RU2745363C1 - Method for minimizing the control currents of the phase control system of headlamp control - Google Patents
Method for minimizing the control currents of the phase control system of headlamp control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2745363C1 RU2745363C1 RU2020105083A RU2020105083A RU2745363C1 RU 2745363 C1 RU2745363 C1 RU 2745363C1 RU 2020105083 A RU2020105083 A RU 2020105083A RU 2020105083 A RU2020105083 A RU 2020105083A RU 2745363 C1 RU2745363 C1 RU 2745363C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- control
- currents
- elements
- phase shift
- 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 радиолокации, а именно к фазированным антенным решеткам (ФАР), и может быть использовано для минимизации токов в коммутируемых фазовращателях антенной решетки. Управляющие токи коммутации в фазовращателях ФАР с большим числом элементов достигают величин десятков, сотен и более ампер, в зависимости от заданных параметров ФАР: коэффициент усиления, диапазон углов и закон сканирования луча, ширина ДН и пр., в том числе количество излучателей и применяемые схемы фазовращателей.The invention relates to radar, namely to phased antenna arrays (PAR), and can be used to minimize currents in the switched phase shifters of the antenna array. The control switching currents in phased array phase shifters with a large number of elements reach tens, hundreds or more amperes, depending on the specified parameters of the phased array: gain, range of angles and beam scanning law, beam width, etc., including the number of emitters and applied circuits phase shifters.
Это означает, что и мощность излучения и мощность, используемая для управления ФАР, достаточно велики. В многоэлементных ФАР мощность управления может многократно превышать излучаемую мощность. Требуются мощные источники электрической энергии, а это и вес, и объем. Если в наземных РЛС с ФАР это терпимо, то в летательных аппаратах малой и средней авиации это создает проблемы, что особенно это касается беспилотных летательных аппаратов (БПЛIА) среднего класса (до 1000 кг и выше) и беспилотников подводного назначения в ФАР сонаров.This means that both the radiation power and the power used to control the PAA are large enough. In multi-element HEADLIGHTS, the control power can be many times higher than the radiated power. Powerful sources of electrical energy are required, and this is both weight and volume. While this is tolerable in ground-based radars with HEADLIGHTS, this creates problems in small and medium-sized aircraft, which is especially true for unmanned aerial vehicles (UAVs) of the middle class (up to 1000 kg and more) and underwater drones in the HEADLIGHTS of sonars.
Технической задачей изобретения является значительное уменьшение управляющего тока в фазовращателях схемы управления ФАР.The technical problem of the invention is to significantly reduce the control current in the phase shifters of the PAA control circuit.
Технический результат достигается за счет применения одинаковой фазовой добавки ко всем фазовращателям ФАР, определяемой на этапе ее проектирования из условия минимизации одновременно включенных диодов. При этом положение луча не изменяется, сокращается число одновременно включенных рп диодов в каждом сдвиге фазы.The technical result is achieved by applying the same phase addition to all phased array phase shifters, determined at the design stage from the condition of minimizing simultaneously switched on diodes. In this case, the position of the beam does not change, the number of simultaneously switched on pn diodes in each phase shift is reduced.
Для решения поставленной задачи предлагается способ минимизации управляющих токов фазовращателей схемы управления ФАР, основанный на фазируемом направленном излучении, характеризующийся тем, что ко всем излучающим элементам добавляют один и тот же фазовый сдвиг, при этом положение луча в пространстве не изменяется, а добавленный фазовый сдвиг обеспечивает минимальное число переключающих p-i-n элементов, тем самым значительно уменьшается потребление переключающих токов. Необходимое фазовое распределение устанавливается схемой управления фазовращателями.To solve this problem, a method is proposed for minimizing the control currents of the phase shifters of the PAA control circuit, based on phased directional radiation, characterized by the fact that the same phase shift is added to all radiating elements, while the position of the beam in space does not change, and the added phase shift provides the minimum number of switching pin elements, thereby significantly reducing the consumption of switching currents. The required phase distribution is set by the phase shifter control circuit.
С учетом того, что в традиционно используемых N-битовых фазовращателях с применением p-i-n диодов требуемый фазовый сдвиг в диапазоне от 0 до 360 градусов устанавливается с шагом 360/N, а состояние диодов в каждой из N ячеек может быть закрытым обратным напряжением или открытым прямым током, токи открывания диодов не линейно зависят от устанавливаемого фазового сдвига. Число открытых диодов может изменяться от 0 до 2N, если в каждой из ячеек используется по два p-i-n диода. Электрическое сканирование луча антенной решетки осуществляется установкой необходимого фазового сдвига к каждому из излучателей антенной системы.Taking into account the fact that in traditionally used N-bit phase shifters using pin diodes, the required phase shift in the range from 0 to 360 degrees is set with a step of 360 / N, and the state of the diodes in each of the N cells can be closed reverse voltage or open forward current , diode opening currents are not linearly dependent on the set phase shift. The number of open diodes can vary from 0 to 2N if two p-i-n diodes are used in each of the cells. Electrical scanning of the antenna array beam is carried out by setting the required phase shift to each of the radiators of the antenna system.
На фиг. 1 изображено линейное распределение фазы, на котором показано:FIG. 1 shows a linear phase distribution, which shows:
1 - полотно ФАР1 - HEADLIGHT cloth
2 - диаграмма направленности (ДН) для одного сдвига фазы2 - directional diagram (DP) for one phase shift
3 - плоский фронт возбуждения (аппроксимация)3 - flat excitation front (approximation)
4 - ступеньки плоского фронта возбуждения (без фазовой добавки)4 - steps of a flat excitation front (without phase addition)
5 и 6 - ступеньки фазовой добавки5 and 6 - steps of the phase addition
На фиг. 2 изображена диаграмма токов одного фазовращателя в зависимости от выставленного сдвига фазы в градусах (диаграмма соответствует 4-битовому фазовращателю с дискретом фазового сдвига 22,5 градусов). Предполагается, что ток открывания одного p-i-n диода составляет 20 мА.FIG. 2 shows a diagram of the currents of one phase shifter depending on the set phase shift in degrees (the diagram corresponds to a 4-bit phase shifter with a phase shift of 22.5 degrees). It is assumed that the turn-on current of one p-i-n diode is 20 mA.
На фиг. 3 изображены распределения токов управления в круглой ФАР, состоящей из 308 элементов для одного и того же угла наклона главного лепестка (в данном случае 15 градусов), но с разной фазовой добавкой ко всем фазовращателям (20 градусов на фиг. 3, а и 50 градусов на фиг. 3, б). Разница в величине управляющего тока составила 10,5%. Для ФАР квадратной формы разница увеличивается.FIG. 3 shows the distributions of control currents in a round PAR, consisting of 308 elements for the same angle of inclination of the main lobe (in this
Видно, что идея по оптимальному управлению ФАР с точки зрения минимизации тока коммутируемых фазовращателей очень актуальна.It can be seen that the idea of optimal PAA control from the point of view of minimizing the current of the switched phase shifters is very relevant.
Любая сканирующая антенная решетка состоит из группы излучателей, определенным образом расположенных на полотне, которые заданным способом фазируются для формирования направленного излучения в требуемом направлении. Для отклонения луча на углы тета и фи сформированный плоский фронт возбуждения должен быть перпендикулярен направлению излучения (фиг. 1).Any scanning antenna array consists of a group of emitters located in a certain way on the web, which are phased in a predetermined manner to form directional radiation in the required direction. To deflect the beam at the theta and phi angles, the formed flat excitation front must be perpendicular to the direction of radiation (Fig. 1).
Линейное распределение фазы аппроксимируется в виде ступенек, положение которых наиболее близко к требуемому наклону фронта волны. Величина ступенек определяется дискретом фазирования фазовращателей (22,5 или 45 или иной градусов). Коммутация ячеек чаще всего происходит с помощью p-i-n диодов. При нулевом сдвиге все диоды закрыты и ток управления равен нулю. При сдвиге, равном дискрету фазирования, включается одна ячейка (например, 2 диода). Для сдвига в два дискрета включается другая ячейка (снова 2 диода). Для сдвига в 3 дискрета включается первая и вторая ячейка (4 диода), для сдвига в 4 дискрета включается одна ячейка с 2 диодами и т.д. Т.е. количество включенных диодов нелинейно зависит от требуемого фазового сдвига, а следовательно, и ток коммутации (фиг. 2).The linear phase distribution is approximated in the form of steps, the position of which is closest to the required slope of the wave front. The size of the steps is determined by the phasing discrete of the phase shifters (22.5 or 45 or other degrees). Switching of cells most often occurs using p-i-n diodes. At zero bias, all diodes are off and the control current is zero. With a shift equal to the phasing sample, one cell is turned on (for example, 2 diodes). To shift in two steps, another cell is turned on (again 2 diodes). For a shift of 3 steps, the first and second cells (4 diodes) are turned on, for a shift of 4 steps, one cell with 2 diodes is turned on, etc. Those. the number of switched on diodes depends nonlinearly on the required phase shift, and therefore on the switching current (Fig. 2).
Если ко всем излучающим элементами добавить один и тот же фазовый сдвиг, положение луча в пространстве не изменится (пунктирные ступеньки на фиг. 1). Однако при этом можно подобрать такую фазовую добавку, которая обеспечит минимальное значение управляющего тока в фазовращателях схемы управления ФАР. Эту добавку можно ввести как программно, так и с использованием общего для всех элементов ФАР фазовращателя.If the same phase shift is added to all the emitting elements, the position of the beam in space will not change (dashed steps in Fig. 1). However, in this case, it is possible to select such a phase addition that will provide the minimum value of the control current in the phase shifters of the PAA control circuit. This additive can be introduced both programmatically and using a phase shifter common to all the PAR elements.
Например, для ФАР из 308 элементов, с условием формирования луча под углом 15 градусов к нормали апертуры антенны и использования 4-битовых ФВ (с 4 ячейками) величина управляющего тока меняется от 26,2 до 23,7 А при условии, что каждый диод коммутируется током 20 мА. Экономия составляет 10,5%.For example, for a PAA of 308 elements, with the condition of beamforming at an angle of 15 degrees to the normal of the antenna aperture and using 4-bit PV (with 4 cells), the value of the control current varies from 26.2 to 23.7 A, provided that each diode commutated with a current of 20 mA. The savings are 10.5%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020105083A RU2745363C1 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | Method for minimizing the control currents of the phase control system of headlamp control |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020105083A RU2745363C1 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | Method for minimizing the control currents of the phase control system of headlamp control |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2745363C1 true RU2745363C1 (en) | 2021-03-24 |
Family
ID=75159192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020105083A RU2745363C1 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | Method for minimizing the control currents of the phase control system of headlamp control |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2745363C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6051302A (en) * | 1983-08-31 | 1985-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | Control circuit of phase shifter |
CA1250029A (en) * | 1985-05-13 | 1989-02-14 | Richard L. O'shea | Reflective phase shifter |
RU2346363C2 (en) * | 2003-05-17 | 2009-02-10 | Квинтел Текнолоджи Лимитед | Phased antenna array system with adjustable electrical tilt |
-
2020
- 2020-02-03 RU RU2020105083A patent/RU2745363C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6051302A (en) * | 1983-08-31 | 1985-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | Control circuit of phase shifter |
CA1250029A (en) * | 1985-05-13 | 1989-02-14 | Richard L. O'shea | Reflective phase shifter |
RU2346363C2 (en) * | 2003-05-17 | 2009-02-10 | Квинтел Текнолоджи Лимитед | Phased antenna array system with adjustable electrical tilt |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mailloux | Phased array antenna handbook | |
US7453413B2 (en) | Reconfigurable parasitic control for antenna arrays and subarrays | |
US5874915A (en) | Wideband cylindrical UHF array | |
US20180053994A1 (en) | Electronically Compensated Radome Using Frequency Selective Surface Compensation | |
US20020171585A1 (en) | Planar ray imaging steered beam array (PRISBA) antenna | |
US9780448B1 (en) | True path beam steering | |
Zhong et al. | A 1-bit, low-complexity, 20× 20-element electronically reconfigurable reflectarray antenna | |
RU2745363C1 (en) | Method for minimizing the control currents of the phase control system of headlamp control | |
KR102394771B1 (en) | Antenna apparatus and identification of friend or foe system with the same | |
Yang et al. | Recent advances in beam-scanning reflectarray antennas | |
Biosca et al. | Side-lobe reduction with overlapped beam-forming network for Ku-band hybrid antenna array | |
US20170115385A1 (en) | Transmit-array antenna for a monopulse radar system | |
Weiss et al. | Development of simple affordable beamformers for army platforms | |
Sreenivasulu et al. | Design Consideration of Wide Bandwidth Active Phased Array Antenna | |
Luo et al. | Proof of concept of a low-cost beam-steering hybrid reflectarray that mixes microstrip and lens elements using passive demonstrators | |
Kohmura et al. | Ka-band beam switchable Fresnel reflector | |
Zaghloul et al. | Hybrid beam former for distributed-aperture electronically steered arrays | |
Rao et al. | Affordable phased array for ship self-defense engagement radar | |
Lee et al. | High-Efficiency Reconfigurable Reflectarray Based on Small Unit Cell of Ring Patch | |
Ma et al. | A Phase Compensation Technique for the Tradeoff Design of Irregular Phased Array | |
Teillet et al. | Low Cost S-band Beamsteering Antennas for Long Range Professional UAV | |
KR102394992B1 (en) | Antenna apparatus and identification of friend or foe system with the same | |
US11522285B1 (en) | Beam steering and beam forming an antenna | |
KR102391795B1 (en) | Antenna apparatus and identification of friend or foe system with the same | |
KR102394991B1 (en) | Antenna apparatus and identification of friend or foe system with the same |