Способ получения требуемого фазового распределения на элементах пространственной фазированной антенной решетки и пространственная фазированная антенная решетка (варианты)

Изобретение относится к антенной технике, в частности к активным пространственным фазированным антенным решеткам (ФАР), и может быть использовано при создании антенн с немеханическим качанием луча антенны. Технический результат способа и устройств заключается в создании активной антенной решетки с минимальным числом управляемых фазовращателей. Для достижения указанного технического результата предлагается способ получения требуемого фазового распределения на элементах пространственной фазированной антенной решетки, заключающийся в том что, что осуществляют управление фазами сигналов на когерентных служебных частотах столбцов и строк, получающихся на задающем смесителе из двух задающих частот, причем сигналы служебных частот, несущие информацию о требуемой фазе сигнала для каждого столбца и строки суммируются на смесителях излучателей фазированной антенной решетки, а суммарные сигналы, несущие информацию о фазе каждого элемента решетки, требуемой для качания луча антенны, подают на выходной усилитель решетки или используют как носители требуемой фазы в формировании других сигналов элемента фазированной антенной решетки, а также пространственная фазированная антенная решетка, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы служебных частот f и Δf, выходные сигналы f₁=f+Δf и f₂=f-Δf которого через соответствующие фазовращатели подаются соответственно на строки и столбцы матрицы, в точках пресечения строк и столбцов матрицы расположены смесители, выходы которых соединены с входами соответствующих усилителей, и пространственная фазированная антенная решетка, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель на который подаются сигналы служебных частот f и Δf, выходные сигналы f₁=f+Δf и f₂=f-Δf которого через соответствующие фазовращатели подаются соответственно на строки и столбцы матрицы, в точках пересечения строк и столбцов матрицы расположены смесители, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих приемных смесителей, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих усилителей. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике, в частности к активным пространственным фазированным антенным решеткам (ФАР), и может быть использовано при создании антенн с немеханическим качанием луча антенны.

Известны фазированные антенные решетки, схемы с фазировкой на промежуточной частоте и схемы с двойным преобразованием частоты (Книга Бененсона и др. "Антенные решетки", стр.184-187).

Однако недостатком приведенных в книге схем является тот факт, что хотя в приведенных в ней схемах рис.5.11 и рис.5.12 используются смесители для сложения фаз от разных гетеродинов и производится преобразование частоты, но в этих схемах используется гетеродин с качающейся частотой и частотно-зависимые линии задержки, при этом сложение фаз от строк и столбцов плоской антенной решетки невозможно.

Известные устройства, описанные в патентах US 6831600, H 01 Q 3/26, 14.12.2004, WO 03015212, H 01 Q 3/26, 20.02.2003, JP 2002158528, H 01 Q 3/26, 31.05.2002, обладают теми же недостатками.

Другие схемы формирования необходимого фазового распределения в раскрыве фазированной антенной решетки приведены в книге А.С.Лаврова и Г.Б.Резникова. "Антенно-фидерные устройства". В разделе 15.3 этой книги показаны схемы запитки излучателей для получения необходимых фазовых задержек. Как видно из рис.15.3 и 15.4 число управляющих фазовращателей плоской антенной фазированной решетки равно числу ее излучателей. Для прямоугольной плоской антенной решетки, имеющей N строк и М столбцов, общее число излучателей будет равно произведению числа строк на число столбцов, а суммарное число К фазовращателей равно К=N·M.

Недостатком данных устройств является большое число управляемых фазовращателей.

Частично данный недостаток устранен в техническом решении, характеризующем устройство управления положением луча фазированной антенной решетки (ФАР), содержащее N каналов, включающих первые смесители, входы которых соединены с излучателями ФАР, а начиная с третьего канала - вторые и третьи смесители, при этом гетеродинные входы первых смесителей соединены с выходами соответствующих вторых смесителей, гетеродинные входы которых соединены с выходами соответствующих третьих смесителей, блок управления, первый кварцевый генератор, сумматор мощности, входы которого соединены с выходами первых смесителей соответствующих каналов, а выход является выходом ФАР, а также управляемой фазовращатель, четвертый и пятый смесители, второй кварцевый генератор, выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого смесителей, выход первого кварцевого генератора соединен с гетеродинным входом первого смесителя первого канала, входом фазовращателя и вторым входом четвертого смесителя, выход фазовращателя соединен с гетеродинным входом первого смесителя второго канала, сигнальным входом третьего смесителя третьего канала и вторым входом пятого смесителя, выход пятого смесителя соединен с гетеродинными входами третьих смесителей всех каналов, начиная с третьего, сигнальные входы третьих смесителей n-х каналов соединены попарно, начиная с четвертого канала (SU 1406676, H 01 Q 3/26, 30.06.1988).

Однако данное устройство представляет собой линейную (не пространственную) антенную решетку, следуя логике ее построения, невозможно создать пространственную фазированную решетку с минимальным числом управляемых фазовращателей.

Технический результат способа и устройств заключается в создании активной антенной решетки с минимальным числом управляемых фазовращателей.

Для достижения указанного технического результата предлагается способ получения требуемого фазового распределения на элементах пространственной фазированной антенной решетки, заключающийся в том, что осуществляют управление фазами сигналов на когерентных служебных частотах столбцов и строк, получающихся на задающем смесителе из двух задающих частот, причем сигналы служебных частот, несущие информацию о требуемой фазе сигнала для каждого столбца и строки, суммируются на смесителях излучателей фазированной антенной решетки, а суммарные сигналы, несущие информацию о фазе каждого элемента решетки, требуемой для качания луча антенны, подают на выходной усилитель решетки или используют как носители требуемой фазы в формировании других сигналов элемента фазированной антенной решетки, а также пространственная фазированная антенная решетка, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы служебных частот f и Δf, выходные сигналы f₁=f+Δf и f₂=f-Δf которого через соответствующие фазовращатели подаются соответственно на строки и столбцы матрицы, в точках пересечения строк и столбцов матрицы расположены смесители, выходы которых соединены с входами соответствующих усилителей, и пространственная фазированная антенная решетка, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы служебных частот f и Δf, выходные сигналы f₁=f+Δf и f₂=f-Δf которого через соответствующие фазовращатели подаются соответственно на строки и столбцы матрицы, в точках пересечения строк и столбцов матрицы расположены смесители, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих приемных смесителей, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих усилителей.

Поясним заявленный способ - осуществляется формирование сигналов служебных частот строк и столбцов, в каждой строке и столбце устанавливается по одному фазовращателю, которые и создают на служебной частоте необходимую для данной строки или столбца фазовую задержку.

Сигналы служебных частот строки f1=f+Δf и столбца f2=f-Δf получаются на одном задающем смесителе.

На каждый элемент решетки поступают сигналы служебных частот с фазой:

- строки ψ1=f1t+ϕ1

- столбца ψ2=f2t+ϕ2,

где ϕ1 и ϕ2 - требуемые для качания луча антенны фазовые сдвиги по строкам и столбцам.

На элементе решетки сигналы служебных частот складываются на соответствующем смесителе и перед излучением усиливаются. Суммарная частота, излучаемая элементом решетки как несущая частота, имеет фазу

ψ=(f1+f2)t+ϕ1+ϕ2=2ft+ϕ1+ϕ2.

На фиг.1 показаны функциональная схема передающей решетки, построенная по предлагаемому способу формирования требуемых фазовых распределений в раскрыве антенны, где 1₁-1_N - фазовращатели строк, 2₁-2_N - фазовращатели столбцов, 3 - задающий смеситель, 4₁-4_NM - смесители излучателей, 5 - передающий усилитель.

На фиг.2 показаны функциональные схемы приемной решетки и ее элемента, где 1₁-1_N - фазовращатели строк, 2₁-2_N - фазовращатели столбцов, 3 - задающий смеситель, 4₁-4_NM - смесители излучателей, 5 - приемный усилитель, 6 - приемный смеситель.

Принятый элементом решетки сигнал частоты Fпр и фазы ψ=Fпрt-ϕ1-ϕ2 после усиления поступает на смеситель, где смешивается с суммой служебных сигналов, получающейся на выходе смесителя. Сигнал на выходе смесителя уже не несет информации о фазовых задержках, получающихся на элементах антенной решетки в результате изменения направления прихода радиосигналов.

1. Способ получения требуемого фазового распределения на элементах пространственной фазированной антенной решетки, заключающийся в том, что осуществляют управление фазами сигналов на когерентных служебных частотах столбцов и строк, получающихся на задающем смесителе из двух задающих частот, причем сигналы служебных частот, несущие информацию о требуемой фазе сигнала для каждого столбца и строки, суммируются на смесителях излучателей фазированной антенной решетки, а суммарные сигналы, несущие информацию о фазе каждого элемента решетки, требуемой для качания луча антенны, подают на выходной усилитель решетки или используют как носители требуемой фазы в формировании других сигналов элемента фазированной антенной решетки.

2. Пространственная фазированная антенная решетка, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы служебных частот f и Δf, выходные сигналы f₁=f+Δf и f₂=f-Δf которого через соответствующие фазовращатели подаются соответственно на строки и столбцы матрицы, в точках пересечения строк и столбцов матрицы расположены смесители, выходы которых соединены с входами соответствующих передающих усилителей.

3. Пространственная фазированная антенная решетка, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы служебных частот f и Δf, выходные сигналы f₁=f+Δf и f₂=f-Δf которого через соответствующие фазовращатели подаются соответственно на строки и столбцы матрицы, в точках пересечения строк и столбцов матрицы расположены смесители, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих приемных смесителей, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих приемных усилителей.