ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩИЙ МОДУЛЬ АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

Полезная модель относится к приемопередающим устройствам высокочастотного (ВЧ) диапазона длин волн, предназначенным для работы в составе активной фазированной антенной решетки (АФАР) импульсной радиолокационной станции (РЛС).
Известны приемопередающие модули (ППМ) АФАР [1, 2, 3, 4], аналогичные по назначению. Общими недостатками вышеуказанных ППМ являются невысокий коэффициент усиления по мощности усилителя канала передачи, отсутствие защиты усилителя канала передачи от самовозбуждения и от рассогласований, возникающих из-за взаимного влияния работающих на передачу излучателей, а также отсутствие в составе ППМ устройств, обеспечивающих выполнение требований по электромагнитной совместимости работы изделий.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности к предлагаемой полезной модели является ППМ АФАР РЛС [5], содержащий корпус, в котором установлены три ВЧ разъема, усилитель канала передачи, усилитель канала приема, три переключателя, направленный ответвитель канала передачи и направленный ответвитель канала приема.
Основными недостатками прототипа являются невысокий коэффициент усиления по мощности усилителя канала передачи, отсутствие устройств защиты от рассогласований тракта, а также отсутствие устройств фильтрации от паразитных гармонических составляющих излучаемого сигнала, приводящее к ухудшению электромагнитной совместимости работы одновременно нескольких радиоэлектронных устройств.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик ППМ, а именно увеличение коэффициента усиления по мощности усилителя канала передачи, повышение устойчивости этого усилителя, улучшение электромагнитной совместимости работы одновременно нескольких радиоэлектронных устройств, а также увеличение надежности устройства.
Технический результат достигается тем, что в ПММ, содержащий корпус, в котором установлены три ВЧ разъема, усилитель канала передачи, усилитель канала приема, первый переключатель, антенный коммутатор (в прототипе - второй переключатель), третий переключатель, направленный ответвитель канала приема, направленный ответвитель канала передачи, второй вход-выход которого соединен со вторым ВЧ разъемом, соединенным с излучателем, а выход направленного ответвителя канала передачи через третий переключатель соединен с входом-выходом третьего ВЧ разъема, при этом выход третьего переключателя соединен со вторым входом направленного ответвителя канала приема, первый вход которого соединен с выходом антенного коммутатора, а выход - с входом усилителя канала приема, выход которого соединен со вторым входом первого переключателя, причем вход-выход первого ВЧ разъема через первый переключатель соединен с первым входом усилителя канала передачи, при этом первые входы первого и третьего переключателей соединены с системой управления, дополнительно включены ферритовое развязывающее устройство (ФРУ), соединенное с выходом усилителя канала передачи и входом антенного коммутатора, который управляется ВЧ сигналом, и фильтр гармоник, соединенный с входом-выходом антенного коммутатора и первым входом-выходом направленного ответвителя канала передачи, причем второй вход усилителя канала передачи соединен с системой управления, а также, по крайней мере, в одном из каскадов усиления канала передачи, содержащем мощный полевой транзистор с наибольшим коэффициентом усиления, введена отрицательная обратная связь, а в каждый каскад усиления - автоматическая регулировка коэффициента усиления по мощности.
На фигуре представлена структурная схема предлагаемого НИМ, где обозначено:
1 - первый ВЧ разъем;
2 - второй ВЧ разъем;
3 - третий ВЧ разъем;
4 - первый переключатель;
5 - третий переключатель;
6 - усилитель канала передачи;
7 - усилитель канала приема; 8- ФРУ;
9 - направленный ответвитель канала приема;
10 - антенный коммутатор;
11 - фильтр гармоник;
12 - направленный ответвитель канала передачи;
13 - корпус;
14 - излучатель (в состав ППМ не входит).
На корпусе 13 ППМ установлены первый 1, второй 2, третий 3 ВЧ разъемы, внутри корпуса размещаются: первый переключатель 4, третий переключатель 5, усилитель канала передачи 6, усилитель канала приема 7, ФРУ 8, направленный ответвитель канала приема 9, антенный коммутатор 10, фильтр гармоник 11, направленный ответвитель канала передачи 12.
8 режиме передачи по командам управления, поступающим на второй вход усилителя 6 и на первые входы первого и третьего переключателей 4 и 5, замыкаются контакты 1, 3 этих переключателей (как указано на фигуре), а в режиме приема замыкаются контакты 2, 3. Вход-выход первого разъема 1 через контакты 3, 1 первого переключателя 4 соединен с первым входом усилителя канала передачи 6, выход которого соединен с входом ФРУ 8, выход которого соединен через контакты 1, 3 антенного коммутатора 10 с первым входом-выходом фильтра гармоник 11, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом направленного ответвителя канала передачи 12, второй вход-выход которого соединен со вторым разъемом 2 и далее с излучателем 14, а выход направленного ответвителя канала передачи 12 через контакты 1, 3 третьего переключателя 5 соединен с входом-выходом третьего разъема 3. Контакт 2 антенного коммутатора 10 соединен с первым входом направленного ответвителя канала приема 9, выход которого соединен с входом усилителя канала приема 7, выход которого соединен через контакты 2, 3 первого переключателя 4 с входом-выходом первого разъема 1, при этом второй вход направленного ответвителя канала приема 9 через контакты 2, 3 третьего переключателя 5 соединен с входом-выходом третьего разъема 3.
В качестве ФРУ 8 применен ферритовый циркулятор.
Фильтр гармоник 11 выполнен в виде фильтра низких частот в микрополосковом варианте.
Устройство работает следующим образом.
ур
ур
ур
ур
ур
ур
Режим передачи обеспечивается командами управления, (поступающими с системы управления РЛС, не показанной на фигуре и не входящей в состав ППМ), которые подаются на первые входы первого и третьего переключателей 4 и 5, вследствие чего замыкаются контакты 3, 1 и ВЧ сигнал с входа канала передачи поступает через вход-выход ВЧ разъема 1, через замкнутые контакты 3, 1 переключателя 4 на первый вход усилителя канала передачи 6. В каждом каскаде усиления канала передачи происходит автоматическая регулировка коэффициента усиления по мощности (K). Для достижения высоких значений K (25 дБ и более) в усилителе канала передачи 6, выполненном на микрополосках, применены мощные полевые транзисторы с большим K в ВЧ диапазоне длин волн. С применением элементов с высокими значениями K остро встает вопрос обеспечения устойчивой работы ППМ в сложной помеховой обстановке. Поэтому в целях повышения устойчивой работы усилителя канала передачи 6, по крайней мере, в одном каскаде усиления, содержащем транзистор с наибольшим значением K, имеется отрицательная обратная связь, позволяющая регулировать K в рабочем диапазоне частот. На входе усилителя 6 использован фиксированный аттенюатор с малым коэффициентом затухания, позволяющий обеспечить усилителю 6 постоянную нагрузку по входу.
ур
ур
ур
Одновременно команды управления подаются на второй вход усилителя канала передачи 6, «открываются» транзисторы, резко возрастает коэффициент усиления по мощности (K). По окончании режима передачи контакты 3, 1 размыкаются, команды управления перестают поступать на второй вход усилителя 6 и K резко уменьшается. Благодаря такой автоматической регулировке K увеличивается устойчивость усилительных каскадов к паразитной самогенерации.
После усиления сигнал с выхода усилителя канала передачи 6 подается на вход ФРУ 8, которое предотвращает выход из строя усилителя 6 в случае возникновения аварийной ситуации и устраняет зависимость амплитудно-частотной характеристики усилителя 6 от высоких значений коэффициента стоячей волны нагрузки (антенно-фидерного тракта), тем самым повышается надежность ППМ.
Сигнал с выхода ФРУ 8 далее поступает на вход антенного коммутатора 10, который управляется ВЧ сигналом (ограничительные диоды, входящие в состав коммутатора 10, открываются амплитудой ВЧ сигнала). Это также увеличивает показатели надежности за счет уменьшения количества примененных радиоэлементов.
Сигнал с входа-выхода антенного коммутатора 10 далее поступает на первый вход-выход фильтра гармоник 11, который осуществляет функцию фильтрации, значительно подавляя паразитные гармонические составляющие ВЧ сигнала. Тем самым улучшается электромагнитная совместимость работы одновременно нескольких радиоэлектронных устройств.
Отфильтрованный сигнал со второго входа-выхода фильтра гармоник 11 далее поступает на первый вход-выход направленного ответвителя канала передачи 12, со второго входа-выхода которого проходит через ВЧ разъем 2 к излучателю 14.
Для контроля канала передачи ослабленные сигналы с выхода ответвителя 12 проходят через контакты 1, 3 переключателя 5 и через вход-выход ВЧ разъема 3 подаются на выход для подстройки фаз канала передачи.
В режиме приема принятые сигналы от излучателя 14 через вход-выход ВЧ разъема 2 проходят через направленный ответвитель канала передачи 12, через фильтр гармоник 11, через замкнутые контакты 3, 2 антенного переключателя 10 и через направленный ответвитель канала приема 9 подаются на вход усилителя канала приема 7. После усиления сигналы через замкнутые контакты 2, 3 переключателя 4, поступают через вход-выход ВЧ разъема 1 на выход канала приема в аппаратуру обработки радиолокационной информации РЛС.
Перед включением режима передачи на вход усилителя канала приема 7 через разъем 3, замкнутые контакты 3, 2 переключателя 5 и направленный ответвитель канала приема 9 подается контрольный сигнал для подстройки фаз канала приема. После усиления сигнал через контакты 2, 3 переключателя 4, через вход-выход ВЧ разъема 1 подается на выход канала приема в аппаратуру РЛС контроля автоподстройки амплитуды и фазы.
Таким образом, благодаря тому, что в известный ППМ, содержащий корпус, в котором установлены три ВЧ разъема, усилитель канала передачи, усилитель канала приема, первый и третий переключатели, соединенные с системой управления, антенный коммутатор, направленный ответвитель канала передачи, направленный ответвитель канала приема, дополнительно введены ФРУ и фильтр гармоник с вышеописанными связями, при этом антенный коммутатор управляется ВЧ сигналом, усилитель канала передачи соединен с системой управления, а также, по крайней мере, в одном из каскадов усиления канала передачи, содержащем мощный полевой транзистор с наибольшим коэффициентом усиления, введена отрицательная обратная связь, а в каждый каскад усиления - автоматическая регулировка коэффициента усиления по мощности, достигается улучшение эксплуатационных характеристик ППМ, а именно увеличение коэффициента усиления по мощности усилителя канала передачи, повышение устойчивости этого усилителя, улучшение электромагнитной совместимости работы одновременно нескольких радиоэлектронных устройств, а также увеличение надежности устройства.
Источники информации:
1. «Приемно-передающий модуль активной фазированной решетки», патент РФ №2206155, опубл. 10.06.2003, заявка №2002110060 от 17.04.2002, МПК H01Q 3/34, H01Q 21/00;
2. «Приемопередающий модуль активной фазированной решетки», патент РФ №2338306, опубл. 10.11.2008, заявка №2007100213 от 11.01.2007, МПК H01Q 3/34, H01Q 21/00;
3. «Приемопередающий модуль активной фазированной решетки СВЧ-диапазона», патент РФ №2454763, опубл. 27.06.2012, заявка №2010142131 от 13.10.2010, МПК H01Q 21/00;
4. «Двухканальный приемопередающий модуль», патент РФ №2515545, опубл. 10.05.2014, заявка №2012147983 от 13.11.2012, МПК G01S 7/03, G05F 1/00;
5. «Приемопередающий модуль активной фазированной антенной решетки радиолокационной станции», патент РФ №121677, опубл. 27.10.2012, заявка №2012119486 от 11.05.2012, МПК H04B 1/38 - прототип.