Приемо-передающий модуль цифровой активной антенной фазированной решетки С-диапазона

Полезная модель относится к приемопередающим устройствам сверхвысокочастотных (СВЧ) колебаний, предназначенным для работы в составе цифровой активной фазированной антенной решетки (АФАР) бортового радиолокатора бокового обзора С-диапазона, устанавливаемого на космическом аппарате (КА).
Из предшествующего уровня техники [RU 157114 U1, H01Q 21/00 (2006.01), 19.03.2015] (прототип) известен приемо-передающий модуль бортовой цифровой антенной решетки, содержащий синтезатор сетки частот, усилитель мощности СВЧ, соединенный с входом переключателя прием-передача (циркулятором), первый выход которого является СВЧ выходом передающей части модуля и он же является входом приемной части модуля, второй выход циркулятора через малошумящий усилитель соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого является цифровым выходом модуля, отличающийся тем, что использован синтезатор сетки частот с цифровым кольцом фазовой автоподстройки частоты, соединенный с квадратурным модулятором, а также введен микроконтроллер, входная шина которого является цифровым входом модуля, а выходная шина соединена с цифровыми управляемыми входами синтезатора сетки частот с цифровым кольцом фазовой автоподстройки частоты, квадратурного модулятора и аналого-цифрового преобразователя, при этом вход цифрового опорного сигнала для кольца фазовой автоподстройки частоты синтезатора сетки частот является еще одним цифровым входом модуля.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в создании приемо-передающего модуля (ППМ) цифровой активной фазированной антенной решетки бортового радиолокатора бокового обзора С-диапазона космического базирования.
Данная задача достигается за счет того, что в ППМ функции модуляции, усиления, передачи, излучения, приема и демодуляции сигналов, включая цифроаналоговое и аналого-цифровое преобразования, реализуются на основе микросхем для Wi-Fi IEEE.802.11a диапазона 5 ГГц.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение степени интеграции устройства, уменьшение весо-габаритных характеристик, снижение энергопотребления, возможность создания многоканальных ППМ в едином конструктиве (до 8 каналов на одной плате), обеспечение стабильности радиотехнических характеристик и необходимого уровня радиационной стойкости.
ППМ является функциональным узлом. В отличие от большинства АФАР, он не имеет отдельного конструктива - до восьми ППМ могут быть интегрированы в один электронный модуль.
На чертеже представлена структурная схема ППМ.
В состав ППМ входят:
- 1 микросхема АДП-ЦАП МАХ 19707 (Maxim Integrated Products, Inc);
- 2 микросхема модулятора-демодулятора МАХ2829 (Maxim Integrated Products, Inc).
По интерфейсам данных и управления ППМ соединяется с подсистемой цифровой обработки информации.
Цифровые данные от подсистемы обработки информации поступают через интерфейс входных-выходных данных 3 на входы цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 4 и 5. После преобразования в аналоговую форму через входные фильтры 6 и 7 микросхемы 2 сигналы поступают на входы квадратурного модулятора 8, который получает задающую частоту от гетеродина (синтезатора частоты) 9. Гетеродин с синтезатором частот обеспечивает генерацию сигнала несущей частоты в С-диапазоне. Отдельным достоинством является постоянное отношение фаз сигнала несущей частоты и сигнала опорной частоты 40 МГц. Это дает возможность генерации синфазных сигналов несущей во всех ППМ, при условии, что сигналы опорной частоты поступает к ним также без сдвигов по фазе. С выхода модулятора через программируемый усилитель 10 и полосовой фильтр 11 передающий сигнал поступает на выход ППМ.
По радиочастотному интерфейсу ППМ соединяется с выходным усилителем мощности на передачу и малошумящим усилителем мощности на прием.
Принимаемый сигнал через полосовой фильтр 12 и программируемый усилитель 13 поступает на вход квадратурного демодулятора 14. Демодулированные сигналы через фильтры нижних частот 15 и 16 поступают на входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 17 и 18 микросхемы 1, после чего цифровые сигналы через интерфейс 3 поступают в подсистему цифровой обработки информации.
Микросхема МАХ2829 создана для использования в адаптерах IEEE.802.11a (Wi-Fi, Radio-Ethernet).
Микросхема МАХ2829 изготовлена по 0,35 мкм BiCMOS-технологии, что позволяет ожидать достаточно высокой радиационной стойкости и устойчивости к тяжелым заряженным частицам (ТЗЧ). Микросхема МАХ 19707 изготовлена по 0,35 мкм CMOS-технологии.
ЦАП и АЦП реализованы в виде одной микросхемы МАХ19707 (Maxim Integrated Products, Inc). Разрядность ЦАП и АЦП составляет 10 бит, тактовая частота 40 МГц. Данная микросхема выбрана среди большого многообразия микросхем ЦАП/АЦП из соображений простоты интерфейса с микросхемой МАХ2829 и низкой потребляемой мощности (менее 100 мВт). Разрядность ЦАП/АЦП является избыточной, для данной области применения достаточно разрядности 8 бит для ЦАП и 4-6 бит для АЦП. Анализ имеющейся элементной базы показал, что использование ЦАП и АЦП меньшей разрядности не дает преимуществ в уменьшении площади печатной платы и потребляемой мощности.
Следует ожидать достаточно высокой радиационной стойкости к полной дозе облучения. Однако устойчивость к ТЗЧ может оказаться недостаточной, поэтому следует предусмотреть средства ограничения тока потребления для предотвращения разрушения микросхемы в случае защелкивания.