RU2312435C1

RU2312435C1 - Back-scattered spaced transceiver antenna array

Info

Publication number: RU2312435C1
Application number: RU2006107114/09A
Authority: RU
Inventors: Юрий Матэвич Урличич (RU); Юрий Матэвич Урличич; Виктор Александрович Гришмановский (RU); Виктор Александрович Гришмановский; Александр Анатольевич Степанов (RU); Александр Анатольевич Степанов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения"
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2007-12-10

Abstract

FIELD: antenna engineering.

SUBSTANCE: proposed back-scattered spaced transceiver antenna array is made in the form of matrix and has master mixer whereto signals of master frequencies f and Δf are applied and its output signals of service frequencies f₁ = f + Δf and f₂ = f - Δf are supplied to matrix-column service-signal distributor and to matrix-line service-signal distributor, respectively. Matrix has N columns and M lines and is assembled of M-N transceiver antennas. Outputs of column service-signal distributor are connected to first inputs of N column service-signal phase shapers whose second inputs are connected to additional outputs of matrix first-line transceiver antennas and outputs of column service-signal phase shapers, to first inputs of respective-column transceiver antennas. Outputs of line service-signal distributor are connected to first inputs of M-line service-signal phase shapers whose second inputs are connected to additional outputs of matrix first-column transceiver antennas and outputs of line service-signal phase shapers, to second inputs of respective-line transceiver antennas. Third inputs of matrix transceiver antennas are integrated and function as matrix transmitting input and outputs of transceiver antennas are integrated in lines and columns by received-signal add circuit whose output functions as matrix receiving output. Column service-signal phase shapers and line service-signal phase shapers are identical in design and have mixer whose output is connected to amplifier, output of the latter being used as service-signal phase shaper. Transceiver antenna has first mixer whose output is connected to first input of second and third mixers; second input of second mixer is connected to output of first amplifier whose input is connected to circulator and functions as additional output of transceiver antenna; output of third mixer is connected to input of second amplifier whose output is connected to circulator; output of second mixer functions as transceiver antenna output and second input of third mixer functions as transmitting input.

EFFECT: minimized quantity of phase shifters.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике, в частности к активным пространственным фазированным антенным решеткам (ФАР), и может быть использовано при создании антенн с автоматическим наведением луча на направление приема радиосигналов.The invention relates to antenna technology, in particular to active spatial phased antenna arrays (PAR), and can be used to create antennas with automatic beam guidance in the direction of reception of radio signals.

Известны ретрансляционные антенные решетки, самофокусирующиеся на передачу сигнала в том направлении, откуда пришел сигнал (Книга Бененсона и др. "Антенные решетки", стр.340-354, 1987). Однако они не являются самофокусирующимися на прием сигнала.Known relay antenna arrays, self-focusing on signal transmission in the direction from which the signal came (Benenson et al. "Antenna arrays", pp. 340-354, 1987). However, they are not self-focusing on signal reception.

Однако недостатком приведенных в книге схем является тот факт, что хотя в приведенных в ней схемах рис.5.11 и рис.5.12 используются смесители для сложения фаз от разных гетеродинов и производится преобразование частоты, но в этих схемах используется гетеродин с качающейся частотой и частотно - зависимые линии задержки, при этом сложение фаз от строк и столбцов плоской антенной решетки невозможно.However, the drawback of the circuits given in the book is the fact that although the circuits shown in it in Fig. 5.11 and Fig. 5.12 use mixers to add phases from different local oscillators and the frequency is converted, these circuits use a local oscillator with a sweeping frequency and frequency-dependent delay lines, while the addition of phases from the rows and columns of a flat antenna array is impossible.

Известные устройства, описанные в патентах US 6831600, Н01Q 3/26, 14.12.2004, WO 03015212, H01Q 3/26, 20.02.2003, JP 2002158528, H01Q 3/26, 31.05.2002, обладают теми же недостатками.Known devices described in patents US 6831600, H01Q 3/26, 12/14/2004, WO 03015212, H01Q 3/26, 02/20/2003, JP 2002158528, H01Q 3/26, 05/31/2002, have the same disadvantages.

Другие схемы формирования необходимого фазового распределения в раскрыв фразированной антенной решетки приведены в книге А.С.Лаврова и Г.Б.Резникова "Антенно-фидерные устройства". В разделе 15.3 этой книги показаны схемы запитки излучателей для получения необходимых фазовых задержек. Как видно из рис.15.3 и 15.4, число управляющих фазовращателей плоской антенной фазированной решетки равно числу ее излучателей. Для прямоугольной плоской антенной решетки, имеющей N строк и М столбцов, общее число излучателей будет равно произведению числа строк на число столбцов, а суммарное число К фазовращателей равно К=N*M.Other schemes for the formation of the necessary phase distribution in the opening phrased antenna array are given in the book by A. Lavrov and GB Reznikov "Antenna-feeder devices." Section 15.3 of this book shows the power supply circuits of the emitters to obtain the necessary phase delays. As can be seen from Fig. 15.3 and 15.4, the number of control phase shifters of a flat phased array antenna is equal to the number of its emitters. For a rectangular planar antenna array having N rows and M columns, the total number of emitters will be equal to the product of the number of rows and the number of columns, and the total number K of phase shifters is K = N * M.

Недостатком данных устройств является большое число управляемых фазовращателей и невозможность осуществления самофокусировки решетки.The disadvantage of these devices is the large number of controlled phase shifters and the inability to perform self-focusing of the lattice.

Технический результат изобретения заключается в создании активной антенной решетки с минимальным числом управляемых фазовращателей, представляющих собой смесители сигналов служебных частот и принимаемых опорными линейками решетки сигналов и формирующих необходимые для самофокусировки решетки фазовые сдвиги по столбцам и строкам.The technical result of the invention is to create an active antenna array with a minimum number of controlled phase shifters, which are service frequency signal mixers and received by the signal bars of the signal arrays and generating phase shifts necessary for self-focusing of the array along columns and rows.

Для достижения указанного технического результата предлагается активная пространственная приемо-передающая антенная решетка обратного излучения, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы задающих частот f и Δf, выходные сигналы служебных частот f₁=f+Δf и f₂=f-Δf которого подаются соответственно на распределитель служебных сигналов столбцов и распределитель служебных сигналов строк матрицы, содержащей соответственно N столбцов и М строк и состоящей из М·N приемо-передающих элементов, при этом выходы распределителя служебных сигналов столбцов соединены с первыми входами N формирователей фазы служебного сигнала столбцов, вторые входы которых соединены соответственно с дополнительными выходами приемо-передающих элементов первой строки матрицы, а выходы формирователей фазы служебных сигналов столбцов соединены с первыми входами приемо-передающих элементов соответствующих столбцов, при этом выходы распределителя служебных сигналов строк соединены с первыми входами М формирователей фазы служебного сигнала строк, вторые входы которых соединены соответственно с дополнительными выходами приемо-передающих элементов первого столбца матрицы, а выходы формирователей фазы служебных сигналов строк соединены со вторыми входами приемо-передающих элементов соответствующих строк, при этом третьи входы приемо-передающих элементов матрицы объединены и являются передающим входом матрицы, а выходы приемо-передающих элементов объединены по столбцам и строкам в схему, являющуюся сумматором принятых сигналов, при этом формирователи фазы служебного сигнала столбцов и формирователи фазы служебного сигнала строк выполнены аналогично и содержат смеситель, выход которого соединен с усилителем, выход которого является выходом формирователя фазы служебного сигнала.To achieve this technical result, an active spatial transmit-receive antenna array of the reverse radiation is proposed, made in the form of a matrix and containing a master mixer, to which the signals of the driving frequencies f and Δf are fed, the output signals of the service frequencies f ₁ = f + Δf and f ₂ = f -Δf of which is fed respectively to the distributor of service signals of the columns and the distributor of service signals of the rows of the matrix, containing respectively N columns and M rows and consisting of M · N transceiver elements, while the outputs of the column service signal distributor are connected to the first inputs of the N column service phase shapers of the columns, the second inputs of which are connected respectively to the additional outputs of the transceiver elements of the first row of the matrix, and the outputs of the column service signal shapers of the columns are connected to the first inputs of the transceiver elements of the corresponding columns, the outputs of the line service signal distributor are connected to the first inputs M of the line service signal phase conditioners, the second inputs which are connected respectively to the additional outputs of the transceiver elements of the first column of the matrix, and the outputs of the phase shapers of the service signals of the rows are connected to the second inputs of the transceiver elements of the corresponding rows, while the third inputs of the transceiver elements of the matrix are combined and are the transmitting input of the matrix, and the outputs of the transceiver elements are combined in columns and rows into a circuit that is an adder of the received signals, while the phase shaper of the service signal of the columns and ormirovateli service signal phase lines formed similarly comprise a mixer whose output is connected to an amplifier whose output is the output of a service signal phase.

При этом приемо-передающий элемент содержит первый смеситель, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего смесителей, второй вход второго смесителя соединен с выходом первого усилителя, вход которого соединен с циркулятором и является дополнительным выходом приемо-передающего элемента, выход третьего смесителя соединен с со входом второго усилителя, выход которого соединен с циркулятором, при этом выход второго смесителя является выходом приемо-передающего элемента, а второй вход третьего смесителя является передающим входом синфазных сигналов передатчика.In this case, the transceiver element contains a first mixer, the output of which is connected to the first inputs of the second and third mixers, the second input of the second mixer is connected to the output of the first amplifier, the input of which is connected to the circulator and is an additional output of the transceiver element, the output of the third mixer is connected to with the input of the second amplifier, the output of which is connected to the circulator, while the output of the second mixer is the output of the transceiver element, and the second input of the third mixer is transmitting by the input of the common-mode signals of the transmitter.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема активной пространственной приемо-передающей антенной решетки обратного излучения.Figure 1 presents the structural electric circuit of the active spatial transceiver antenna array of the return radiation.

На фиг.2 представлена структурная электрическая схема приемо-передающего элемента.Figure 2 presents the structural electrical circuit of the transceiver element.

Активная пространственная приемо-передающая антенная решетка обратного излучения содержит задающий смеситель 1, распределитель 2 служебных сигналов столбцов, распределитель 3 служебных сигналов строк, N формирователей фазы служебных сигналов столбцов 4, М формирователей фазы служебных сигналов строк 5, N·M приемо-передающих элементов 6, суммирующая схема 7, смеситель 8 и усилитель 9.The active spatial transmit-receive antenna array of the return radiation contains a master mixer 1, a distributor of 2 auxiliary signals of the columns, a distributor of 3 auxiliary signals of the rows, N formers of the phase of the auxiliary signals of the columns 4, M of the formers of the phase of the auxiliary signals of the rows 5, N · M of the transceiver elements 6 summing circuit 7, mixer 8 and amplifier 9.

Приемо-передающий элемент содержит первый смеситель 10, второй смеситель 11, третий смеситель 12, первый усилитель 13, второй усилитель 14 и циркулятор 15.The transceiver element contains a first mixer 10, a second mixer 11, a third mixer 12, a first amplifier 13, a second amplifier 14 and a circulator 15.

Активная пространственная приемо-передающая антенная решетка обратного излучения на фиг.1 работает следующим образом. Сигналы служебных частот строки f₁=f-Δf столбца f₂=f+Δf получаются на одном задающем смесителе 1. Эти сигналы поступают на смесители 8 формирователей фазы служебных сигналов столбцов 4 и строк 5 через соответственно распределитель служебных сигналов столбцов 2 и распределитель служебных сигналов строк 3. На другой вход смесителей 1 поступают сигналы частоты F, принимаемые элементами опорных линеек решетки. К опорным линейкам относятся первая строка и первый столбец элементов решетки. Сигналы промежуточной частоты (F-f₁)t+φ_г и (F-f₂)t+φ_В с выходов смесителей 8 усиливаются и подаются на первый смеситель 10 приемо-передающих элементов 6 решетки. Суммарный сигнал 2(F-f)t+φ_г+φ_в подается на вход второго смесителя 11 приемо-передающих элементов решетки и на третий смеситель 12. На второй вход второго смесителя 11 подается усиленный первым усилителем 13 принимаемый сигнал Ft+φ_г+φ_в. Разностный сигнал частоты 2f-F на выходе второго смесителя 11 уже не зависит от разности фаз между излучателями решетки и поступает в суммирующую схему 7 принятого сигнала.Active spatial transceiver antenna array of the reverse radiation in figure 1 works as follows. The service frequency signals of the row f ₁ = f-Δf of the column f ₂ = f + Δf are obtained on one master mixer 1. These signals are fed to the mixers 8 of the phase shaper of the service signals of columns 4 and rows 5 through the service signal distributor of columns 2 and the service signal distributor, respectively lines 3. At another input of the mixers 1 receives signals of frequency F, received by the elements of the reference bars of the lattice. Reference bars include the first row and the first column of lattice elements. The intermediate frequency signals (Ff ₁ ) t + φ _g and (Ff ₂ ) t + φ _B from the outputs of the mixers 8 are amplified and fed to the first mixer 10 of the transceiver elements 6 of the array. The total signal 2 (Ff) t + φ _g + φ _in is fed to the input of the second mixer 11 of the transceiver elements of the grating and to the third mixer 12. The received signal Ft + φ _g + φ _in , amplified by the first amplifier 13, is supplied to the second input of the second mixer 11 . The difference signal of frequency 2f-F at the output of the second mixer 11 is no longer dependent on the phase difference between the emitters of the grating and enters the summing circuit 7 of the received signal.

Сигнал 2(F-f)t+φ_г+φ_в, подаваемый на вход третьего смесителя 12, смешивается с сигналом F_пер, поступающим на вход приемо-передающего элемента 6. Разностный сигнал (F_пер-2F+2f)t-φ_г-φ_в на выходе третьего смесителя 12 имеет фазовые задержки -φ_г-φ_в, необходимые для совмещения передающего луча с направлением прихода радиоволн. Он усиливается во втором усилителе 14 и поступает в циркулятор 15 и излучается.Signal 2 (Ff) t + φ _r + φ _V was applied to the third input of a mixer 12, mixed with the _feathers F signal applied to the input of transceiver element 6. The difference signal (F _lane -2F + 2f) t-φ _z - φ _in at the output of the third mixer 12 has a phase delay of -φ _g -φ _in necessary to combine the transmitting beam with the direction of arrival of the radio waves. It is amplified in the second amplifier 14 and enters the circulator 15 and is emitted.

Таким образом, удается автоматически совместить приемный и передающий лучи антенной решетки и получить антенну обратного излучения.Thus, it is possible to automatically combine the receiving and transmitting beams of the antenna array and to obtain a return radiation antenna.

Claims

Активная пространственная приемо-передающая антенная решетка обратного излучения, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы задающих частот f и Δf, выходные сигналы служебных частот f₁=i+Δf и f₂=f-Δf которого подаются соответственно на распределитель служебных сигналов столбцов и распределитель служебных сигналов строк матрицы, содержащей соответственно N столбцов и М строк и состоящей из M·N приемо-передающих элементов, при этом выходы распределителя служебных сигналов столбцов соединены с первыми входами N формирователей фазы служебного сигнала столбцов, вторые входы которых соединены соответственно с дополнительными выходами приемо-передающих элементов первой строки матрицы, а выходы формирователей фазы служебных сигналов столбцов соединены с первыми входами приемо-передающих элементов соответствующих столбцов, при этом выходы распределителя служебных сигналов строк соединены с первыми входами М формирователей фазы служебного сигнала строк, вторые входы которых соединены соответственно с дополнительными выходами приемо-передающих элементов первого столбца матрицы, а выходы формирователей фазы служебных сигналов строк соединены со вторыми входами приемо-передающих элементов соответствующих строк, при этом третьи входы приемо-передающих элементов матрицы объединены и являются передающим входом матрицы, а выходы приемо-передающих элементов объединены по столбцам и строкам суммирующей схемой принятого сигнала, выход которой является приемным выходом матрицы, при этом формирователи фазы служебного сигнала столбцов и формирователи фазы служебного сигнала строк выполнены аналогично и содержат смеситель, выход которого соединен с усилителем, выход которого является выходом формирователя фазы служебного сигнала, при этом приемо-передающий элемент содержит первый смеситель, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего смесителей, второй вход второго смесителя соединен с выходом первого усилителя, вход которого соединен с циркулятором и является дополнительным выходом приемо-передающего элемента, выход третьего смесителя соединен с со входом второго усилителя, выход которого соединен с циркулятором, при этом выход второго смесителя является выходом приемо-передающего элемента, а второй вход третьего смесителя является передающим входом.An active spatial transmit-receive antenna array of the reverse radiation, made in the form of a matrix and containing a master mixer, to which the signals of the driving frequencies f and Δf are fed, the output signals of the service frequencies f ₁ = i + Δf and f ₂ = f-Δf are supplied respectively the column service signal distributor and the matrix line signal distributor of a matrix containing respectively N columns and M rows and consisting of M · N transceiver elements, while the outputs of the column signal distributor are connected to the first inputs of N shapers of the service signal phase of the columns, the second inputs of which are connected respectively to the additional outputs of the transceiver elements of the first row of the matrix, and the outputs of the shapers of the phase of the service signal columns are connected to the first inputs of the transceiver elements of the corresponding columns, while the outputs of the service signal dispenser of the rows connected to the first inputs of the M formers phase signal service lines, the second inputs of which are connected respectively with additional outputs the receiving-transmitting elements of the first column of the matrix, and the outputs of the phase shapers of the service signals of the rows are connected to the second inputs of the transmitting and transmitting elements of the corresponding rows, while the third inputs of the transmitting and transmitting elements of the matrix are combined and are the transmitting input of the matrix, and the outputs of the transmitting and transmitting elements are combined by columns and rows with a summing circuit of the received signal, the output of which is the receiving output of the matrix, while the phase shapers of the service signal of the columns and the shapers of the phase are service of the signal lines are made similarly and contain a mixer, the output of which is connected to an amplifier, the output of which is the output of the driver signal phase shaper, while the transceiver element contains a first mixer, the output of which is connected to the first inputs of the second and third mixers, the second input of the second mixer is connected with the output of the first amplifier, the input of which is connected to the circulator and is an additional output of the transceiver element, the output of the third mixer is connected to the input of the second amplifier, Exit of which is connected to the circulator, and the output of the second mixer is the output of transceiver elements, and the second input of the third mixer is the input of the transmitter.