Приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка
Владельцы патента RU 2352034:
Государственное унитарное предприятие города Москвы Научно-производственный центр "СПРУТ" (RU)
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах спутниковой связи СВЧ диапазона. Техническим результатом является распределение фильтрации на входе приемного канала, снижение числа узкополосных лучевых полосно-пропускающих фильтров и выходных усилителей при улучшении шумовых характеристик антенны и одновременном сохранении помехозащищенности приемного тракта. Устройство включает М облучателей, где М=2, 3, 4, …, блока управления, М приемных каналов, лучевых сумматоров, узкополосных лучевых полосно-пропускающих фильтров и выходных усилителей. Каждый приемный канал содержит входной полосно-пропускающий фильтр, первый и второй каскады малошумящего усилителя, N-канальный делитель мощности и фазовращатели. Входы всех фазовращателей соединены с выходами соответствующего N-канального делителя мощности, а выходы - с соответствующими входами лучевых сумматоров. Каждый из М приемных каналов снабжен дополнительным полосно-пропускающим фильтром, установленным после первого каскада малошумящего усилителя, а узкополосные лучевые полосно-пропускающие фильтры и выходные усилители установлены на выходе соответствующих лучевых сумматоров. 1 ил.
Изобретение относится к антенной технике и направлено на упрощение структурной схемы бортовой приемной антенны, способной формировать несколько независимых лучей в условиях реальной электромагнитной обстановки за счет оптимального размещения элементов антенны, и может быть использовано в системах спутниковой связи СВЧ диапазона.
Известна многолучевая модульная фазированная антенная решетка с повышенной межлучевой развязкой, содержащая делители мощности, малошумящие усилители, фазовращатели и лучевые сумматоры [1].
Основным недостатком данной многолучевой активной фазированной антенной решетки является отсутствие полосно-пропускающих фильтров, что не позволяет реализовать помехозащищенный режим в условиях сложной электромагнитной обстановки.
Известна фазированная антенная решетка, содержащая внутренние сумматоры, схему суммирования, переключающий блок и фазосдвигающие элементы [2].
Недостатком данной фазированной антенной решетки является невозможность формирования нескольких лучей одновременно.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является многолучевая активная фазированная антенная решетка, состоящая из М облучателей, где М=2, 3, 4,…, блока управления, М приемных каналов, узкополосных лучевых полосно-пропускающих фильтров, выходных усилителей и лучевых сумматоров, каждый приемный канал содержит входной полосно-пропускающий фильтр, первый и второй каскады малошумящего усилителя, N-канальный делитель мощности и фазовращатели, входы всех фазовращателей соединены с выходами соответствующего N-канального делителя мощности, а выходы - с соответствующими входами лучевых сумматоров [3].
Недостатком данной антенны является невозможность одновременно получить низкий коэффициент шума и высокую помехозащищенность по входу за счет потерь входного фильтра, а использование узкополосных лучевых полосно-пропускающих фильтров и выходных усилителей в каждом приемном канале усложняет конструкцию и приводит к ухудшению массогабаритных характеристик.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в распределении фильтрации на входе приемного канала, а также снижении числа узкополосных лучевых полосно-пропускающих фильтров и выходных усилителей при улучшении шумовых характеристик антенны и одновременном сохранении помехозащищенности приемного тракта.
Это достигается тем, что после первого каскада малошумящего усилителя устанавливается дополнительный полосно-пропускающий фильтр, что позволяет снизить требования к входному полосно-пропускающему фильтру, тем самым снизить его потери и улучшить шумовые характеристики антенны. Увеличение входных потерь приемного тракта за счет использования дополнительного фильтра ослабляется на величину коэффициента усиления первого каскада малошумящего усилителя.
На чертеже изображена структурная схема приемной многолучевой активной фазированной антенной решетки.
Многолучевая активная фазированная антенная решетка в каждом приемном канале содержит излучатель 1, входной полосно-пропускающий фильтр 2, первый каскад малошумящего усилителя 3, дополнительный полосно-пропускающий фильтр 4, второй каскад малошумящего усилителя 5, N-канальный делитель 6, N фазовращателей 7, лучевой сумматор 8 с М входами, на выходе лучевого сумматора устанавливаются узкополосные лучевые полосно-пропускающие фильтры 9 и выходные усилители 10. Управление осуществляется от блока управления 11.
Предлагаемая многолучевая антенная решетка работает следующим образом.
Принимаемый сигнал поступает одновременно на М излучателей 1 и через входные полосно-пропускающие фильтры 2 идет на первые каскады малошумящих усилителей 3. Полоса пропускания входного полосно-пропускающего фильтра 2, дополнительного полосно-пропускающего фильтра 4 и рабочая полоса усиления первого 3 и второго каскада 5 малошумящего усилителя является суммой полос всех лучей и определяется соотношением
ΔF - полоса пропускания входного приемного тракта,
N - число лучей,
Δf - полоса каждого луча.
Дополнительный полосно-пропускающий фильтр 4 обеспечивает дополнительное запирание, тем самым улучшает помехозащищенность приемного тракта и не дает перегружаться сигналом помехи второму каскаду малошумящего усилителя 5.
Принятый сигнал делится на N каналов в делителе 6, согласно числу лучей, и поделенный сигнал поступает на соответствующие фазовращатели 7. Выставляя в блоке управления 11 заданные фазовые программы, формируются N независимых лучей на прием. Далее сигнал поступает на соответствующие входы N лучевых сумматоров 8, где суммируются сигналы, принадлежащие определенному лучу, и через узкополосные лучевые полосно-пропускающие фильтры 9 с полосой пропускания луча Δf поступает на выходные усилители 10, где усиливается до требуемого уровня.
Предлагаемое изобретение может быть реализовано, например, в виде приемной многолучевой активной фазированной антенной решетки С-диапазона, состоящей из 256 каналов приема, микрополосковых кольцевых делителей на 8 и восьми трехразрядных фазовращателей в каждом приемном канале. Входной и дополнительный полосно-пропускающие фильтры изготовлены на поликоре в микрополосковом исполнении с полосой пропускания 500 МГц, а узкополосные лучевые полосно-пропускающие фильтры - на диэлектрических резонаторах с полосой пропускания 50 МГц. Входной фильтр имеет потери порядка 0,5 дБ, потери дополнительного фильтра не превышают 1,5 дБ. Малошумящие усилители могут быть реализованы на основе НЕМТ транзисторов или арсенид-галлиевых интегральных схем. Коэффициент усиления первого каскада составляет не менее 10 дБ, второй каскад обеспечивает усиление более 20 дБ. Выходные усилители имеют усиление 30 дБ.
Испытания приемной многолучевой активной фазированной антенной решетки показали надежность данной конструкции, приемлемые шумовые характеристики при высокой помехозащищенности, что важно при работе в сложной электромагнитной обстановке.
Источники информации
1. Патент США №6738017 В2, опубликовано 18 мая 2004 г., МПК H01Q 3/24, НКИ 342/368.
2. Заявка WO 2103842 А2, опубликовано 27 декабря 2002 г., МПК H01Q 3/34.
3. Патент США №6169513 В1, опубликовано 2 января 2001 г., МПК Н04В 7/185, НКИ 342/354.
Приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка, состоящая из М облучателей, где М=2, 3, 4, …, блока управления, М приемных каналов, лучевых сумматоров, узкополосных лучевых полосно-пропускающих фильтров и выходных усилителей, каждый приемный канал содержит входной полосно-пропускающий фильтр, первый и второй каскады малошумящего усилителя, N-канальный делитель мощности и фазовращатели, входы всех фазовращателей соединены с выходами соответствующего N-канального делителя мощности, а выходы - с соответствующими входами лучевых сумматоров, отличающаяся тем, что каждый из М приемных каналов снабжен дополнительным полосно-пропускающим фильтром, установленным после первого каскада малошумящего усилителя, а узкополосные лучевые полосно-пропускающие фильтры и выходные усилители установлены на выходе соответствующих лучевых сумматоров.
