Пассивно-активная фазированная антенная решетка

Изобретение относится к технике СВЧ-антенн и может быть использовано в радиоэлектронных системах в качестве активной фазированной антенной решетки (АФАР). Техническим результатом является снижение стоимости, габаритов, массы и энергопотребления АФАР без потери заданной выходной СВЧ-мощности. Пассивно-активная фазированная антенная решетка (ПАФАР) состоит из n излучающих элементов, n приемопередающих модулей (ППМ) и распределительной системы, при этом в состав ППМ входят m активных ППМ, каждый из которых содержит усилитель мощности передающего канала, малошумящие усилители приемного канала, фазовращатели и схему управления и контроля, и (n-m) пассивных ППМ, каждый из которых содержит фазовращатель и схему управления фазовращателем, у каждого из m активных ППМ вход в режиме передачи (выход в режиме приема) соединен с соответствующим выходом (входом) распределительной системы СВЧ-мощности, а выход в режиме передачи (вход в режиме приема) соединен с общим каналом делителя мощности (сумматора мощности), к одному выходному каналу в режиме передачи (входному каналу в режиме приема) делителя мощности (сумматора мощности) присоединен излучающий элемент непосредственно, а к остальным каналам излучающие элементы присоединены последовательно через пассивные ППМ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технике СВЧ-антенн и может быть использовано в радиоэлектронных системах в качестве активной фазированной антенной решетки (АФАР).

Радиотехнические средства с фазированными антенными решетками обладают рядом важных достоинств по сравнению с традиционными антеннами СВЧ, в частности, они способны быстро и с высокой точностью изменять положение и форму главного лепестка диаграммы направленности. В последнее время широкое распространение в радиоэлектронных системах нашли активные фазированные антенные решетки (АФАР). Особенностью СВЧ-части таких решеток является наличие излучающего полотна, состоящего из значительного числа -n- излучающих элементов, соединенных с соответствующими активными приемными, передающими или - в случае РЛС - приемопередающими модулями (АППМ), на каждый из которых в режиме передачи через n-канальную распределительную систему от единого задающего генератора подается СВЧ-мощность для последующего усиления в модуле до уровня Р и излучения. Соответственно в режиме приема распределительная система суммирует по N каналам принятые и усиленные модулями СВЧ-сигналы.

В наиболее сложном случае АППМ состоит из одного или двух передающих каналов и одного или двух приемных каналов, что обеспечивает работу на одной линейной или двух линейных (круговой) поляризациях. Каждый передающий канал содержит усилители мощности, электрически управляемый фазовращатель и схемы управления ими, а каждый приемный канал содержит малошумящий усилитель, устройство защиты, электрически управляемые фазовращатель и аттенюатор. Кроме того, АППМ содержат переключатели, ферритовые вентили и циркуляторы, системы электропитания, управления, контроля и т.д.

Недостатком приведенной в описании системы является высокая стоимость, большие габариты, масса и энергопотребление АФАР вследствие использования большого количества, по числу каналов, сложных радиотехнических устройств - АППМ.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в снижении стоимости, габаритов, массы и энергопотребления АФАР без потери заданной выходной СВЧ-мощности.

Указанный технический результат достигается тем, что в АФАР к n излучающим элементам подключается m сложных и дорогих активных приемопередающих модулей и (n-m) относительно простых и дешевых пассивных приемопередающих модулей (ПППМ), которые в отличие от АППМ содержат только электрически управляемые фазовращатели и схемы управления ими; при этом для сохранения суммарной выходной СВЧ-мощности в режиме передачи мощность АППМ делается такой, чтобы на каждый излучатель подавалась СВЧ-мощность не менее Р.

На схеме изображен фрагмент пассивно-активной приемопередающей фазированной антенной решетки для случая n/m=4, предназначенной для работы на одной поляризации, в которой на каждые из четырех излучающих элементов И 1, 2, 3, 4 приходится один АППМ 9, три ПППМ 5, 6, 7, один делитель/сумматор мощности (ДМ) 8. Вход на передачу (выход на прием) каждого АППМ 9 подключен к соответствующему каналу многоканальной распределительной системы 10, а выход на передачу (вход на прием) соединен с общим каналом ДМ 8. К одному из выходных каналов ДМ 8, имеющих повышенное вносимое ослабление, подключен излучающий элемент 1 непосредственно, а к остальным каналам - излучающие элементы 2, 3, 4 последовательно через ПППМ 5, 6, 7.

В режиме передачи СВЧ-энергия от единого задающего передатчика (ПРД) 11 поступает через распределительную систему (PC) 10 на АППМ 9, усиливается, устанавливается заданная фаза и по каналам ДМ 8 распределяется между ПППМ 5, 6 и 7, откуда - после соответствующего изменения фазы - поступает на излучающие элементы 2, 3 и 4; при этом с одного канала ДМ 8 СВЧ-энергия на излучающий элемент 1 поступает непосредственно.

В режиме приема сигнал от излучающих элементов поступает на ПППМ 5, 6, 7, в которых происходит заданный сдвиг фазы, суммируется на ДМ, поступает на АППМ 9, где сдвигается по фазе и усиливается, суммируется в PC 10 и поступает в приемник (ПРМ) 12.

Таким образом, с помощью АППМ осуществляется основное управление фазой и амплитудой СВЧ-сигнала, передаваемого и принимаемого каждым излучателем, а ПППМ осуществляют дополнительный сдвиг фазы между рядом расположенными в антенном полотне излучающими элементами.

Наибольший эффект может быть получен при соотношении n/m, равном 4. В этом случае излучающие элементы, соединенные с одним ДМ, могут быть расположены на антенном полотне в непосредственной близости друг от друга, что обеспечивает минимальную длину соединительных кабелей, а следовательно, дает минимальную массу и потери мощности.

Литература:

1. В.Л.Гостюхин и др. Активные фазированные антенные решетки. М.: Радио и связь, 1993 г.

1. Пассивно-активная фазированная антенная решетка (ПАФАР), состоящая из n излучающих элементов, n приемопередающих модулей (ППМ) и распределительной системы, отличающаяся тем, что в состав приемопередающих модулей входят m активных приемопередающих модулей, каждый из которых содержит усилитель мощности передающего канала, малошумящие усилители приемного канала, фазовращатели и схему управления и контроля, и (n-m) пассивных приемопередающих модулей, каждый из которых содержит фазовращатель и схему управления фазовращателем, у каждого из m активных приемопередающих модулей вход в режиме передачи (выход в режиме приема) соединен с соответствующим выходом (входом) распределительной системы СВЧ мощности, а выход в режиме передачи (вход в режиме приема) соединен с общим каналом делителя мощности (сумматора мощности), к одному выходному каналу в режиме передачи (входному каналу в режиме приема) делителя мощности (сумматора мощности) присоединен излучающий элемент непосредственно, а к остальным каналам излучающие элементы присоединены последовательно через пассивные приемопередающие модули, при этом в режиме передачи в СВЧ сигнал в активных приемопередающих модулях сдвигается по фазе и усиливается, разделяется в делителе мощности на n/m каналов, причем сигналы, поступающие на пассивные приемопередающие модули, дополнительно сдвигаются по фазе, а в режиме приема принятые СВЧ сигналы сдвигаются по фазе в пассивных приемопередающих модулях, суммируются в делителе (сумматоре) мощности, усиливаются и сдвигаются по фазе в активных приемопередающих модулях.

2. Пассивно-активная антенная фазированная решетка по п.1, отличающаяся тем, что усилитель мощности передающего канала каждого активного приемопередающего модуля имеет дополнительный каскад усиления.