UA34434C2 - Transmission antenna system with the phased array - Google Patents

Transmission antenna system with the phased array Download PDF

Info

Publication number
UA34434C2
UA34434C2 UA94005020A UA94005020A UA34434C2 UA 34434 C2 UA34434 C2 UA 34434C2 UA 94005020 A UA94005020 A UA 94005020A UA 94005020 A UA94005020 A UA 94005020A UA 34434 C2 UA34434 C2 UA 34434C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
antenna
phase
beams
elements
phased array
Prior art date
Application number
UA94005020A
Other languages
Russian (ru)
Ukrainian (uk)
Inventor
Едвард Хершфілд
Эдвард Хершфилд
мол. Метьюз Едгар В.
мл. Метьюз Эдгар В.
Говард Х. Лух
Original Assignee
Спейс Системз/Лорел, Інк.
Спейс Системз/Лорел, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Спейс Системз/Лорел, Інк., Спейс Системз/Лорел, Инк. filed Critical Спейс Системз/Лорел, Інк.
Priority to UA94005020A priority Critical patent/UA34434C2/en
Publication of UA34434C2 publication Critical patent/UA34434C2/en

Links

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

The present invention relates to aerial assemblies for the microwave beams and, in particular, to phased array antennas generating several antenna beams simultaneously by control of the relative phase of signal multitude of radiating elements.

Description

Настоящее изобретение относится к антенньім системам для лучей СВУ и в частности к фазирован- ньїм антенньім решеткам, генерирующим несколько антенньїх лучей одновременно путем управления отно- сительной фазой сигналов множества излучающих злементов.The present invention relates to antenna systems for IED beams and, in particular, to phased antenna arrays that generate several antenna beams simultaneously by controlling the relative phase of the signals of multiple radiating elements.

Антеннье решетки уже много лет используются в радарньїх системах для формирования узких нап- равленньх лучей. Характеристики антенной решетки определяются геометрическим расположением излу- чающих злементов, а также амплитудой и фазой их индивидуальньх сигналов возбуждения.Antenna arrays have been used for many years in radar systems to form narrow directional beams. The characteristics of the antenna array are determined by the geometric arrangement of the radiating elements, as well as the amplitude and phase of their individual excitation signals.

Более поздние разработки в области радаров, такие как магнетрон и другие мощнье СВЧУЧ устройст- ва, расширили традиционньй рабочий диапазон радаров в сторону вьісоких частот. На зтих более вьісоких частотах нашли практическое применение более простье антенньї, состоящие из рефлекторов определен- ной формь! (параболических и рупорньх) или других простьїх облучателей.Later developments in the field of radars, such as the magnetron and other powerful microwave devices, extended the traditional operating range of radars towards high frequencies. At those higher frequencies, a simpler antenna, consisting of reflectors of certain shapes, found practical use! (parabolic and horn) or other simple irradiators.

Затем по многим причинам, включая требования к скорости сканирования и способности произволь- ного или запрограммированного наведения луча, особое значение приобрело злектронное (безьінерцион- ное) сканирование. С разработкой фазовращателей и коммутаторов с злектронньім управлением внимание специалистов переключилось на антеннье решетки, в которьїх каждьйй излучающий злемент индивидуаль- но управляется злектронньім способом. Управляемье фазовращатели обеспечивают возможность бьістро- го и точного переключения лучей в технике антенньїх фазированньїх решеток, и таким образом позволяют радару вьиіполнять множество функций, чередующихся во времени, или даже одновременно. Радар с фази- рованной антенной решеткой с злектронньім управлением способен сопровождать множество целей, облу- чать несколько целей для наведения на них ракет, виіполнять поиск в широком угловом секторе с автома- тической селекцией целей для обеспечения сопровождения вьібранной цели и может работать как система связи с удаленньми приемниками и/или передатчиками при помощи лучей, обеспечивающих вьсокий козффициент усиления антенной системьї. Таким образом, антенная решетка с фазовьм сканированием имеет очень большое значение. Общие сведения по современньм антенньм решеткам содержатся в "Вадаг Напаброок" ру Меїтії Т. 5коїпік. Мссхгам НІЇЇ (1970).Then, for many reasons, including the requirements for scanning speed and the ability of arbitrary or programmed beam guidance, electronless (inertial) scanning acquired special importance. With the development of phase shifters and commutators with electronic control, the attention of specialists turned to antenna arrays, in which each radiating element is individually controlled electronically. Controllable phase shifters provide the possibility of rapid and accurate switching of beams in the technique of antenna phasing arrays, and thus allow the radar to perform many functions that alternate in time, or even simultaneously. A radar with a phased antenna array with electronic control is capable of tracking multiple targets, irradiating several targets for guiding missiles at them, performing a search in a wide angular sector with automatic target selection to ensure tracking of the selected target, and can work as a communication system with by remote receivers and/or transmitters using beams that provide a high gain coefficient of the antenna system. Thus, the antenna array with phase scanning is very important. General information on modern antenna arrays can be found in "Vadag Napabrook" ru Meitia T. 5koipik. MSskhgam NIII (1970).

Известнье антеннье решетки описань! также в приведенньх ниже патентах.Famous antenna grid descriptions! also in the patents below.

В патенте США Мо 2967301 от З января 1961 г. описан способ формирования последовательньх лу- чей для определения скорости самолета относительно земли.US patent No. 2967301 dated January 1961 describes a method of forming successive beams for determining the speed of an aircraft relative to the ground.

В патенте США Мо 3423756 от 21 января 1969 г. описана система, в которой управляемая злектрон- ньім путем антенна с коническим сканированием возбуждаєется при помощи сверхразмерного волновода и расположенньх рядом и связанньх с ним четьірех настроенньїх резонаторов. Сигнал, на частоту которого настроень зти обьемньсе резонаторьі, расщепляется на модь! более вьісоких порядков, что приводит к сд- вигу фазового центра излучения от центра апертурь! антенньі. Коническое сканированиеє достигаєтся путем последовательной настройки четьірех резонаторов на частоту зтого сигнала. Сигналь! с частотами, сущест- венно отличающимися от частоть, на которую настроень зти резонаторьі, распространяются по волноводу без искажений.US patent No. 3423756 dated January 21, 1969 describes a system in which an electronically controlled antenna with conical scanning is excited by means of an oversized waveguide and four tuned resonators located near and connected to it. The signal to the frequency of which the volume resonators are tuned is split into modes! higher orders of magnitude, which leads to a shift of the phase center of the radiation from the center of the apertures! antennas Conical scanning is achieved by sequential tuning of four resonators to the frequency of that signal. Signal! with frequencies significantly different from the frequency to which these resonators are tuned, propagate along the waveguide without distortion.

В патенте США Мо 3969729 от 13 июля 1976 г. описан интегральньй злемент/фазовращатель, пред- назначенньйй для использования в решетках с фазовьмм сканированием. Возбуждение злементов решетки осуществляется при помощи ряда полосковьїх линий передачи или нерезонансньх волноводов. Четьіре РЧ диода, подключеннье и расположеннье определенньім образом в щелях симметричной щелевой структу- рьї в наружной проводящей стенке линии передачи, служат для изменения связи через щели между зтой линией передачи и апертурой каждого отдельного злемента антеннь. Таким образом, каждьй диод регули- рует вклад каждой щели в знергию апертурь! отдельного злемента при соответствующей фазе и тем са- мьім определяет общую фазу указанной апертурь!.US patent No. 3,969,729, dated July 13, 1976, describes an integral element/phase shifter intended for use in gratings with phase scanning. Excitation of the lattice elements is carried out with the help of a number of strip transmission lines or non-resonant waveguides. Four RF diodes, connected and arranged in a certain way in the slots of the symmetrical slot structure in the outer conductive wall of the transmission line, serve to change the connection through the slots between the transmission line and the aperture of each individual element of the antennas. Thus, each diode regulates the contribution of each slit to the aperture energy! of a separate element at the corresponding phase and thus determines the overall phase of the specified aperture!

В патенте США Мо 4041501 от 9 августа 1977 г. описань! системьї антенньїх решеток, в которьхх рабо- чая структура злементов дополнена цепями связи, для того чтобь! приблизить ее как можно ближе к идеальной структуре злементов, необходимой для излучения в пределах вьібранного углового сектора пространства. Применение цепей связи в конструкции антенньї со сканированием луча существенно сокра- щает число требуемьїх фазовращателей.In the US patent Mo 4041501 dated August 9, 1977, descriptions! systems of antenna arrays, in which the working structure of elements is supplemented by communication circuits, so that! bring it as close as possible to the ideal structure of elements necessary for radiation within the selected angular sector of space. The use of communication circuits in the antenna design with beam scanning significantly reduces the number of required phase shifters.

В патенте США Мо 4099181 от 4 июля 1978 г. описана плоская антенна для радара, содержащая множество установленньїхх друг за другом излучающих злементов, расположенньїх параллельньіми рядами, в которой можно регулировать величину знергии между указанньіми излучающими злементами и аппаратной частью радара. Излучающие злементь! представ- ляют собой волноводьї С копланарньми излучающими торцами, сгруппированнье в четьірех квадрантах, каждьй из указанньх квадрантов соединяется с аппаратной частью радара через фидер, приспособленньй к работе в двух режимах: в первом режи- ме он питаєт все волноводь! в квадранте, а во втором - только ближайшие к центру антенньі рядь! волноводов, исключая ос- тальнье волноводь! квадранта. Также имеется устройство, обеспечивающее одновременно всем четьірем фидерам одинаковье условия работь, чтобь антенна радара излучала луч, симметричньй относительно центра антенньії и имеющий другую конфигу- рацию в зависимости от режима фидеров.US patent No. 4,099,181, dated July 4, 1978, describes a flat antenna for a radar, containing a set of radiating elements installed one after the other, arranged in parallel rows, in which the amount of energy between the specified radiating elements and the radar hardware can be adjusted. Emitting evil! are waveguides with coplanar radiating ends, grouped in four quadrants, each of the specified quadrants is connected to the hardware part of the radar through a feeder adapted to work in two modes: in the first mode, it asks the entire waveguide! in the quadrant, and in the second - only the antenna row closest to the center! waveguides, excluding other waveguides! quadrant There is also a device that simultaneously provides the same operating conditions to all four feeders, so that the radar antenna emits a beam that is symmetrical about the center of the antenna and has a different configuration depending on the mode of the feeders.

В патенте США Мо 4595926 от 17 июля 1986 г. описана система формирования луча линейной фази- рованной антенной решетки, которая может использоваться в моноимпульсньїх приемо-передающих стан- циях, содержащая пару последовательно соединенньїх расфокусированньмх линз с параллельньми пласти- нами, обеспечивающих подходящий спад амплитудного распределения излучения линейной антенной ре- шетки для подавления боковьїх лепестков ее диаграммь! направленности. Для управления лучом исполь- зуются цифровье фазовращатели, а расфокусированнье линзьї служат для декорреляции ошибок дискре- тизации, вьізванньїх применением таких фазовращателей.US patent No. 4595926 dated July 17, 1986 describes a system for forming a beam of a linear phased array antenna that can be used in monopulse transmitting and receiving stations, containing a pair of sequentially connected defocusing lenses with parallel plates that provide a suitable amplitude drop radiation distribution of a linear antenna array to suppress the side lobes of its diagrams! orientation Digital phase shifters are used to control the beam, and defocusing lenses are used to decorrelate discretization errors caused by the use of such phase shifters.

В патенте США Ме 3546699 от 8 декабря 1970 г. описана сканирующая антенная система, содержа- щая стационарную решетку из отдельньїх синфазньїх источников злектромагнитной знергии, расположен- ньІїх вдоль дуги окружности, установленньйй вблизи решетки преобразователь, обладающий свойством син- фазного излучения злектромагнитной знергии, с дугообразньім входньім контуром, соответствующим дуге решетки, и линейнь!м вьіходньіїм контуром и устройство для вращения преобразователя в плоскости окруж- ности вокруг ее центра.US patent No. 3,546,699 dated December 8, 1970 describes a scanning antenna system containing a stationary array of separate in-phase sources of electromagnetic energy, located along the arc of a circle, a converter installed near the array, which has the property of in-phase radiation of electromagnetic energy, with an arc-shaped input circuit corresponding to the grid arc, and a linear output circuit and a device for rotating the converter in the plane of a circle around its center.

В соответствий с изобретением предложена антенная система с фазированной решеткой, в частнос- ти, активная передающая фазированная антенная решетка, генерирующая одновременно несколько неза- висимьїх лучей для облучения заданньїх областей пространства без облучения других областей. Размер и форма зтих областей определяются размером и количеством злементов решетки, а количество лучей -- ко- личеством схем формирования луча, питающих решетку. Все злементьї решетки работают при одном и том же уровне амплитудь, а направление и форма лучей определяются установками фазь!.In accordance with the invention, an antenna system with a phased array is proposed, in particular, an active transmitting phased antenna array that simultaneously generates several independent beams for irradiating specific areas of space without irradiating other areas. The size and shape of these areas are determined by the size and number of lattice elements, and the number of beams is determined by the number of beam formation schemes feeding the lattice. All element gratings work at the same level of amplitudes, and the direction and shape of the beams are determined by the phase settings.

Сущность изобретения поясняєтся чертежами, на которьх:The essence of the invention is explained by the drawings, on which:

Фиг. 1 изображаєт множество упорядоченньїх злементов активной передающей фазированной антен- ной решетки,Fig. 1 depicts a set of ordered elements of an active transmitting phased antenna array,

Фиг. 2 схематически изображает поперечное сечение отдельного злемента из множества злементов фазированной антенной решетки, изображенной на фиг. 1,Fig. 2 schematically depicts a cross-section of a single element from a plurality of elements of the phased antenna array shown in fig. 1,

Фиг. З схематически изображаєт вид сверху на воздушньій дизлектрический резонатор, изображен- ньій на фиг. 2,Fig. Z schematically depicts a top view of the air dielectric resonator shown in fig. 2,

Фиг. 4 схематически изображаєт вид снизу на контроллер, используемьй в системе согласно фиг. 2,Fig. 4 schematically depicts a bottom view of the controller used in the system of FIG. 2,

Фиг. 5 схематически, но более детально изображаєт фазовращатели и аттенюаторь, показаннье на фиг. 4, вместе с относящимися к ним схемами.Fig. 5 schematically, but in more detail, depicts the phase shifters and the attenuator, shown in fig. 4, together with the related schemes.

Согласно фиг. 1 изображен вариант активной передающей фазированной антенной решетки, содер- жащей, например, 213 злементов, расположенньїх в виде шестиугольника. На фиг. 2 показан один из 213 злементов антенньі, изображенной на фиг. 1. Каждьй злемент, изображенньійй на фиг. 1, идентичен зле- менту, изображенному на фиг. 2, и включаєт рупор 10, способньй излучать сигналь! каждой из двух ортого- нальньїх поляризаций с развязкой в 25 дБ и больше. Рупор возбуждается многополюснь!м полосовьм фильтром 12, предназначенньїм для пропускания знергии сигналов с частотой в заданной полосе и не про- пускать знергию сигналов других частот. Зто особенно важно тогда, когда передающая антенна, вьіполнен- ная согласно изобретению, используется в спутнике связи, содержащем также приемную антенну (прием- нье антенньї), так как в противном случає паразитнье сигналь! передатчика в полосе приема перегружают чувствительнье злементь! приемньїх антенн и создают помехи. В настоящем варианте осуществления изобретения фильтр 12 содержит ряд последовательно соединенньїх обьемньїх резонаторов, связанньх друг с другом таким образом, чтобьї обеспечить вьісокую степень ортогональности, необходимую для обес- печения указанной вьіше развязки.According to fig. 1 shows a variant of an active transmitting phased antenna array, containing, for example, 213 elements arranged in the form of a hexagon. In fig. 2 shows one of the 213 elements of the antenna shown in fig. 1. Each element shown in fig. 1, is identical to the element shown in fig. 2, and includes a horn 10 capable of emitting a signal! each of two orthogonal polarizations with a separation of 25 dB or more. The horn is excited by a multi-pole bandpass filter 12, designed to pass de-energized signals with a frequency in a given band and not to pass de-energized signals of other frequencies. This is especially important when the transmitting antenna, filled according to the invention, is used in a communication satellite, which also contains a receiving antenna (receiving antenna), since otherwise a parasitic signal occurs! the sensitivity of the transmitter in the reception band is overloaded! receiving antennas and create interference. In the present embodiment of the invention, the filter 12 contains a series of volume resonators connected in series, connected to each other in such a way as to provide a high degree of orthogonality necessary to provide the above decoupling.

Фильтр 12 связан с воздушньім дизлектрическим резонатором 14, установленньім на подложке 36.The filter 12 is connected to the air dielectric resonator 14, installed on the substrate 36.

Воздушньй дизлектрический резонатор 14 содержит интегральньсе усилители с вьісоким к.п.д., возбуждаю- щие ортогональнье СВУ сигналь! при включений по двухтактной схеме. Согласно фиг. 3, на которой дан схематичньій вид сверху на воздушньій дизлектрический резонатор 14, изображенньій на фиг. 2, зто воз- буждение осуществляется при помощи штьрей 18, 20, 30 и 32 в сочетании с усилителями 22, 24, 26 и 28.Air dielectric resonator 14 contains integrated amplifiers with high efficiency, exciting orthogonal IED signal! when turned on according to the two-stroke circuit. According to fig. 3, which shows a schematic top view of the air dielectric resonator 14 shown in fig. 2, that is, excitation is carried out with the help of pins 18, 20, 30 and 32 in combination with amplifiers 22, 24, 26 and 28.

На фиг. 3 штьгри 18 и 20 расположень так, что они возбуждают резонатор 14 при расположениий друг отно- сительно друга под углом 1802. Такое расположение обеспечиваєт преобразование, необходимое для ра- боть! двухтактной схемьї, когда усилители 22 и 24 запускаются со сдвигом по фазе. Аналогично усилители 26 и 28 возбуждают штьгри 30 и 32, расположеннье под углом 1802 друг относительно друга и под углом 909 относительно штьрей 18 и 20, и таким образом могут возбуждать ортогональнье СВЧ сигналь! в резо- наторе. Две парьі усилителей возбуждаются со сдвигом фазь 902 от гибридного входа 34 через 180-градус- нье злементь 34а и 3456 связи, чтобь! получить сигналь с круговой поляризацией.In fig. 3 poles 18 and 20 are positioned so that they excite the resonator 14 when one is positioned relative to the other at an angle of 1802. Such an arrangement provides the transformation necessary for work! two-stroke circuit, when amplifiers 22 and 24 are started with a phase shift. Similarly, amplifiers 26 and 28 excite pins 30 and 32, arranged at an angle of 1802 relative to each other and at an angle of 909 relative to pins 18 and 20, and thus can excite an orthogonal microwave signal! in the resonator. Two pairs of amplifiers are excited with a phase shift of 902 from the hybrid input 34 through the 180-degree element 34a and 3456 connections, so that! receive a signal with circular polarization.

Усилители 22, 24, 26 и 28 должнь! бьіть практически идентичньїми, чтобьї обеспечить фазовую и амп- литудную однородность, необходимую для ортогональньїх лучей. Единственньій практический путь дости- жения зтой цели - зто применение в качестве усилителей монолитньх интегральньх схем СВУ.Amplifiers 22, 24, 26 and 28 must! be almost identical to ensure the phase and amplitude uniformity necessary for orthogonal beams. The only practical way to achieve this goal is to use monolithic ICs as amplifiers.

На фиг. З показано, что 90-градусньій гибридньїйй вход 34 имеет два вьівода. Зти вьіводь! представ- ляют собой соединительнье злементьі, проходящие сквозь подложку 36, изображенную, вид снизу, на фиг. 4, при зтом нижниє контакть! зтих соединительньїх злементов обозначеньі! цифрами 38 и 39. Один из зтих вьіводов возбуждаеєт сигналь! с правой круговой поляризацией, а другой - с левой круговой поляризацией.In fig. It is shown that the 90-degree hybrid input 34 has two outputs. Get out! are connecting elements passing through the substrate 36, shown in the bottom view in fig. 4, but the lower contact! of those connecting elements of designation! numbers 38 and 39. One of those outputs triggers a signal! with right circular polarization, and the other with left circular polarization.

Кроме того, если бьї сигналь! возбуждения, проходящие через сквознье соединительнье злементь, пода- вались прямо на 180-градуснье злементь! 34А и 34В связи, не используя 90-градусньій гибридньй вход 34, то возбуждались бьї линейно поляризованньсе лучи, а не лучи с круговой поляризацией. Сигналь! на гиб- ридньй вход 34 поступают через контакть! 38 и 39 от предоконечньїх усилителей на 40 и 42, которьсе вь- полненьї на монолитньїхх интегральньїх схемах СВУ и каждьй из которьїх предназначен для сигналов опре- деленной поляризации. Требуемая поляризация для каждого луча вьібирается с помощью коммутационной матриць 44, которая также обьєединяеєет все сигналь! для каждой поляризации, которне затем подаются на входьі! предоконечньїх усилителей 40 и 42. На входе канала каждого луча (в данном примере их четьре) имеются фазовращатель 48 и аттенюатор 46 с злектронньім управлением, которне определяют направле- ние и форму луча (размерь! каждого луча). Для каждого конкретного луча все злементь! решетки возбуж- даются сигналами одного и того же уровня. В зтом заключаєется отличие от других передающих фазиро- ванньїх антенньїх решеток, в которьїх для подавления боковьїх лепестков применяются сигналь! с попереч- ньім относительно решетки градиентом амплитудь!.In addition, if you hit the signal! excitations passing through the connecting element were fed directly to the 180-degree element! 34A and 34B connections, without using the 90-degree hybrid input 34, then linearly polarized rays were excited, and not rays with circular polarization. Signal! the hybrid input 34 is received through a contact! 38 and 39 are the pre-final amplifiers on 40 and 42, which are implemented on monolithic integrated circuits of the IED and each of which is intended for signals of a certain polarization. The required polarization for each beam is selected with the help of the switching matrix 44, which also combines all the signals! for each polarization, which are then applied to the inputs! pre-final amplifiers 40 and 42. At the input of the channel of each beam (in this example, there are four of them) there is a phase shifter 48 and an attenuator 46 with electronic control, which determine the direction and shape of the beam (the size of each beam). For each specific beam, everything is wrong! gratings are excited by signals of the same level. This is the difference from other transmitting phased antenna arrays, in which a signal is used to suppress the side lobes! with an amplitude gradient transverse to the lattice!.

Для того, чтобьї максимизировать к.п.д. антенньії по мощности, в активной передающей фазирован- ной антенной решетке, описьвваемой в данной заявке, используется однородное возбуждение (без гра- диента). В противном случає не полностью используется мощность каждого злемента антенньі. Суммарная максимально возможная мощность может бьіть произвольно и без потерь распределена между лучами.In order to maximize efficiency antennas in terms of power, in the active transmitting phased antenna array described in this application, homogeneous excitation (without gradient) is used. Otherwise, the power of each element of the antenna is not fully used. The total maximum possible power can be distributed arbitrarily and without losses between the beams.

После распределения мощности для данного луча по всем злементам антенньі путем регулировки атте- нюаторов 46 производят установку фазь! (которая, вероятнеєе всего, разная для каждого злемента) с по- мощью фазовращателей 48 для придания лучам требуемьїх направлений и формьї. Установки фазь! для луча данной формь и направления вьібираются в процессе его синтеза. Процесс синтеза представляет со- бой итерационную вьічислительную процедуру, которая может храниться в памяти компьютера. Задачей процесса синтеза является формирование луча, которьій обеспечивает зффективное излучение в задан- ной области пространства без излучения в других областях. Зта область пространства имеет форму пра- вильного многоугольника, минимальньйй размер сторонь! которого определяется вьібранньм числом зле- ментов решетки и расстоянием между ними. Обьічно чем больше злементов в решетке, тем сложнее фор- ма многоугольника, которьйй может бьіть синтезирован. В процессе формирования луча только при помощи фазь! создаєтся не только заданная форма луча, но и побочнье лепестки. Другой задачей данного изобре- тения при использований его в качестве спутниковой антенньї является минимизация относительной вели- чинь! побочньїх лепестков и предотвращение их появления на поверхности земли, если смотреть со сторо- нь орбить! спутника, чтобьї они не создавали помех соседнему лучу и не приводили к потере знергиий на из- лучение в ненужном направлений. В процессе синтеза минимизируется уровень побочньїх лепестков, и можно также сформировать нуль диаграммь! направленности на месте побочного лепестка, которьй не мо- жет бьіть минимизирован до приемлемого уровня другим способом.After distributing the power for this beam across all elements of the antenna, by adjusting the attenuators 46, the phases are set! (which, most likely, is different for each element) with the help of phase shifters 48 to give the required direction and shape to the rays. Phase settings! for the ray of a given form and direction vibrate in the process of ego synthesis. The synthesis process is an iterative computational procedure that can be stored in the computer's memory. The task of the synthesis process is the formation of a beam that provides effective radiation in a given area of space without radiation in other areas. This region of space has the shape of a regular polygon, the minimum size of the sides! which is determined by the selected number of lattice elements and the distance between them. In general, the more elements in the lattice, the more complex the shape of the polygon that can be synthesized. In the process of beam formation only with the help of phases! not only the given shape of the beam is created, but also the side lobe. The second task of this invention when used as a satellite antenna is to minimize the relative size! lateral petals and preventing their appearance on the surface of the earth, if viewed from the side of the orbit! satellite, so that they do not interfere with the neighboring beam and do not lead to a loss of energy for radiation in an unnecessary direction. In the process of synthesis, the level of side lobes is minimized, and zero diagrams can also be formed! directivity at the location of the side lobe, which cannot beat, is minimized to an acceptable level by the second method.

Количество независимьїх лучей, которье могут бьіть сформированьі активной передающей фазиро- ванной антенной решеткой, ограничено лишь количеством фазовращателей 48 и аттенюаторов 46, питаю- щих каждьй злемент. Согласно фиг. 5 сигнал на каждую цепочку из фазовращателей 48 и аттенюаторов 46 поступаєт через отдельньйй равномерньй делитель мощности. Количество отводов каждого делителя мощ- ности должно бьіть больше или равно количеству злементов. В примере, изображенном на фиг. 5, коли- чество отводов должно бьіть больше или равно 213. Количество делителей мощности должно равняться количеству отдельньх лучей, генерируемьїх антенной. Таким образом, для описанной в качестве примера системь! требуется четьіре делителя мощности, каждьй из которьїх имеет 213 отводов.The number of independent beams, which can be formed by an active transmitting phased array antenna, is limited only by the number of phase shifters 48 and attenuators 46 asking each element. According to fig. 5, the signal for each chain of phase shifters 48 and attenuators 46 comes through a separate uniform power divider. The number of taps of each power divider must be greater than or equal to the number of elements. In the example shown in fig. 5, the number of taps should be greater than or equal to 213. The number of power dividers should be equal to the number of individual beams generated by the antenna. Thus, for the system described as an example! four power dividers are required, each of which has 213 taps.

Как утверждалось ранее, для получения максимального к.п.д. необходимо, чтобьї мощность каждого из лучей равнялась сумме мощностей всех злементов. Предполагается, что мощность каждого отдельного злемента является линейной или неийскаженной. Для того, чтобьі! несколько лучей, генерируемьїх активной передающей фазированной антенной решеткой, не взаймодействовали друг с другом, необходимо, чтобь все усилители в цепи работали в линейном режиме, что предотвращает нежелательньсе перекрестнье по- мехи между лучами. Пока усилители работают в линейном режиме, справедлив принцип линейной супер- позиции. Независимость лучей нарушается, как только усилители начинают работать в нелинейном режи- ме. Оконечньсе усилители 22, 24, 26 и 28 найболее критичньї, так как они потребляют более 9095 мощности.As previously stated, in order to obtain the maximum efficiency it is necessary that the power of each of the beams is equal to the sum of the powers of all elements. It is assumed that the power of each individual element is linear or undistorted. In order to! several beams generated by an active transmitting phased array antenna do not interact with each other, it is necessary that all amplifiers in the circuit work in a linear mode, which prevents unwanted cross-interference between the beams. As long as the amplifiers work in the linear mode, the principle of linear superposition is valid. The independence of the beams is violated as soon as the amplifiers start working in a non-linear mode. Finally, amplifiers 22, 24, 26 and 28 are the most critical, as they consume more than 9095 power.

Для того, чтобьї обеспечить приемлемье рабочие характеристики, они должнь! иметь козффициент гармо- ник порядка 0,195 при всех рабочих уровнях сигнала ниже расчетного максимума.In order to ensure acceptable working characteristics, they must! have a harmonic coefficient of the order of 0.195 at all operating signal levels below the calculated maximum.

Управление каждьм злементом осуществляєтся при помощи контроллера 50 микропроцессора, изображенного на фиг. 5, и интерфейсной злектроники, расположенной в корпусе матричной БИС. Конт- роллер 50 может не только генерировать специальнье управляющие напряжения для управления каждьм фазовращателем и аттенюатором, но также хранить в памяти совокупность текущих и последующих ко- манд. С помощью зтого механизма управления лучи можно коммутировать либо в соответствий с требова- ниями, либо в режиме временного уплотнения для обслуживания большого числа независимьїх областей пространства. Контроллерь!ї всех злементов связаньі между собой с помощью типовой межблочной управ- ляющей шинь. Когда антенна применяется в спутнике связи, межблочная управляющая шина использует- ся также для подключения к главному контроллеру, расположенному вместе с злектронньіми схемами уп- равления спутника. Характерньій набор козффициентов для каждого луча обьічно рассчитьівается на зем- ле и передаєется на спутник по линии управления. Каждьй злемент имеет свой адрес, определяемьій "за- шитьі!м" кодом на обьеединяющей схеме, к которой присоединена аппаратная часть злемента. Для компен- сации температурного дрейфа управляющих напряжений, если зто требуется, может бьїть использован термистор. Если напряжения, используемье для управления фазой и амплитудой, нелинейньсе, то в мик- ропроцессорах могут храниться таблицьі козффициентов преобразования для их линеаризации.Each element is controlled by the microprocessor controller 50 shown in Fig. 5, and interface electronics located in the body of the matrix BIS. The controller 50 can not only generate special control voltages for controlling each phase shifter and attenuator, but also stores in memory the set of current and subsequent commands. With the help of this beam control mechanism, it is possible to switch either according to the requirements, or in the mode of time compression to serve a large number of independent areas of space. Controllers of all elements are connected to each other with the help of typical inter-block control buses. When the antenna is used in a communication satellite, the interblock control bus is also used to connect to the main controller located together with the electronic control circuits of the satellite. A characteristic set of coefficients for each beam is randomly calculated on the ground and transmitted to the satellite via the control line. Each element has its own address, which is determined by the "locked" code on the unifying circuit to which the hardware part of the element is connected. A thermistor can be used to compensate for the temperature drift of the voltage controllers, if required. If the voltages used to control the phase and amplitude are non-linear, then microprocessors can store tables of transformation coefficients for their linearization.

Хотя изобретение бьіло подробно описано применительно к предпочтительному варианту его осу- ществления, специалистам должно бьїть понятно, что возможнь! различнье изменения без отклонения от обьема и сущности изобретения.Although the invention was described in detail in relation to the preferred version of its implementation, it should be clear to specialists that it is possible! various changes without deviating from the scope and essence of the invention.

до пп тт пу) же З -- Є -- 5 й й вх женні зо що ц. Ь - о 2to pp tt pu) same Z -- E -- 5th and entered women from what ts. b - about 2

Ше. св о ша І 2. ре 7, кош й соя б рShe. sv o sha I 2. re 7, kosh and soy b r

І фо. 080 » че--3 ст ке,And phew. 080 » che--3 st ke,

АдаAda

Фиг. 1 даFig. 1 yes

І-Ї -щ9Зщщі- т ш ш ее а сь. уз ИН олію ких окр от ота рр кА рати нинI-Y -sh9Zshshchi- t sh sh ee a si. uz IN oliyu kih okr ot ota rr kA rati nin

Ен ПП ПХТ А ол уютньнося К СА 6 ТА.--- ЯEn PP PCH A ol comfort K SA 6 TA.--- Ya

Фиг. 2Fig. 2

ІВ за 2 (32У 26 5. й ? і саIV for 2 (32U 26 5. and ? and sa

Фиг. З 42 39 ра їх іFig. With 42 39 ra them and

Мих лMykh L

ЧАН НеЯНаїаче во | сеCHAN NeYAnaiache in | everything

А || 2 На|кнт лі авAnd || 2 Na|knt li av

Фиг. 4Fig. 4

От 4- мощности с 213 оті 16 44 вода! ми | ) | БОThat's 4- power with 213 that's 16 44 water! we | ) | FOR

Луч 1 (в) йBeam 1 (c) and

А з шаAnd with sha

ЩІ янимся . л 2 тезWhat are we doing? l 2 theses

Луч З Х тез НЕСЕ " ша оLuch Z X tesz NESE " sha o

Луч 4 о їх 7 шпалBeam 4 about their 7 sleepers

ІВО? Й 1807 гибридн, х 5О злемент Фильтр/ щ р. связи излуч,IVO? Y 1807 hybridn, x 5O element Filter/ year of communication radiation,

КомпараторComparator

ТермисторThermistor

Фиг. 5Fig. 5

Тираж 50 екз.Circulation of 50 copies.

Відкрите акціонерне товариство «Патент»Open joint-stock company "Patent"

Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3-72 -89 (03122)2-57- 03Ukraine, 88000, Uzhgorod, st. Gagarina, 101 (03122) 3-72 -89 (03122)2-57- 03

UA94005020A 1994-01-13 1994-01-13 Transmission antenna system with the phased array UA34434C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA94005020A UA34434C2 (en) 1994-01-13 1994-01-13 Transmission antenna system with the phased array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA94005020A UA34434C2 (en) 1994-01-13 1994-01-13 Transmission antenna system with the phased array

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA34434C2 true UA34434C2 (en) 2001-03-15

Family

ID=74203902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UA94005020A UA34434C2 (en) 1994-01-13 1994-01-13 Transmission antenna system with the phased array

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA34434C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5283587A (en) Active transmit phased array antenna
RU2134924C1 (en) Phased-array transmitting antenna assembly (design versions) and antenna array manufacturing process
EP3352299B1 (en) Wideband beam broadening for phased array antenna systems
US5659322A (en) Variable synthesized polarization active antenna
US6169513B1 (en) Thinned multiple beam phased array antenna
Parker et al. Phased arrays-part II: implementations, applications, and future trends
EP0312588B1 (en) Multifunction active array
EP0126626B1 (en) Resonant waveguide aperture manifold
US7436370B2 (en) Device and method for polarization control for a phased array antenna
US8872719B2 (en) Apparatus, system, and method for integrated modular phased array tile configuration
EP2697865B1 (en) Array antenna having a radiation pattern with a controlled envelope, and method of manufacturing it
US6243052B1 (en) Low profile panel-configured helical phased array antenna with pseudo-monopulse beam-control subsystem
US4451831A (en) Circular array scanning network
US3877031A (en) Method and apparatus for suppressing grating lobes in an electronically scanned antenna array
US7081858B2 (en) Radial constrained lens
US3553706A (en) Array antennas utilizing grouped radiating elements
US10236589B2 (en) Active antenna architecture with reconfigurable hybrid beamforming
Ares et al. Optimal compromise among sum and difference patterns
UA34434C2 (en) Transmission antenna system with the phased array
US20140333498A1 (en) Multibeam source
RU2101809C1 (en) Transmitting antenna system with phased array
RU2282288C2 (en) Phased antenna array with two independent beams and controllable polarization in cumulative beam (variants)
US20220166140A1 (en) Periodic linear array with uniformly distributed antennas
RU2138104C1 (en) Polarized-adaptation microstrip antenna array
Mizzoni et al. Feed systems for array-fed reflector scansar antennas