ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА С УПРАВЛЯЕМОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ
TRANSCEIVING ANTENNA SYSTEM WITH CONTROLLED DIRECTIVITY PATTERN

Изобретение относится к области антенных систем, а именно к активным фазированным антенным решеткам (АФАР) СВЧ диапазона с управляемой диаграммой направленности, и может быть использовано в системах спутниковой и мобильной связи в дуплексном режиме.
Известны приемо-передающие АФАР СВЧ диапазона с использованием излучателей для приема и передачи, где для развязки каналов используется антенный переключатель [1].
Основным недостатком данных антенных систем является невозможность реализации дуплексного режима, то есть одновременная передача и прием сигнала.
Известна антенная система, где для развязки приемных и передающих каналов фазированной антенной решетки используются циркуляторы [2].
Недостатком подобной системы является недостаточная развязка приемных и передающих каналов при работе в дуплексном режиме.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой является приемо-передающая антенная система, содержащая антенные излучатели, канальные фильтры-диплексеры, приемный тракт с N приемными каналами, каждый из которых состоит из последовательно соединенных малошумящих усилителей и фазовращателей и соединен с сумматором и соответствующим излучателем, передающий тракт с N передающими каналами, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителей мощности и фазовращателей, каждый из которых соединен с делителем и соответствующим излучателем, приемо-передающее устройство, устройство управления и устройство управления фазовращателями, выходы которого соединены с управляющими входами всех фазовращателей. При этом питание всех приемных и передающих каналов осуществляется параллельно.
Недостатком данной схемы является необходимость дополнительного оборудования для проведения фазировки антенной системы и необходимость использования фильтров-диплексеров по числу каналов АФАР.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в сохранении развязки приемного и передающего трактов при исключении канальных фильтров-диплексеров из приемного и передающего трактов при одновременном улучшении массогабаритных характеристик.
Это достигается тем, что для разделения приемного и передающего сигналов фильтр-диплексер установлен на входе передающего тракта перед делителем мощности, и на выходе приемного тракта после сумматора, что позволяет исключить дополнительные потери перед излучателями.
Кроме того, приемные излучатели и передающие излучатели разнесены в пространстве, что обеспечивает дополнительную развязку между приемным и передающим трактами.
Независимое питание приемных и передающих каналов позволяет измерять начальную фазу каждого канала и учитывать ее в устройстве управления фазовращателями при выполнении фазовой программы для формирования необходимой диаграммы направленности.
Устройство управления формирует команды на формирование диаграммы направленности в зависимости от координат объекта.
Техническая сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом.
На чертеже дана структурная схема предлагаемой приемо-передающей антенной системы.
Приемо-передающая антенная система содержит приемный тракт с N приемными каналами, состоящий из последовательно соединенных излучателей 1, малошумящих усилителей 2, фазовращателей 3 и сумматора на N каналов 4, передающий тракт с N передающими каналами, состоящими из последовательно соединенных излучателей 5, усилителей мощности 6, фазовращателей 7 и делителя на N каналов 8. Выход сумматора 4 и вход делителя 8 соединены через фильтр-диплексер 9 с приемо-передающим устройством 10. Фазовращатели приемного тракта 3 и передающего тракта 7 соединены с устройством управления фазовращателями 11, которое соединяется с устройством управления 12.
Предлагаемая приемо-передающая антенная система работает следующим образом.
Принимаемый сигнал поступает на излучатели 1, усиливается в малошумящих усилителях 2 и через фазовращатели 3, где в фазовращателе каждого канала установлен фазовый сдвиг в соответствии с выбранной диаграммой направленности, поступает на сумматор 4. Суммарный приемный сигнал через фильтр-диплексер 9 поступает в приемно-передающее устройство 10. Приемно-передающее устройство 10 формирует передающий сигнал и через фильтр-диплексер 9 передает его на делитель 8, откуда N сигналов последовательно подаются на фазовращатели 7, усилители мощности 6 и излучатели 5. Формирование диаграммы направленности антенной системы осуществляется выставлением необходимого фазового сдвига на фазовращателях, команда на которые поступает с устройства управления фазовращателями 11 с учетом начальной фазовой длины каждого канала, записанной в устройстве управления 12.
Предлагаемое изобретение может быть реализовано, например, в виде приемо-передающей фазированной антенной решетки L-диапазона, где на прием используется частота 1525,0…1559,0 МГц, а на передачу - частота 1626,5…1660,5 МГц. Излучатели на прием и передачу с круговой правой поляризацией выполнены в виде турникетных излучателей. Фильтр-диплексер может быть изготовлен на основе двух полосно-пропускающих фильтров на диэлектрических резонаторах, соединенных через развязанный микрополосковый делитель-сумматор [4]. Трехразрядный фазовращатель в микрополосковом исполнении построен на p-i-n диодах по схеме на переключаемых отрезках линии.
Испытания антенной системы на основе приемо-передающей антенной решетки показали высокую точность формирования диаграммы направленности в широком угле сканирования и высокую развязку приемного и передающего трактов.
Источники информации
1. Гостюхин В.Л., Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования ФАР с использованием ЭВМ. М. Радио и связь, 1983, 248 с.
2. Патент №4388626, США, опубликовано 14 июня 1983 г., МПК H01Q 3/46, НКИ 343/854.
3. Патент №5041836, США, опубликовано 20 августа 1981 г., МПК H01Q 3/30, НКИ 342/375.
4. Патент №4028652, США, опубликовано 7 июня 1977 г., МПК H01P 7/06, НКИ 333/73 W.