АКТИВНАЯ ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

Предлагаемая активная фазированная антенная решетка (АФАР) относится к сканируемым антенным решеткам и может быть использована в радиолокации, гидролокации, системах радиосвязи и телевидении.
Известны АФАР, в которых сканирование осуществляется с помощью управляемых фазовращателей.
Однако такие АФАР имеют сложную схему управления фазовращателями, что снижает надежность, увеличивает габариты, массу и стоимость.
Из известных АФАР со сканированием с помощью управляемых фазовращателей наиболее близкой по технической сущности, схемному решению является АФАР, содержащая возбудитель, излучатели, горизонтальный делитель сигнала, вертикальные делители сигнала, устройство управления фазовращателями и передающие модули, включающие в себя последовательно соединенные управляемый фазовращатель и усилитель мощности [1]. Эта АФАР принята за прототип.
Схема прототипа приведена на фиг.1.
Однако такая АФАР имеет недостатки:
- большое количество управляемых фазовращателей;
- сложная схема устройства управления фазовращателями;
- низкая надежность;
- большие габариты, масса и стоимость.
Сущность предлагаемой АФАР заключается в том, что она содержит возбудитель, горизонтальный делитель сигнала возбудителя, управляемые фазовращатели, устройство управления фазовращателями, передающие модули и излучатели, при этом выходы передающих модулей подключены к излучателям, а возбудитель подключен к входу горизонтального делителя сигнала возбудителя.
Отличается тем, что она дополнительно содержит гетеродин, вертикальный делитель сигнала гетеродина, горизонтальные делители сигнала гетеродина, устройство управления фазовращателями выполнено в виде двух самостоятельных устройств (по углу места и по азимуту), а в каждом передающем модуле в качестве фазовращателя использован смеситель.
Выход гетеродина подключен к входу дополнительного вертикального делителя сигнала гетеродина, выходы которого подключены через управляемые фазовращатели сигнала гетеродина к соответствующим входам дополнительных горизонтальных делителей сигнала гетеродина, причем выходы горизонтального делителя сигнала возбудителя подключены через управляемые фазовращатели сигнала возбудителя к соответствующим входам вертикальных делителей сигнала возбудителя, при этом выходы устройства управления фазовращателями сигнала гетеродина (по углу места) подключены к управляемому входу соответствующего фазовращателя, а выходы устройства управления фазовращателями сигнала возбудителя (по азимуту) - к управляемому входу соответствующего фазовращателя, причем входы смесителя каждого передающего модуля подключены соответственно к выходам вертикального и горизонтального делителей сигнала, а выход подключен через частотный фильтр к усилителю.
Дополнительное введение в АФАР гетеродина, вертикального делителя сигнала гетеродина, горизонтальных делителей сигнала гетеродина, выполнение устройства управления фазовращателями (по углу места и по азимуту) и использование в передающих модулях в качестве фазовращателя смесителя значительно уменьшает количество управляемых фазовращателей, упрощает схему управления фазовращателями, повышает надежность, уменьшает габариты, массу и значительно снижает стоимость АФАР.
Сущность предлагаемой АФАР поясняется структурной схемой, приведенной на фиг.2 и 3.
Предлагаемая АФАР содержит:
возбудитель - 1, горизонтальный делитель сигнала возбудителя - 2, управляемые фазовращатели сигнала возбудителя - 3, вертикальные делители сигнала возбудителя - 4, передающие модули - 5, излучатели - 6, гетеродин - 7, дополнительный вертикальный делитель сигнала гетеродина - 8, управляемые фазовращатели сигнала гетеродина - 9, дополнительные горизонтальные делители сигнала гетеродина - 10, устройство управления фазовращателями сигнала гетеродина (по углу места) - 11, устройство управления фазовращателями сигнала возбудителя (по азимуту) - 12, смеситель - 13, частотный фильтр - 14, усилитель - 15.
Выход возбудителя 1 подключен к входу горизонтального делителя 2, выходы которого подключены через управляемые фазовращатели 3 к вертикальным делителям 4.
Выходы передающих модулей 5 подключены к излучателям 6, выход гетеродина 7 - к входу вертикального делителя 8, выходы которого подключены через управляемые фазовращатели 9 к входам горизонтальных делителей 10. Выходы устройства управления фазовращателями (по углу места) 11 подключены к управляемым входам соответствующих фазовращателей 9, а выходы устройства управления фазовращателями (по азимуту) 12 - к управляемым входам соответствующих фазовращателей 3. Входы смесителя 12 каждого передающего модуля 5 подключены соответственно к выходам горизонтального 10 и вертикального 4 делителей сигнала, а выход - через частотный фильтр 14 - к усилителю 15.
Предлагаемая АФАР работает следующим образом.
Первый сигнал на промежуточной несущей частоте (модулированный) от возбудителя 1 поступает на вход горизонтального делителя промежуточной частоты сигнала 2, в котором распределяется по N его выходам. Каждый из N сигналов промежуточной частоты возбудителя 1, проходя через соответствующий управляемый фазовращатель 3, поступает на вход соответствующего вертикального делителя промежуточной частоты 4. С помощью устройства управления фазовращателями 12 на входах N вертикальных делителей 4 формируется требуемое фазовое распределение колебаний по столбцам на промежуточной частоте сигнала, обеспечивающее требуемую форму диаграммы направленности и ее сканирование в одной из ортогональных плоскостей (в азимутальной).
Далее сигналы промежуточной частоты проходят через соответствующие вертикальные делители 4 и поступают на сигнальные входы соответствующих смесителей 13, входящих в состав передающих модулей 5. Второй сигнал от гетеродина 7 поступает на вход вертикального делителя сигнала гетеродина 8, в котором распределяется по М его выходам. Каждый из М сигналов гетеродина, проходя через соответствующий управляемый фазовращатель 9, поступает на вход соответствующего горизонтального делителя 10. С помощью устройства управления фазовращателями 11 на входах М горизонтальных делителей формируется требуемое фазовое распределение колебаний по строками на гетеродинной частоте, обеспечивающее требуемую форму диаграммы направленности и ее сканирование в другой из ортогональных плоскостей (в угломестной).
Далее сигналы гетеродина проходят через соответствующие горизонтальные делители 10 поступают на гетеродинные входы соответствующих смесителей 13, входящих в состав передающих модулей 5.
В каждом смесителе 13 передающих модулей 5 сигналы гетеродинной и промежуточной частот смешиваются и на выходах смесителей 13 появляется комбинационный сигнал с несущей частотой излучения, равной сумме (или разности) промежуточной и гетеродинной частот, поступающих на входы каждого из смесителей 13, и с результирующей фазой, также равной сумме (или разности) фаз колебаний промежуточной и гетеродинной частот, поступающих на входы смесителей 13. Далее сигналы с несущей частотой излучения усиливаются усилителями 15 до требуемого уровня мощности, поступают в излучатели 6 и излучаются в эфир. Для выделения требуемой комбинационной частоты на выходах смесителей устанавливаются частотные фильтры 14.
Таким образом, совокупность из M+N управляемых фазовращателей создает на частоте излучения требуемое фазовое распределение электромагнитной волны в апертуре антенны, реализующее заданную форму и ориентацию пространственной диаграммы направленности АФАР.
Предлагаемая активная фазированная антенная решетка прошла предварительные испытания, которые показатели хорошие результаты.
В настоящее время принята к использованию.
Источник информации, использованный при составлении заявки:
1. «Активные фазированные антенные решетки», под ред. д.т.н., профессора Д.И.Воскресенского, д.т.н., профессора А.И.Канащенкова, Издательство Радиотехника, 2004 г., Москва, стр.34-35.