ПОЛУАКТИВНАЯ ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА
SEMI-ACTIVE PHASED ARRAY

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, может использоваться в радиолокации, связи и других системах.
1
2
3
1
2
3
Из уровня техники известна двухдиапазонная антенная система (Патент RU №2177662, опубликовано 27.12.2001, МПК H01Q 21/00), включающая фазированную антенную решетку (ФАР) высокочастотного диапазона, волноводные излучатели которой образуют регулярную периодическую структуру, и ФАР низкочастотного диапазона, излучатели которой образуют регулярную периодическую структуру. Излучатели обеих ФАР образуют единую апертуру антенной системы, центры излучения обеих ФАР совпадают между собой или сдвинуты на величину периода расположения излучателей высокочастотной ФАР. Излучатели высокочастотной ФАР объединены в непрерывные линейки, а излучатели низкочастотной ФАР расположены между линейками высокочастотной ФАР, образуя ряды. Причем величины периодов расположения излучателей низкочастотной ФАР в ряду выполняют точно в соответствии с требуемым для заданного сектора сканирования значением, а между рядами - дискретно, с шагом, кратным значению периода расположения линеек излучателей высокочастотной ФАР. Излучатели низкочастотного диапазона могут быть расположены не на всей апертуре, образуя двухрядную и трехрядную структуры, либо занимают всю апертуру. Излучатели высокочастотного диапазона занимают только центральную часть апертуры, либо могут быть смещены на случайную величину, либо могут быть выполнены в виде укороченных Н-образных вибраторов с активным плечом длиной L и пассивным плечом длиной L, установленных на стойках, выполненных на отрезках коаксиальной линии длиной h с симметрирующими щелями длиной L, причем L, L, L, h определяются по формулам.
Недостатком такой двухдиапазонной антенной системы является чисто пассивный режим работы и повышенный коэффициент шума приемных каналов, недостаточные возможности по управлению формой ДН (отсутствует управление амплитудным распределением).
Известна также активная фазированная антенная решетка (Патент RU №2338307, опубликовано 10.11.2008, МПК H01Q 21/00; H01Q 3/26; H01Q 25/02). АФАР содержит: m излучателей, соединенных с m приемопередающими модулями (ППМ), устройство распределения и фазирования (УРФ) и делитель. Дополнительно введены формирователь диаграммы направленности (ФДН), имеющий два входа и четыре выхода, делители (Д), 2К-1 УРФ, 2К периферийных устройств управления (УУ) для установления требуемых значений фазовых соотношений в соответствии с управляющими сигналами от блока управления лучом (БУЛ). Причем каждый из четырех высокочастотных (ВЧ) выходов ФДН подключен к ВЧ входу соответствующего Д, имеющего К/2 ВЧ выходов каждый, где К - четное число, 2К ВЧ выходов Д соединены с ВЧ входами соответствующих УРФ, имеющих каждый m ВЧ выходов, где m - любое целое число, каждый из 2Кm ВЧ выходов УРФ соединен с ВЧ входом соответствующего 2Кm ППМ (2), ВЧ выходы которых подключены к излучателям. При этом каждое УРФ, УУ образуют подрешетку. Низкочастотные входы всех УУ подключены к выходу БУЛ, вход которого является управляющим входом АФАР, а входы ФДН являются суммарным и разностным входами АФАР.
Недостатками такой АФАР являются сложность конструкции и высокая стоимость.
Наиболее близкой по технической сущности является пассивно-активная фазированная антенная решетка (Патент RU №2299502, опубликовано 20.05.2007, МПК H01Q 21/00; H01Q 3/26), состоящая из n излучающих элементов, n приемопередающих модулей (ППМ) и распределительной системы. В состав ППМ входят m активных ППМ, каждый из которых содержит усилитель мощности передающего канала, малошумящие усилители приемного канала, фазовращатели, схему управления и контроля, (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.
Недостатками этой пассивно-активной фазированной антенной решетки являются громоздкость и сложность схемы построения, что связано с последовательным соединением активных и пассивных приемопередающих модулей и присутствием между излучающими элементами МШУ активных ППМ, пассивных ППМ, сумматора мощности и, как следствие, ухудшение коэффициента шума всего приемного канала изделия.
В ряде задач построения радиотехнических комплексов требуется применение антенных систем с обеспечением широких возможностей по управлению формой диаграммы направленности с обеспечением низкого коэффициента шума, при этом имеющих невысокую сложность и стоимость, например, при использовании в вертолетной технике.
Данная задача успешно решается при использовании предлагаемой схемы полуактивной фазированной антенной решетки (ПАФАР).
Технический результат предлагаемой полуактивной фазированной антенной решетки (ПАФАР) заключается в обеспечении широких возможностей управления формой диаграммы направленности (за счет управления амплитудным и фазовым распределением) с одновременным обеспечением низкого коэффициента шума.
Технический результат достигается тем, что полуактивная фазированная антенная решетка (ПАФАР) включает распределительную систему, n приемопередающих модулей, n излучающих элементов. При этом она отличается от прототипа тем, что каждый приемопередающий модуль содержит приемный и передающий каналы, включающие соответственно приемный и передающий тракты, объединенные с одной стороны циркулятором, соединенным с фазовращателем, а с другой стороны - переключателем приемопередачи. При этом приемный канал образован последовательно соединенными переключателем приемопередачи, малошумящим усилителем, аттенюатором, циркулятором, фазовращателем, а передающий канал образован последовательно соединенными фазовращателем, циркулятором, переключателем приемопередачи. Причем в каждом из n 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 излучающим элементом, при этом полуактивная фазированная антенная решетка является активной на прием и пассивной на передачу.
Техническая сущность изобретения поясняется Фиг.1, Фиг.2.
На Фиг.1 изображена структурная схема полуактивной фазированной антенной решетки, имеющей n приемопередающих каналов.
На Фиг.2 изображена структурная схема приемопередающего канала полуактивной фазированной антенной решетки.
Полуактивная фазированная антенная решетка (ПАФАР) состоит из распределительной системы 1, n приемопередающих модулей (ППМ) 2, n излучающих элементов 3.
Каждый приемопередающий модуль (ППМ) 2 имеет приемный и передающий каналы, включающие соответственно приемный или передающий тракты, объединенные с одной стороны циркулятором 5, соединенным с фазовращателем 4, а с другой стороны - переключателем приемопередачи (ППП) 8.
В приемный тракт входит управляемый аттенюатор 6, регулирующий уровень СВЧ сигнала в режиме приема, и малошумящий усилитель (МШУ) 7.
При этом приемный канал образован последовательно соединенными: излучающим элементом 1, переключателем приемопередачи 8, малошумящим усилителем 7, аттенюатором 6, циркулятором 5, выход которого соединен через фазовращатель 4 с входом распределительной системы 1. Передающий тракт образован последовательно соединенными циркулятором 5 и переключателем приемопередачи 8, выход которого соединен с излучающим элементом 3, при этом вход циркулятора 5 через фазовращатель 4 соединен с выходом распределительной системы 1.
Полуактивная фазированная антенная решетка работает как в режиме приема, так и в режиме передачи.
В режиме приема принимаемые системой излучателей СВЧ сигналы поступают на входы приемопередающих модулей (ППМ) 2. Через переключатели приемопередачи (ППП) 8 подаются на малошумящие усилители (МШУ) 7 приемного тракта ППМ 2, регулируются по уровню аттенюатором 6 и через циркулятор 5 направляются на фазовращатель 4 и далее на распределительную систему 1 СВЧ сигналов, где они суммируются и передаются на приемное устройство для дальнейшей обработки.
В режиме передачи от задающего генератора СВЧ системы сигнал поступает на вход распределительной системы 1, где делится на n каналов. С выхода распределительной системы 1 сигнал поступает на входы каждого приемопередающего канала (ППМ) 2, где регулируется фаза сигнала фазовращателем 4 и через циркулятор 5 направляется в передающий тракт. Сигнал по передающему тракту проходит без усиления и через ППП 8 поступает на излучающий элемент.
Таким образом, полуактивная фазированная антенная решетка (ПА-ФАР) является активной на прием и пассивной на передачу.
При этом полуактивная фазированная антенная решетка (ПАФАР), по сравнению с пассивной фазированной антенной решеткой (ПФАР), обладает меньшим коэффициентом шума приемных каналов на величину суммарных потерь от излучателя до распределительной системы, а также позволяет обеспечить возможность оптимального управления формой диаграммы направленности на прием за счет управления не только фазовым, но и амплитудным распределением.
По сравнению с активной фазированной антенной решеткой полуактивная фазированная антенная решетка (ПАФАР) имеет преимущество, заключающееся в упрощении схемы и конструкции, обусловленном отсутствием усилителей мощности в передающих каналах, а также снижении стоимости.
Таким образом, предлагаемая ПАФАР отличается упрощенной схемой построения, вследствие чего достигаются большая компактность, простота и надежность конструкции. ПАФАР позволяет обеспечить снижение коэффициента шума приемного устройства за счет установки МШУ в каждом канале, а также возможность оптимизации амплитудно-фазового распределения в раскрыве антенны на прием под любую форму ДН антенны без потерь коэффициента шума приемных каналов за счет установки после МШУ аттенюатора, ближе к излучающему элементу.