RU2334319C1 - Universal self-focusing active spaced transceiver backfire array - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: self-focusing back fire represents a matrix with transceiver elements and master mixer, the first and second service signal dividers, transmitted signal division unit and received signal adder unit arranged at the points of intersection of the matrix horizontal and vertical lines. Note that the transceiver elements incorporate the first and second mixers of received signals with the service signals, the first and second carrier extractors, transmitted signal shaping mixer, transmitted signal amplifier, a separation filter, a low-noise amplifier and a mixer for adding the received signal to the carrier.

EFFECT: self-focusing transceiver backfire active array independent of the array surface shape and the way the array elements are arranged thereon.

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 array antennas (PAR), and can be used to create antennas with automatic beam guidance in the direction of radio signal reception.

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. (Book of Benenson et al. Antenna arrays. Pages 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, a 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 swinging 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, H01Q 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 раскрыве фазированной 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 рисунков 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 aperture of a phased array are given in the book by A. Lavrov and G. B. 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 Figures 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.

Технический результат устройства заключается в создании самофокусирующейся частотно привязанной на прием и на передачу активной антенной решетки обратного излучения вне зависимости от формы поверхности решетки и закона размещения на ней элементов решетки. Самофокусирующаяся решетка становится универсальной для требуемых при решении внешней задачи формирования луча, любой формы поверхности решетки и любого закона размещения на ней элементов.The technical result of the device is to create a self-focusing frequency coupled to the reception and transmission of the active antenna array of the reverse radiation, regardless of the shape of the surface of the array and the law of placement of the elements of the array on it. The self-focusing grating becomes universal for those required when solving the external problem of beam formation, any shape of the surface of the grating and any law of the placement of elements on it.

Для достижения указанного технического результата предлагается универсальная самофокусирующаяся активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения, выполненная в виде матрицы, в точках пересечения горизонталей и вертикалей которой установлены приемопередающие элементы, и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы задающих частот f и δf, выходные сигналы служебных частот f₁ и f₂ которого соединены соответственно с первым и вторым делителями служебного сигнала, блок деления передаваемого сигнала и блок суммирования принятого сигнала, причем выходы первого делителя служебного сигнала образуют горизонтали и соединены с первыми входами приемопередающих элементов, причем выходы второго делителя служебного сигнала образуют горизонтали и соединены со вторыми входами приемопередающих элементов, выходы приемопередающих элементов, образующих вертикали, соединены с блоком суммирования принятого сигнала, а выходы блока деления передаваемого сигнала, также образующих вертикали, соединены с третьими входами приемопередающих элементов, при этом приемопередающие элементы содержат первый и второй смесители принимаемого сигнала со служебным сигналом, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами приемопередающих элементов, выходы первого и второго смесителей принимаемого сигнала со служебным сигналом соединены соответственно с входами первого и второго выделителей несущей, выходы которого соединены со входами смесителя суммирования выделенных несущих, выход которого соединен с первым входом смесителя формирования передаваемого сигнала, второй вход которого является третьим входом приемопередающего элемента, выход смесителя формирования передаваемого сигнала через усилитель передаваемого сигнала соединен с разделительным фильтром, который через малошумящий усилитель соединен со вторыми входами первого и второго смесителей принимаемого сигнала со служебным сигналом и первым входом смесителя суммирования принимаемого сигнала с несущей, второй вход которого соединен с выходом второго выделителя несущих, а выход смесителя суммирования принимаемого сигнала с несущей является выходом приемопередающего элемента.To achieve the indicated technical result, a universal self-focusing active spatial transceiver antenna array of reverse radiation is proposed, made in the form of a matrix, at the intersection points of the contours and verticals of which transceiver elements are installed, and containing a master mixer, to which the signals of the driving frequencies f and δf, the output signals of the service frequencies f ₁ and f ₂ which are connected respectively with the first and second dividers of the service signal, the division unit is transmitted the signal and the summation block of the received signal, the outputs of the first divider of the service signal form horizontally and connected to the first inputs of the transceiver elements, the outputs of the second divider of the service signal form the horizontal and connected to the second inputs of the transceiver elements, the outputs of the transceiver elements forming verticals are connected to the summation unit the received signal, and the outputs of the division block of the transmitted signal, also forming verticals, are connected to the third inputs of the transceiver elements, the transceiver elements contain the first and second mixers of the received signal with the service signal, the first inputs of which are respectively the first and second inputs of the transceiver elements, the outputs of the first and second mixers of the received signal with the service signal are connected respectively to the inputs of the first and second carrier isolators, outputs which is connected to the inputs of the mixer for summing the selected carriers, the output of which is connected to the first input of the mixer forming the transmitted s the second input of which is the third input of the transceiver element, the output of the mixer for generating the transmitted signal through the amplifier of the transmitted signal is connected to a separation filter, which is connected through the low-noise amplifier to the second inputs of the first and second mixers of the received signal with the service signal and the first input of the mixer for summing the received signal with carrier, the second input of which is connected to the output of the second carrier isolator, and the output of the mixer for summing the received signal with n The present is the output of the transceiver element.

На фиг.1 представлена общая функциональная схема приемопередающего элемента.Figure 1 presents the General functional diagram of the transceiver element.

На фиг.2 представлена общая функциональная схема универсальной самофокусирующейся активной пространственной приемопередающей антенной решетки обратного излучения.Figure 2 presents the General functional diagram of a universal self-focusing active spatial transceiver antenna array of the reverse radiation.

Приемопередающий элемент содержит разделительный фильтр 1 на прием и передачу, малошумящий усилитель 2, смесители принимаемого сигнала с служебными сигналами 3 и 4 f₁ и f₂, антенный элемент 5, выделители несущих 6 и 7, смеситель 8 суммирования принимаемого сигнала с выделенной несущей, смеситель суммирования выделенных несущих 9, смеситель формирования передаваемого сигнала 10, усилитель передаваемого сигнала 11.The transceiver element contains a separation filter 1 for reception and transmission, a low-noise amplifier 2, received signal mixers with service signals 3 and 4 f ₁ and f ₂ , antenna element 5, carrier isolators 6 and 7, mixer 8 for summing the received signal with a dedicated carrier, mixer summation of the selected carriers 9, the mixer forming the transmitted signal 10, the amplifier of the transmitted signal 11.

Универсальная самофокусирующаяся активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения содержит смеситель получения служебных сигналов 12, приемопередающие элементы 13, сумматор принятых сигналов 14, делитель задаваемого, передаваемого сигнала 15, первый и второй делители служебного сигнала 16 и 17.The universal self-focusing active spatial transceiver antenna array of the reverse radiation contains a signal receiving mixer 12, transceiver elements 13, a received signal adder 14, a preset, transmitted signal divider 15, and a first and second signal divider 16 and 17.

Универсальная самофокусирующаяся активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения функционирует следующим образом.Universal self-focusing active spatial transceiver antenna array of the reverse radiation operates as follows.

На задающий смеситель 12 подаются сигналы задающих частот f и δf, выходные сигналы служебных частот f₁=f+δf и f₂=f-δf которого подаются через первый и второй делители служебного сигнала 16 и 17 соответственно на один из входов смесителей 3 и 4 приемопередающих элементов, на вторые входы которых подаются сигналы f_пр с фазой ω_прt-φ. Сигналы f₁ имеют на входе смесителей 3 одинаковую для всех элементов решетки фазу ω₁t, а сигналы f₂ на входе смесителей 4 также одинаковую для всех элементов решетки фазу ω₂t.The signals of the driving frequencies f and δf are fed to the master mixer 12, the output signals of the service frequencies f ₁ = f + δf and f ₂ = f-δf of which are fed through the first and second service signal dividers 16 and 17, respectively, to one of the inputs of the mixers 3 and 4 transceiver elements, the second inputs of which are fed signals f _pr with phase ω _pr t-φ. The signals f ₁ at the input of the mixers 3 have the same phase ω ₁ t for all lattice elements, and the signals f ₂ at the input of the mixers 4 also have the same phase ω ₂ t for all lattice elements.

Служебные сигналы промежуточной частоты с выходов смесителей уже несут в себе информацию о фазовой задержке (на данном элементе антенной решетки и их несущие после выделения могут быть использованы в режимах приема и передачи для компенсации фазовых задержек между элементами решетки. Выделение производится на выделителях несущей 6 и 7.The auxiliary signals of the intermediate frequency from the outputs of the mixers already carry information about the phase delay (on this element of the antenna array and their carriers after isolation, they can be used in reception and transmission modes to compensate for phase delays between the elements of the array. The allocation is made on the isolators of the carrier 6 and 7 .

Несущая после выделителя несущей 7 имеет фазу (ω₁-ω_пр)t+φ и на смесителе суммирования принимаемого сигнала с несущей 8 суммируется с принимаемым сигналом, имеющим фазу ω_прt-φ. Выходной сигнал с смесителя суммирования принимаемого сигнала с несущей 8 имеет частоту f_1м, модулирован полезной информацией и имеет одинаковую для всех приемопередающих элементов 13 фазу ω_1мt. Он может суммироваться со всех приемопередающих элементов 13 решетки.The carrier after the carrier isolator 7 has a phase (ω ₁ -ω _pr ) t + φ and is added to the received signal having a phase ω _pr t-φ on the mixer for summing the received signal from carrier 8. The output signal from the mixer for summing the received signal from the carrier 8 has a frequency f _{1 m} , is modulated with useful information and has the same phase ω _{1 m} t for all transceiver elements 13. It can be summarized from all transceiver elements 13 of the lattice.

Передаваемый сигнал формируется следующим образом. Выделенные несущие после выделителей 6 и 7, имеющие фазы (ω₂-ω_пр)t+φ и (ω₁-ω_пр)t+φ суммируются на смесителе суммирования выделенных несущих 9. Суммарный сигнал имеет фазу (2ω-2ω_пр)t+2φ. Этот сигнал суммируется на смесителе формирования передаваемого сигнала 10 с сигналом f₃, имеющим одинаковую для всех приемопередающих элементов 13 фазу ω₃t. На выходе приемопередающего элемента 13 мы имеем фазу (2ω+ω₃-2ω_пр)t+2φ передаваемого сигнала.The transmitted signal is formed as follows. The selected carriers after separators 6 and 7, having the phases (ω ₂ -ω _pr ) t + φ and (ω ₁ -ω _pr ) t + φ are summed on the mixer for summing the selected carriers 9. The total signal has the phase (2ω-2ω _pr ) t + 2φ. This signal is summed on the mixer forming the transmitted signal 10 with a signal f ₃ having the same phase ω ₃ t for all transceiver elements 13. At the output of the transceiver element 13 we phase (2ω + ω ₃ -2ω _etc.) t + 2φ transmitted signal.

Условием совпадения принимаемого и передаваемого лучей является равенствоThe condition for the coincidence of the received and transmitted rays is the equality

2ω+ω₃-2ω_пр=2ω_пр 2ω + ω ₃ -2ω _pr = 2ω _pr

Отсюда частота f выбирается из условия f=2f_пр-f₃/2, а частота δf должна бытьHence, the frequency f is chosen from the condition of f = 2f _straight -f _3/2, and the frequency should be δf

δf<<f-f_пр δf << _{ff, etc.}

универсальная самофокусирующаяся решетка обратного излучения может успешно работать на прием и передачу при любой форме поверхности ее раскрыва. Она также может быть успешно реализована как с эквидистантным, так и неэквидистантным размещением элементов на поверхности раскрыва антенны.a universal self-focusing back-radiation grating can successfully operate on reception and transmission with any shape of its aperture surface. It can also be successfully implemented with both equidistant and non-equidistant placement of elements on the antenna aperture surface.

Claims (1)

Универсальная самофокусирующаяся активная пространственная приемопередающая антенная решетка обратного излучения, выполненная в виде матрицы, в точках пересечения горизонталей и вертикалей которой установлены приемопередающие элементы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы задающих частот f и δf, выходные сигналы служебных частот f₁ и f₂ которого соединены соответственно с первым и вторым делителями служебного сигнала, блок деления передаваемого сигнала и блок суммирования принятого сигнала, причем выходы первого делителя служебного сигнала образуют горизонтали и соединены с первыми входами приемопередающих элементов, причем выходы второго делителя служебного сигнала образуют горизонтали и соединены со вторыми входами приемопередающих элементов, выходы приемопередающих элементов, образующих вертикали, соединены с блоком суммирования принятого сигнала, а выходы блока деления передаваемого сигнала, также образующих вертикали, соединены с третьими входами приемопередающих элементов, при этом приемопередающие элементы содержат первый и второй смесители принимаемого сигнала со служебными сигналами, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами приемопередающих элементов, выходы первого и второго смесителей принимаемого сигнала со служебными сигналами соединены соответственно с входами первого и второго выделителей несущей, выходы которых соединены со входами смесителя суммирования выделенных несущих, выход которого соединен с первым входом смесителя формирования передаваемого сигнала, второй вход которого является третьим входом приемопередающего элемента, выход смесителя формирования передаваемого сигнала через усилитель передаваемого сигнала соединен с разделительным фильтром, который через малошумящий усилитель соединен со вторыми входами первого и второго смесителей принимаемого сигнала со служебными сигналами и первым входом смесителя суммирования принимаемого сигнала с несущей, второй вход которого соединен с выходом второго выделителя несущих, а выход смесителя суммирования принимаемого сигнала с несущей является выходом приемопередающего элемента.A universal self-focusing active spatial transceiver antenna array of the reverse radiation, made in the form of a matrix, at the intersection points of the horizontal and verticals of which transceiver elements are installed and containing a master mixer, to which signals of the driving frequencies f and δf are supplied, the output signals of the service frequencies f ₁ and f _{2 of} which connected respectively with the first and second dividers of the service signal, the division unit of the transmitted signal and the unit for summing the received signal, the outputs of the of the second divider of the service signal is formed horizontally and connected to the first inputs of the transceiver elements, the outputs of the second divider of the service signal form horizontals and connected to the second inputs of the transceiver elements, the outputs of the transceiver elements forming verticals are connected to the summation block of the received signal, and the outputs of the division of the transmitted signal division also forming verticals are connected to the third inputs of the transceiver elements, while the transceiver elements contain the first and the second mixer of the received signal with service signals, the first inputs of which are respectively the first and second inputs of the transceiver elements, the outputs of the first and second mixers of the received signal with service signals are connected respectively to the inputs of the first and second carrier isolators, the outputs of which are connected to the inputs of the mixer for summing the selected carriers, the output of which is connected to the first input of the mixer forming the transmitted signal, the second input of which is the third input of the transceiver of the supply element, the output of the mixer for generating the transmitted signal through the amplifier of the transmitted signal is connected to a separation filter, which is connected through the low-noise amplifier to the second inputs of the first and second mixers of the received signal with service signals and the first input of the mixer for summing the received signal from the carrier, the second input of which is connected to the output the second carrier isolator, and the mixer output of the summation of the received signal from the carrier is the output of the transceiver element.

Images