УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ФАЗОВЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ В ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТКАХ

Устройство управления Фазовым распределением в фазированных антенных решетках
Предлагаемое устройство управления относится к области радиотехники и предназначено для точного управления фазовым распределением в фазированных антенных решетках (ФАР).
В технике ФАР применяются ферритовые фазовращатели с запоминанием фазы, в которых устанавливаемый сдвиг фазы определяется длительностью импульса напряжения на клеммах управляющего соленоида.
Связь между длительностью управляющего импульса т и сдвигом фазы ф определяется фазо-временной характеристикой данного фазовращателя: 9-f(i).
Устройство управления фазовым распределением ФАР (устройство фазирования), построенное на основе таких фазовращателей, формирует управляющие импульсы напряжения, длительность которых должна соответствовать фазовременной характеристике управляемого фазовращателя.
Эта задача существенно усложняется тем, что для фазо-временных характеристик таких фазовращателей характерны большой технологический разброс, а также температурная и частотная нестабильность.
мпино1аз/2б
в устройстве фазирования, описанном в 1,2,3 и реализованном в бортовой фазированной антенной решетке Б-1 комплекса Заслон, установленной на истребителе МИГ-31, длительность управляющего импульса, соответствующая заданному сдвигу фазы, устанавливается системой автоматического управления с обратной связью по фазе, в которой контролируется изменение фазы на выходе каждого управляемого фазовращателя. Устройство содержит ответвители контрольного ситала включенные на выходе каждого фазовращателя, выходы которых соединены с входами фазовых детектеров, вторые входы которых соединены с выходами источника сигналов с эталонным распределением фаз, а выходы фазовых детеетеров через триггеры соединены с коммутатором тока, включенными в цепь управляющих соленоидов фазовращателей.
Устройство фазирования этого типа позволяет получить весьма высокую точность фазирования, практически независящую от технологической повторяемости и стабильности фазо-временных характеристик фазовращателей. Однако, оно очень сложно, фомоздко и имеет значительную массу и стоимость.
В 4,5 предлагается устройство управления фазовращателями, работающее на принципе автоматического управления с обратной связью по матитному потоку. Длительность управляющего импульса здесь устанавливается автоматически по приращению магнитного потока в феррите, который контролируется в каждом фазовращателе. Устройство содержит преобразователь приращения магнитного потока в цифровой код, регистр памяти, в который записывается из внешнего источника информации код требуемого сдвига фазы, и устройство сравнения, входы которого соединены соответственно с выходом преобразователя и с выходом регистра, а выход через триггер соединен с коммутатором тока.
Это устройство тоже достаточно сложное, но менее эффективное, чем устройство с обратной связью по фазе, так как на практике не удается обеспечить однозначную и стабильную связь между измеряемым приращением магнитного потока и сдвигом фазы.
Известно устройство фазирования, в котором для формирования управляющих импульсов используются цифровые преобразователи код-длительность, преобразующие код сдвига фазы в длительность управляющего импульса 6. Устройство фазирования этого типа является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству.
Это устройство фазирования содержит ферритовые фазовращатели, формирователи управляющих имлульсов, выполненные в виде цифровых преобразователей код - длительность, число которых равно числу одновременно управляемых фазовращателей, генератор имлульсов эталонных временных интервалов (ЭВМ) и дешифратор адресов фазовращателей.
Информационные входы всех формирователей управляющих имлульсов соединены с информационным входом источника внешней информации (вычислителя фаз), а два других входа связаны соответственно с выходом генератора импульсов эталонных временных интервалов и с выходами дешифратора адресов, информационный вход которого соединен также с источником внешней информации.
Каждый формирователь управляющих импульсов содержит счетчик импульсов и регистр памяти, информационные выходы которых присоединены к двум информационным входам устройства сравнения. Выход последнего соединен с входом триггера, а выход триггера - с коммутатором тока, включенным в цепь соленоида фазовращателя.
Устройство работает следующим образом.
Из источника внешней информации (например, вычислителя фаз), в регистр памяти формирователя записывается величина требуемого сдвига фаз, а на вход счетчика импульсов поступают имлульсы из генератора эталонных временных интервалов. Когда число импульсов ЭВИ, пришедшее на вход счетчика, оказывается равным коду сдвига фазы, записанному в ОЗУ, коммутатор тока разрывает цепь управляющего соленоида, т.е. формируется задний фронт управляющего импульса.
В результате длительность управляющего импульса равна:
где А tj - длительность временного интервала между i-м и (i-1 )-м импульсами последовательности,
а Пф  ф / Дф, где Дф - дискрет квантования фазы, соответствующий младшему разряду кода фазы.
Т  I Atj
Ati  T дф -i -  (i -1)  -i  (i -1),
где Т  f(9) - эталонная фазо-временная хараетеристика, то длительность формируемого управляющего импульса будет
т  г(Аф -Пф)  ад,
т.е. будет соответствовать эталонной фазо-временной характеристике. Так как фазо-временные характеристики ферритовых фазовращателей с
запоминанием фазы существенно нелинейны, то все интервалы Atj существенно
различны, т.е. последовательность импульсов, формирующая сетку эталонных временных интервалов, должна бьггь непериодической и возможно более точно соответствовать форме фазо-временной характеристике фазовращателя.
Недостатком такого устройства управления фазовым распределением является то, что точность фазирования ФАР зависит от разброса фазо-временных характеристик всех фазовращателей относительно эталонной характеристики, по которой формируются управляющие импульсы. Для получения высокой точности фазирования необходимо обеспечить достаточно малый разброс фазовых характеристик фазовращателей, что связано с усложнением технологии изготовления и настройки фазовращателей, т.е. со значительным повышением их стоимости.
Предлагаемая полезная модель свободна от этого недостатка, так как обеспечивает высокую точность фазирования, не зависящую от разброса фазовременных характеристик фазовращателей, т.е. с ее помощью достигается новый технический результат, имеющий важное практическое значение.
Этот технический результат достигается в предлагаемой полезной модели благодаря тому, что формирование управляющих импульсов для каждого фазовращателя производится не по усредненной эталонной фазо-временной характеристике, а по индивидуальной характеристике конкретного фазовращателя, которая записывается в запоминающее устройство.
Сущность полезной модели состоит в том, что в отличие от прототипа в ней в качестве исходной информации для формирования управляющих импульсов в регистр формирователя записывается не код требуемого фазового сдвига, а код длительности, который выдается в регистр из запоминающего устройства в зависимости от требуемого сдвига фазы для каждого управляемого фазовращателя в соответствие с его индивидуальной фазо-временной характеристикой, записанной в запоминающем устройстве.
Таким образом, в отличие от прототипа, в котором формирователь выполняет преобразование кода фазы в длительность импульса, в данном устройстве он выполняет преобразование кода длительности в длительность импульса.
Сравнение предлагаемого технического решения с другими техническими решениями, описанными в патентной и научно-технической литературе, а также применявшимися в известных отечественных и зарубежных разработках фазированных антенных решеток, показывает, что предлагаемое устройство фазирования является новым, имеет существенное отличие и важные техникоэкономические преимущества.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.
Это устройство содержит ферритовые фазовращатели с запоминанием фазы 1, формирователи управляющих импульсов 2, число которых равно числу одновременно управляемых фазовращателей, запоминающее устройство 3, в которое записаны фазовременные характеристики всех фазовращателей, дешифратор адресов фазовращателей 4 и генератор эталонных временных интервалов 5, выполненный в виде генератора периодической последовательности импульсов с частотой следования импульсов, равной
где Ттах - максимальное значение длительности управляющего импульса, при которой все управляемые фазовращатели отрабатывают ф  2я, т.е. для любого фазовращателя т:(2к)  Ттах ,
а NT - число дискретов квантования длительности Ттах
В некоторых случаях для компенсации частотной и температурной нестабильности фазо-временных характеристик целесообразно использовать генератор импульсов , у которого при изменении рабочей частоты ФАР и температуры соответственно изменяется в небольших пределах частота F следования импульсов, что соответствует растяжению или сжатию по оси времени фазоN, F  ,
Информационный выход запоминающего устройства 3 соединен с информационными входами всех формирователей управляющих импульсов 2, а два информационных входа запоминающего устройства 3 соединены с внешним источником информации (коды фазы и коды адресов) 6, причем один из этих входов объединен с информационным входом дешифратора адресов 4. Выход генератора периодической последсшательности импульсов ЭВМ 5 соединен со входами счетчиков импульсов всех формирователей управляющих импульсов 2.
Устройство работает следующим образом.
При фазировании ФАР на вход запоминающего устройства 3 из вычислителя фаз 6 (внешнего источника информации) последовательно вводятся коды адресов всех управляемых фазовращателей 1 и коды требуемого сдвига фазы для каждого фазовращателя 1, в результате чего в ретстр памяти соответствующего формирователя 2 записывается из запоминающего устройства 3 код требуемой длительности управляющего импульса.
Счетчик имлульсов отсчитывает число импульсов, равное записанному в регистре коду длительности п, в результате чего формируется управляющий импульс с длительностью
т  Т  (9)  f (ф),
где Т - период следования имлульсов (длительность элементарного временного интервала At).
Таким образом управляющие импульсы формируются в точном соответствии с фазо-временной характеристикой данного конкретного фазовращателя (при соответствующем выборе период Т).
Существенно, что длительность формируемого управляющего импульса определяется только кодом длительности, записанным в запоминающее устройство и периодом Т и не зависит от значения Ттах для данного фазовращателя.
Таким образом, точность фазирования ФАР совершенно не зависит не только от технологического разброса формы фазо-временных характеристик фазовращателей, но и от разброса значений Ттах
Предлагаемое устройство  бьпь легко осуществлено, если использовать в качестве запоминающего устр 1ства микросхему типа 556РТ-161.
Микросхема 556РТ-161 имеет 13-ти разрядный вход и 8-ми разрядный выход, что позволяет записать в ней 2  8192 8-ми разрядных чисел.
Так как при 6-ти разрядном квантовании величины фазового сдвига одна фазо-временная характеристика содержит 64 числа, то в одну микросхему можно записать 128 таких фазо-временных характеристик (причем длительности управляющих импульсов будут записываться с точностью до 8-го разряда).
Таким образом, для ФАР, содержащей, например, около 2000 фазовращателей, потребуется не более 20 таких микросхем.
Технико-экономические преимущества предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом заключается в том, что она позволяет получить весьма высокую точность фазирования ФАР независимо от технологического разброса фазо-временных характеристик фазовращателей, благодаря чему может  достигнута существенное снижение трудоемкости и стоимости фазовращателей при сохранении высокой точности фазирования.
Генеральный директор ТОО ФАЗОЙ
1. Исследования и разработка фазированной антенной решетки для самолета-перехватчика. Научно-технический отчет ГП НИИ Приборостроения, Г.Жуковский, 1981 г. стр. 64-78.
2. Изыскание путей совершенствования ФАР бортовых РЛС перехвата. Научно-технический отчет, том III. Система фазирования ФАР. ГП НИИ Приборостроения, Г.Жуковский, 1975 г. стр.6-46
3. Антенно-волноводная система Б-1. Руководство по технической эксплуатации, папка № 11. ГП НИИ Приборостроения, г.Жуковский, 1986г. стр. 12-18, 28-33.
4.Патент США №3.510.675 кл.Н4Т.
5.J.Electronics № 24, 1970 г., стр.77-80. H.G.Goodrich, R.J.Tomsi с и др. Flux monitoring boosts acenracy of phased array redas sistem.
6. Описание и технические характеристики антенной системы бортовой РЛС Сокол. Научно-технический отчет. ГП НИИ Приборостроения, г.Жуковский, 1996г. стр.53-58
ЛИТЕРАТУРА у /А.Е.ЧАЛЫХ