174539A (en) | Multi-beam ladar device | |
US10014887B1 (en) | Outphasing transmitters with improved wireless transmission performance and manufacturability | |
CN211856883U (en) | Radar receiver channel calibration device | |
RU2730120C1 (en) | Method of constructing an active phased antenna array | |
Peng et al. | Radio frequency beamforming based on a complex domain frontend | |
RU2697389C1 (en) | Combined radar and communication system on radio photon elements | |
RU2410804C1 (en) | Multibeam active antenna array | |
RU2697194C1 (en) | Method of constructing an active phased antenna array | |
RU2732803C1 (en) | Method for digital formation of beam pattern of active phased antenna array during radiation and reception of linear-frequency-modulated signals | |
RU2717258C1 (en) | Method of constructing an active phased antenna array | |
CN113437529A (en) | Full-polarization active phased array antenna array | |
RU2688836C1 (en) | Two-banding receiving and transmitting active phased antenna array | |
RU2577827C1 (en) | Self-focusing multibeam antenna array | |
RU2610833C1 (en) | Space scanning method | |
RU2751980C2 (en) | Converter transceiver module of digital antenna array with orthogonal control (options) | |
KR101007213B1 (en) | Antenna combiner of radar system where many radiation patterns can be synthesized | |
JP2017146156A (en) | Radar device | |
RU171330U1 (en) | Multichannel transceiver module of an active phased array antenna | |
RU126200U1 (en) | ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY WITH WIDE-SCAN SCAN | |
CN111106858A (en) | Wireless power transmission equipment and method based on antenna array design | |
RU119530U1 (en) | ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY | |
Ahmed et al. | Experimental study on multi-channel waveform agile beamforming and testbed calibration |