RU2758569C1 - Method for constructing a mobile active phased array antenna - Google Patents
Method for constructing a mobile active phased array antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758569C1 RU2758569C1 RU2020140428A RU2020140428A RU2758569C1 RU 2758569 C1 RU2758569 C1 RU 2758569C1 RU 2020140428 A RU2020140428 A RU 2020140428A RU 2020140428 A RU2020140428 A RU 2020140428A RU 2758569 C1 RU2758569 C1 RU 2758569C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- antenna elements
- drones
- built
- transmitting
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
Abstract
Description
Изобретение относится к области систем радиосвязи с использованием излучения, а именно к комбинированным конструкциям из активных антенных элементов и узлов, установленных на дронах, обеспечивающих суммарное повышение излучаемой мощности и формирующих требуемую диаграмму направленности антенной решетки. Основное предназначение способа построения мобильной активной фазированной антенной решетки для использования в технике радиосвязи, преимущественно, в диапазонах сверхдлинных-коротких радиоволн, на автономных объектах с низкой энерговооруженностью, в неудобных для размещения антенных устройств местах, без требований к подстилающей поверхности, в том числе для транспортных радиостанций и объектов Северного морского пути.The invention relates to the field of radio communication systems using radiation, namely to combined structures of active antenna elements and units installed on drones, providing a total increase in the radiated power and forming the required antenna array pattern. The main purpose of the method for constructing a mobile active phased antenna array for use in radio communication technology, mainly in the ranges of ultra-long-short radio waves, on autonomous objects with low power-to-weight ratio, in places inconvenient for placing antenna devices, without requirements for the underlying surface, including for transport radio stations and facilities of the Northern Sea Route.
Известны буксируемые тросовые, около десятикилометровой длины, но практически изотропной направленности, антенны, выпускаемые из приспособлений фюзеляжей специальных самолетов в России ТУ-142 MP и в США Е-6 Mercury, смощными передающими комплексами, используемыми для ретрансляции сигналов оперативной связи с подводными лодками, с излучением в диапазонах сверхдлинных-длинных радиоволн (https://ru.wikipedia.org/wiki-Самолеты, http://janto.ru/repository/014/01.html). Недостатком известных антенн является отсутствие ярко выраженной направленности, требующей для обеспечения гарантированной связи с приемными устройствами даже на известных направлениях повышенных мощностей излучения.Known towed cable, about ten kilometers long, but practically isotropic, antennas produced from the attachments of the fuselages of special aircraft in Russia TU-142 MP and in the USA E-6 Mercury, with powerful transmitting systems used for relaying operational communication signals with submarines, with radiation in the ranges of ultra-long-long radio waves (https://ru.wikipedia.org/wiki-Aircraft, http://janto.ru/repository/014/01.html). The disadvantage of the known antennas is the lack of a pronounced directivity, which requires increased radiation powers to ensure guaranteed communication with receiving devices even in known directions.
Известен способ создания сверхнизкочастотной - низкочастотной (сверхдлинных - длинных радиоволн) передающей антенны и установка для его осуществления (патент RU №2717159 от 18.03.2020.Бюл. №8). В известном изобретении передающую вибраторную антенну мобильной передвижной платформы спередающей установкой удлиняют и настраивают, используя способ искусственной фотоионизации излучений неодимового и ультрафиолетового лазеров в атмосфере, для создания ионизированного проводящего канала-вибратора, который для увеличения электрической проводимости ионизационного канала в воздухе обогащают использованием соединения твердотельного аэрозоля Al2O3, путем распыления с поднятого над платформой и удерживаемого над каналом квадрокоптера, на котором установлен генератор твердого аэрозоля-порошка. Задают длину вибратора высотой проводящего канала ионизации атмосферы, не более, чем на 1-1,1 км, инастраивают путем излучения несущего колебания с устройством обязательного контроля напряженности электромагнитного поля.There is a known method of creating a super-low-frequency - low-frequency (super-long - long radio waves) transmitting antenna and installation for its implementation (patent RU No. 2717159 dated 03/18/2020, Bul. No. 8). In the known invention, the transmitting vibrator antenna of a mobile mobile platform with a transmitting installation is lengthened and adjusted using a method of artificial photoionization of neodymium and ultraviolet laser radiation in the atmosphere to create an ionized conductive channel-vibrator, which is enriched using a solid-state aerosol compound Al to increase the electrical conductivity of the ionization channel in the air 2 O 3 , by spraying from a quadcopter raised above the platform and held above the channel, on which a solid aerosol-powder generator is installed. The length of the vibrator is set by the height of the conductive ionization channel of the atmosphere, no more than 1-1.1 km, and is adjusted by radiation of the carrier vibration with a device for mandatory control of the electromagnetic field strength.
Недостатками известного изобретения являются изотропная диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, влияние подстилающей поверхности на работу наземных антенн в используемых диапазонах длин радиоволн, длительное время развертывания в работоспособное положение комплекса входящих систем, сложность устройств точной механики и оптики по обеспечению юстировки и соосности пучков излучения лазеров при создании и настройке удлиняющей части вибратора в известном способе создания передающей антенны, необходимость обязательного использования устройств контроля напряженности электромагнитного поля из-за низкой надежности поддержания параметров в удлиняющей зоне вибратора и зависимость от состояния атмосферы.The disadvantages of the known invention are the isotropic radiation pattern in the horizontal plane, the effect of the underlying surface on the operation of terrestrial antennas in the used ranges of radio wavelengths, the long deployment time of the complex of incoming systems in an operable position, the complexity of precision mechanics and optics devices to ensure alignment and alignment of laser radiation beams when creating and adjusting the extension part of the vibrator in the known method of creating a transmitting antenna, the need for mandatory use of devices for monitoring the strength of the electromagnetic field due to the low reliability of maintaining the parameters in the extension zone of the vibrator and the dependence on the state of the atmosphere.
Наиболее близким по назначению и основным существенным признакам является способ построения активной фазированной антенной решетки, являющийся отражением всеобъемлющего и универсального способа для систем радиосвязи и радиолокации, который и принят за прототип (патент RU №2717258 от 19.03.2020.Бюл. №8). В варианте известного способа построения активной фазированной антенной решетки размещают антенные элементы на передающих модуляхи формируют антенное полотно активной фазированной антенной решетки из таких передающих модулей, а во встроенном формирователе излучаемого антенной решеткой сигнала в каждом из передающих модулей формируют передаваемый сигнал с фазовыми соотношениями для создания направленной диаграммы, который в каждом передающем модуле усиливается встроенным усилителем мощности для применения, в основном, при реализации в плоских структурах пространственных антенных фазированных решеток, используемых, преимущественно, в сантиметровых диапазонах радиоволн. Недостатком прототипа является применение сложных устройств встроенных формирователей и элементов распределительной системы передаваемых сигналов к модулям с использованием циркуляторов и фазовращателей, введение в систему гетеродинов и устройств регулировки фазовых и амплитудных соотношений.The closest in purpose and main essential features is a method for constructing an active phased antenna array, which is a reflection of a comprehensive and universal method for radio communication and radar systems, which is adopted as a prototype (patent RU No. 2717258 dated 03.19.2020, Bul. No. 8). In a variant of the known method for constructing an active phased antenna array, antenna elements are placed on the transmitting modules and the antenna sheet of the active phased antenna array is formed from such transmitting modules, and in the built-in shaper of the signal emitted by the antenna array in each of the transmitting modules a transmitted signal with phase relationships is formed to create a directional diagram , which in each transmitting module is amplified by a built-in power amplifier for use, mainly, in the implementation of spatial phased array antennas in flat structures, used mainly in centimeter radio wave ranges. The disadvantage of the prototype is the use of complex devices of built-in shapers and elements of the distribution system of transmitted signals to the modules using circulators and phase shifters, the introduction of local oscillators and devices for adjusting phase and amplitude relationships into the system.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение процессов диаграммообразования активной фазированной антенной решетки и использование идентичных упрощенных передающих модулей с возможностью оперативного изменения необходимого количества в системе диаграммообразования, в зависимости от требуемых характеристик направленности и мощности излучаемого сигнала, с расширением функциональных возможностей и повышением живучести системы. Для решения указанной задачи предлагается способ построения мобильной активной фазированной антенной решетки, при котором для излучения сигналов используют установленные на дронах (носителях) антенные элементы, размещенные на передающих модулях, со встроенными, формирующими передаваемый сигнал и усиливающими его в усилителях мощности устройствами, при размещении дронов друг за другом для создания антенного полотна в направлении формирования направленного излучения.The problem to be solved by the present invention is to simplify the beamforming processes of the active phased antenna array and the use of identical simplified transmitting modules with the possibility of promptly changing the required number in the beamforming system, depending on the required directivity characteristics and the power of the emitted signal, with expanding the functionality and increasing the survivability of the system. To solve this problem, a method is proposed for constructing a mobile active phased antenna array, in which signals are emitted using antenna elements installed on drones (carriers) located on transmitting modules, with built-in devices that form the transmitted signal and amplify it in power amplifiers when placing drones one after another to create an antenna web in the direction of the formation of directional radiation.
Согласно изобретению, каждый из идентичных передающих модулей с антенными элементами устанавливают на дронах, находящихся в зависшем положении или синхронно летящих над земной поверхностью, размещают их друг за другом в направлении формирования направленного излучения для создания антенной фазированной решетки с режимом бегущей волны, при этом в каждом передающем модуле с помощью встроенного формирователя осуществляют от источника передачи сигнала прием сигналов прямым усилением на повышенной частоте и детектируют его, усиливают принятый сигнал встроенным усилителем мощности и подают на антенные элементы, при чем необходимые фазовые соотношения задержек для создания направленной диаграммы формируют за счет взаимного расположения дронов в пространстве.According to the invention, each of the identical transmitting modules with antenna elements is installed on drones that are in a hovering position or synchronously flying over the earth's surface, they are placed one after another in the direction of the formation of directional radiation to create a phased array antenna with a traveling wave mode, with each the transmitting module with the help of a built-in shaper, signals are received from the signal transmission source by direct amplification at an increased frequency and detected, the received signal is amplified by the built-in power amplifier and fed to the antenna elements, and the necessary phase relationships of the delays to create a directional diagram are formed due to the relative position of the drones in space.
Техническим результатом предлагаемого способа является расширение функциональных возможностей за счет упрощения процессов диаграммообразования активной фазированной антенной решетки путем применения приема сигналов для последующего излучения антенной решеткой с прямым усилением на повышенной частоте и детектирования, усиления по мощности и создания необходимых фазовых соотношений задержек при излучении сигналов антенными элементами полотна решетки без использования электрических фазовращателей, только за счет взаимного расположения дронов (носителей) в пространстве.The technical result of the proposed method is to expand the functionality by simplifying the processes of diagramming an active phased antenna array by using signal reception for subsequent radiation by an antenna array with direct amplification at an increased frequency and detection, power amplification and creating the necessary phase relationships of delays when signals are emitted by antenna elements of the web lattices without the use of electric phase shifters, only due to the relative position of drones (carriers) in space.
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 передающие модули антенных элементов усложненно соединены разной протяженности жесткими линиями связи с распределительной системой, с соответствующим их устройству коэффициентами затухания и укорочения длин используемых радиоволн, что требует необходимой корректуры фазовых и амплитудных величин. В то время как в предлагаемом способе соединительные линии отсутствуют;- in the prototype, the transmitting modules of the antenna elements are complicatedly connected of different lengths by rigid communication lines with the distribution system, with the attenuation and shortening coefficients of the used radio waves corresponding to their device, which requires the necessary correction of the phase and amplitude values. While in the proposed method, there are no connecting lines;
- в прототипе формируют передающий луч с заданной формой электрически, путем управления установками фазовых и амплитудных соотношений передаваемого сигнала в каналах передающих модулей. В то время как в предлагаемом способе необходимые фазовые соотношения задержек для создания направленной диаграммы формируются за счет взаимного расположения дронов в пространстве и, нет необходимости применения дополнительных электрических регулировок, что позволяет использовать упрощенные идентичные передающие модули для всех антенных элементов;- in the prototype, a transmitting beam with a given shape is formed electrically by controlling the settings of the phase and amplitude ratios of the transmitted signal in the channels of the transmitting modules. While in the proposed method the necessary phase relationships of the delays for creating a directional diagram are formed due to the relative position of the drones in space and there is no need to use additional electrical adjustments, which allows the use of simplified identical transmitting modules for all antenna elements;
- в прототипе формируют передающий луч с заданной формой электрически, путем управления установками фазовых и амплитудных соотношений передаваемого сигнала в каналах передающих модулей, что требует сложных схемотехнических и конструктивных решений по их реализации, снижающих эксплуатационные возможности и надежность работы устройств, а в предлагаемом способе не требуются такие усложнения, что позволяет использовать упрощенные идентичные передающие модули для всех антенных элементов;- in the prototype, a transmitting beam with a given shape is electrically formed by controlling the settings of the phase and amplitude ratios of the transmitted signal in the channels of the transmitting modules, which requires complex circuitry and design solutions for their implementation, which reduce the operational capabilities and reliability of the devices, and the proposed method does not require complications such that simplified identical transmitter modules can be used for all antenna elements;
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что используемые в способ построения мобильной активной фазированной антенной решетки устройства в указанной связи с остальными элементами приводит к расширению функциональных возможностей системы, причем возможна переустановка модулей на любые носители.Comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that the device used in the method of constructing a mobile active phased antenna array in this connection with the rest of the elements leads to an increase in the functionality of the system, and it is possible to reinstall the modules on any media.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения мобильной активной фазированной антенной решетки из патентных источников и литературы не найдено, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinctive features and properties of the proposed method for constructing a mobile active phased antenna array from patent sources and literature has not been found, therefore it meets the criteria of novelty and inventive step.
На чертеже на фиг. 1 показана функциональная схема примера устройства реализации способа построения мобильной активной фазированной антенной решетки.In the drawing in FIG. 1 shows a functional diagram of an example of a device for implementing a method for constructing a mobile active phased antenna array.
Устройство, реализующее предлагаемый способ содержит, антенные элементы 1 на передающих модулях 2,которые создают антенное полотно активной фазированной антенной решетки из N передающих модулей. Каждый из идентичных передающих модулей 2 с антенными элементами 1 установлен на дронах 3.Каждый передающий модуль 2 содержит встроенный формирователь 4 и встроенный усилитель мощности 5.A device that implements the proposed method contains
При реализации предложенного способа на примере, показанном на фиг. 1, выполняется следующая последовательность действий:When implementing the proposed method using the example shown in FIG. 1, the following sequence of actions is performed:
- выводят в точки для нахождения в зависшем положении группировку дронов 3, с установленными идентичными передающими модулями 2 с антенными элементами 1, размещая их в пространстве друг за другом в направлении формирования направленного излучения для создания антенной фазированной решетки с режимом бегущей волны, расставляя их друг от друга, например, на классическое расстояние L, равное четверти рабочей длины радиоволны;- a group of
- дроны (носители) могут зависать, барражировать, лететь, сохраняя строй и направленность при реализации в антенне бегущей волны;- drones (carriers) can hover, loit, fly, maintaining the formation and directionality when a traveling wave is implemented in the antenna;
- от источника передачи сигнала (на функциональной схеме не показан), сигнал на повышенной частоте, например, с амплитудной модуляцией требуемой для излучения частотой, которая также может иметь модуляцию, в каждом передающем модуле с помощью встроенного формирователя 4 принимают, усиливают на принятой повышенной частоте с прямым усилением и детектируют его;- from a signal transmission source (not shown in the functional diagram), a signal at an increased frequency, for example, with amplitude modulation at the frequency required for radiation, which can also be modulated, is received in each transmitting module using a built-in shaper 4, amplified at the received increased frequency with direct amplification and detect it;
- требуемая для излучения частота, после детектированная, которая может иметь модуляцию, подается на встроенный усилитель мощности 6 и после его на антенные элементы 1;- the frequency required for radiation, after being detected, which can have modulation, is fed to the built-in power amplifier 6 and then to the
- ввиду идентичности передающих модулей 2 с антенными элементами 1, фазовые и амплитудные изменения при обработке принятых сигналов внутри модулей 2 также будут идентичными во всех модулях 2, однако фазовые соотношения удаленных от источника передачи сигнала модулей 2, будут измененными и при размещении модулей 2 друг за другом при расстоянии L, в направлении формирования направленного излучения на одной линии, равном четверти рабочей длины радиоволны, будут кратны 90 градусам, что обеспечит режим бегущей волны с выраженной направленностью суммарного излучения.- due to the identity of the transmitting
Дальнейшим развитием технического решения, применения предлагаемого способа, возможно его использование для реализации как пространственного, так и в комбинации с частотным разносов, например, при разнесении группировок предлагаемых мобильных активных фазированных антенных решеток на заданные расстояния друг от друга в направлении формирования направленного излучения на одной линии, как от одного и того же источника передачи сигнала, так и от нескольких с разными номиналами повышенных, требуемых для излучения частот в целях помехоустойчивости каналов связи.Further development of the technical solution, the application of the proposed method, it is possible to use it for the implementation of both spatial and in combination with frequency separations, for example, when the groupings of the proposed mobile active phased antenna arrays are separated at specified distances from each other in the direction of the formation of directional radiation on one line , both from the same source of signal transmission, and from several with different ratings of the increased frequencies required for emission for the purpose of noise immunity of communication channels.
Предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, обеспечивает создание активных фазированных антенных решеток, в диапазонах сверхдлинных-коротких радиоволн, где практически при наземном размещении антенных устройств их нельзя создать на автономных объектах с низкой энерговооруженностью, в неудобных для размещения антенных устройств местах, без требований к подстилающей поверхности, в том числе для аварийного использования этих диапазонов на транспортных средствах. Дополнительно к этому предлагаемый способ может использоваться в научно-исследовательских целях, преддверием строительства стационарных антенных устройств, например, при дооборудовании Северного морского пути, и наиболее дешевой реализацией резервных каналов радиосвязи, так как в качестве источников передачи сигналов могут быть использованы портативные, широко применяемые средства связи.The proposed method, in comparison with the prototype, provides the creation of active phased antenna arrays, in the ranges of ultra-long-short radio waves, where practically with the ground-based placement of antenna devices, they cannot be created on autonomous objects with low power-to-weight ratio, in places inconvenient for placing antenna devices, without requirements for the underlying surface, including for emergency use of these ranges on vehicles. In addition to this, the proposed method can be used for research purposes, on the eve of the construction of stationary antenna devices, for example, when retrofitting the Northern Sea Route, and the cheapest implementation of backup radio communication channels, since portable, widely used means can be used as signal transmission sources communication.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020140428A RU2758569C1 (en) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Method for constructing a mobile active phased array antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020140428A RU2758569C1 (en) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Method for constructing a mobile active phased array antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2758569C1 true RU2758569C1 (en) | 2021-10-29 |
Family
ID=78466596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020140428A RU2758569C1 (en) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Method for constructing a mobile active phased array antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2758569C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150237569A1 (en) * | 2014-02-17 | 2015-08-20 | Ahmad Jalali | Unmanned Aerial Vehicle Communication Using Distributed Antenna Placement and Beam Pointing |
| US9119179B1 (en) * | 2012-06-06 | 2015-08-25 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Skypoint for mobile hotspots |
| US9479964B2 (en) * | 2014-04-17 | 2016-10-25 | Ubiqomm Llc | Methods and apparatus for mitigating fading in a broadband access system using drone/UAV platforms |
| RU2717258C1 (en) * | 2019-07-19 | 2020-03-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing an active phased antenna array |
-
2020
- 2020-12-08 RU RU2020140428A patent/RU2758569C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9119179B1 (en) * | 2012-06-06 | 2015-08-25 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Skypoint for mobile hotspots |
| US20150237569A1 (en) * | 2014-02-17 | 2015-08-20 | Ahmad Jalali | Unmanned Aerial Vehicle Communication Using Distributed Antenna Placement and Beam Pointing |
| US9859972B2 (en) * | 2014-02-17 | 2018-01-02 | Ubiqomm Llc | Broadband access to mobile platforms using drone/UAV background |
| US9479964B2 (en) * | 2014-04-17 | 2016-10-25 | Ubiqomm Llc | Methods and apparatus for mitigating fading in a broadband access system using drone/UAV platforms |
| RU2717258C1 (en) * | 2019-07-19 | 2020-03-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Method of constructing an active phased antenna array |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10530445B2 (en) | Increasing data transfer rates | |
| US10530429B2 (en) | Process and apparatus for communicating with a user antenna | |
| JP6617851B1 (en) | Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission system | |
| US9774382B2 (en) | Integrated wafer scale, high data rate, wireless repeater placed on fixed or mobile elevated platforms | |
| EP3272019B1 (en) | Generation and use of similar multiple beams | |
| US10181894B2 (en) | Process and apparatus for communicating with user antenna phased arrays | |
| US10135510B2 (en) | Means of improving data transfer | |
| WO2021211189A1 (en) | Millimeter wave repeater systems and methods | |
| US9692489B1 (en) | Transceiver using novel phased array antenna panel for concurrently transmitting and receiving wireless signals | |
| US11451944B2 (en) | In-vehicle communication system | |
| RU2697389C1 (en) | Combined radar and communication system on radio photon elements | |
| RU2758569C1 (en) | Method for constructing a mobile active phased array antenna | |
| KR101859867B1 (en) | Antenna apparatus for millimeter wave and beam generating method using lens | |
| US11942681B1 (en) | Distributed semi-autonomous phased arrays for subsurface VLF transmission | |
| Matsumuro et al. | Basic study of both-sides retrodirective system for minimizing the leak energy in microwave power transmission | |
| US2028857A (en) | Electrical communication system | |
| US20220196818A1 (en) | Radar Device | |
| RU2792206C1 (en) | Mobile sw/mw floating wave channel antenna system | |
| US20210313687A1 (en) | Radio transceiver with antenna array formed by horn-antenna elements | |
| US11843184B1 (en) | Dual band, singular form factor, transmit and receive GNSS antenna with passively shaped antenna pattern | |
| US3350642A (en) | Nonoriented active earth satellite with improved antenna gain | |
| JP2017092814A (en) | Antenna array, base station, wireless communication system, and communication device | |
| US11962390B2 (en) | Methods, apparatus and system for extended wireless communications | |
| JP2019152526A (en) | Antenna device for aircraft | |
| RU2617796C2 (en) | Positioning and long-distance module oblique polarization antenna array of mobile multi-function longtime heart monitoring and ergometry hardware and software complex |