Система управления лучом фазированной антенной решетки
Полезная модель относится к области антенной техники, в частности, к устройствам управления лучом фазированных решеток.
Основным техническим результатом является повышение надежности системы с одновременным расширением функциональных возможностей.
Система управления лучом ФАР содержит модули 1 управления лучом, двунаправленную шину 2 связи с управляющей ЭВМ, микропроцессор 3, репрограммируемое постоянное запоминающее устройство 4, канал 5 управления, шину 6 передачи данных на канал 5 управления, шину 7 контрольных данных канала 5 управления, шину 8 тактовых импульсов, шину 9 импульсов записи, шину 10 тестовых импульсов, регистр 11 сдвига, регистр-защелку 12, ключи 13 управления, датчики 14 короткого замыкания и обрыва.
В дополнительных пунктах формулы указано конкретное выполнение узлов и блоков системы.
1 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относится к области антенной техники, в частности, к устройствам управления лучом фазированных решеток (ФАР).
Известно устройство управления лучом ФАР, содержащее специализированный вычислитель для определения сигналов, управляющих фазовращателями (патент ФРГ 
1766174, H01Q 3/26, 1973).
Недостатком известного устройства управления лучом ФАР является его сложность и невысокая надежность.
Известно техническое решение программного управления лучом ФАР, содержащее n каналов управления и шины стартовых и тактовых импульсов (патент США 3999182, H01Q 3/26, 1976).
Недостатком этого устройства является невысокая надежность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является устройство программного управления лучом ФАР, содержащее n каналов управления и шины стартовых и тактовых импульсов, а также шины сигналов логической единицы и логического нуля, а каждый из n каналов управления состоит из автономного постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), адресного счетчика и счетчика делителя на n, при этом элементы устройства соответствующим образом связаны между собой (Авторское свидетельство СССР 1136699, H01Q 3/26, 1983).
Недостатками данного устройства являются отсутствие контроля исправности фазовращателей, отсутствие обратной связи с управляющей ЭВМ, при увеличении количества каналов пропорционально увеличивается объем аппаратуры расчета фаз, что приводит к невысокой надежности всего устройства.
Перед авторами стояла задача создания системы управления лучом для ФАР на основе дискретных полупроводниковых фазовращателей, лишенной недостатков известных устройств в части надежности с повышенными функциональными возможностями, в частности - контроль исправности фазовращателей ФАР, хранение большего объема констант, при уменьшении габаритов и веса с одновременной возможностью обеспечения переключения луча ФАР за отведенное время.
Задача решена за счет того, что в системе управления лучом фазированной антенной решетки, содержащей n каналов управления фазовращателями, шину тактовых импульсов, шину передачи данных и постоянное запоминающее устройство каждый канал управления выполнен в виде нескольких схем управления, соединенных с шинами передачи данных и тактовых импульсов, при этом шина передачи данных выполнена в виде последовательной одноразрядной шины, кроме того, каждая схема управления соединена с шинами импульсов записи и тестовых импульсов.
Каждая схема управления фазовращателем выполнена в виде регистра сдвига, регистра-защелки, ключей и датчиков короткого замыкания и обрыва, причем параллельные выходы регистра сдвига соединены со входами регистра-защелки, выходы которого соединены со входами ключей, выходы их соединены с управляющими входами фазовращателя и со входами датчика короткого замыкания и обрыва, соединенных с регистром сдвига, выходом связанным с последующим регистром сдвига схемы управления.
Выход последней схемы канала управления является шиной контрольных данных.
Каналы управления и соединенный с ними микропроцессор, включающий постоянное запоминающее устройство, объединены в модуль управления лучом, соединенный двунаправленной шиной связи с управляющей ЭВМ.
Система управления лучом фазированной антенной решетки содержит несколько модулей управления лучом, соединенных по общей двунаправленной шине связи с управляющей ЭВМ.
Постоянное запоминающее устройство выполнено репрограммируемым.
Заявляемая система обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется с помощью чертежа, где представлена структурная схема системы управления лучом ФАР.
Система управления лучом ФАР содержит модули 1 управления лучом, двунаправленную шину 2 связи с управляющей ЭВМ, микропроцессор 3, репрограммируемое постоянное запоминающее устройство 4, канал 5 управления, шину 6 передачи данных на канал 5 управления, шину 7 контрольных данных канала 5 управления, шину 8 тактовых импульсов, шину 9 импульсов записи, шину 10 тестовых импульсов, регистр 11 сдвига, регистр-защелку 12, ключи 13 управления, датчики 14 короткого замыкания и обрыва.
В состав системы управления лучом ФАР входит несколько модулей 1 управления, что зависит от количества фазовращателей 15 и предъявляемых временных требований.
Модуль управления лучом может работать в нескольких режимах, задаваемых командами управляющей ЭВМ по двунаправленной шине 2 связи. Основным режимом работы является режим управления лучом. Режимы проверок передачи данных на короткое замыкание и обрыв обеспечивают встроенную диагностику ФАР в процессе эксплуатации, а также на этапе сборки и настройки.
В режиме управления лучом система работает следующим образом.
По двунаправленной шине 2 связи от управляющей ЭВМ одновременно на все модули 1 поступает команда установки луча, содержащая угол отклонения луча по горизонтали, угол отклонения по вертикали и номер рабочего частотного диапазона. В каждом из модулей 1 микропроцессор 3 производит расчет фазовых сдвигов, представляющих собой 4-х разрядные двоичные коды, для каждого фазовращателя 15, компонует их для передачи в регистры 11 сдвига по шине 6 передачи данных каждого канала 5 управления, формирует последовательность управляющих сигналов по шине 8 тактовых импульсов, в результате чего код каждого фазового сдвига оказывается в регистре 11 сдвига соответствующего фазовращателя 15. Затем процессор 3 формирует импульс записи по шине 9 импульсов записи, которым коды фазовых сдвигов переписываются из регистров 11 в регистры-защелки 12, откуда подаются на управляющие входы ключей 13, подающих управляющие токи на управляющие входы фазовращателей 15.
В режиме проверки передачи данных в каждый канал 5 управления по шине 6 передачи данных подаются данные, синхронизированные с серией тактовых импульсов на шине 8 тактовых импульсов таким образом, что в результате данные продвигаются во все регистры 11 сдвига канала 5 управления. Одновременно с выхода последнего регистра 11 сдвига по шине 7 контрольных данных данные передаются в микропроцессор 3. При повторной подаче серии тактовых импульсов по шине 8 тактовых импульсов данные, ранее загруженные в регистр 11 сдвига, передаются по шине 7 контрольных данных в микропроцессор 3, где сравниваются с переданными. Совпадение переданных и принятых микропроцессором 3 данных свидетельствует об исправности цепей обмена данными.
В режимах проверки на короткое замыкание и обрыв схема управления работает также, как и в режиме управления лучом, но коды фазовых сдвигов определены заранее. При подаче на фазовращатель 15 кода 00002 его датчики 14 короткого замыкания и обрыва формируют признак обрыва, а при подаче 11112 - признак короткого замыкания. Биты этих признаков устанавливаются в активный уровень при наличии соответствующей неисправности.
Импульсом с шины 10 тестовых импульсов биты этих признаков переписываются в регистры 11 сдвига соответствующих фазовращателей, откуда серией тактовых импульсов с шины 8 тактовых импульсов передаются в микропроцессор 3 и далее - в управляющую ЭВМ.
В состав микропроцессора 3 входит электрически репрограммируемое постоянное запоминающее устройство (РПЗУ) 4, которое используется для хранения программы работы микропроцессора 3 и необходимых констант.
В целях уменьшения количества оборудования, снижения веса изделия при одновременном обеспечении необходимого быстродействия использована одновременная загрузка управляющих кодов фазовращателей 15 во все каналы 5 управления модулей 1, при этом каждый канал 5 управления фазовращателей 15 загружается по последовательной одноразрядной шине 6 передачи данных.
Система управления лучом ФАР состоит из нескольких одинаковых модулей 1, каждый из которых построен на основе микропроцессора 3. Модульная структура системы управления лучом позволяет применить ее для ФАР разной конфигурации и размеров. Все модули 1 управляются ЭВМ по одной двунаправленной шине 2 связи и работают синхронно в режиме управления лучом и раздельно в других режимах.
Каналы 5 управления содержат разное количество фазовращателей 15, оно зависит от места канала в антенне: максимальное количество - в середине антенны и постепенно уменьшается в верхней и нижней ее частях.
Каждый фазовращатель 15 имеет схему управления, состоящую из четырехразрядного регистра 11 сдвига, регистра-защелки 12, ключей 13 управления фазовращателем 15 и датчиков 14 короткого замыкания и обрыва.
В пределах канала 5 управления регистры 11 сдвига всех фазовращателей 15 объединены в один регистр разрядностью 4xN, где N - количество фазовращателей 15 в канале 5 управления. Данные для фазовращателей 15 в виде последовательного кода поступают на вход регистра 11 сдвига первой схемы управления канала 5. Одновременно данные с выхода регистра 11 сдвига последней схемы управления канала 5 считываются в микропроцессор 3.
Примером реализации заявляемой системы является разработанная на предприятии система управления лучом ФАР, состоящая из четырех модулей, где в качестве микропроцессора использован сигнальный микроконтроллер 1892 ВМ3Т и 8-разрядное РПЗУ 1536РР1У, каждый из которых содержит одиннадцать каналов управления. В канал управления входят от четырех до одиннадцати фазовращателей со схемами управления. Связь модулей управления лучом с управляющей ЭВМ организована по интерфейсу RS-422. РПЗУ 1536РР1У используется для хранения программы работы микроконтроллера 1892 ВМ3Т и необходимых констант, в том числе таблиц начальных фазовых поправок. Для записи программ и таблиц начальных фазовых поправок в РПЗУ разработано соответствующее программное обеспечение.
На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация на заявляемую систему управления лучом ФАР, изготовлены экспериментальный и опытный образцы ФАР с данной системой, испытания которых подтвердили ее работоспособность и эффективность. В настоящее время предприятие приступило к изготовлению нескольких серийных изделий, реализующих заявляемую конструкцию.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели.
1. Система управления лучом фазированной антенной решетки, содержащая n каналов управления фазовращателями, шину тактовых импульсов, шину передачи данных и постоянное запоминающее устройство, отличающаяся тем, что каждый канал управления выполнен в виде нескольких схем управления, соединенных с шинами передачи данных и тактовых импульсов, при этом шина передачи данных выполнена в виде последовательной одноразрядной шины, кроме того, каждая схема управления соединена с шинами импульсов записи и тестовых импульсов.
2. Система управления лучом фазированной антенной решетки по п.1, отличающаяся тем, что каждая схема управления фазовращателем выполнена в виде регистра сдвига, регистра-защелки, ключей и датчика короткого замыкания и обрыва, причем параллельные выходы регистра сдвига соединены со входами регистра-защелки, выходы которого соединены со входами ключей, выходы их соединены с управляющими входами фазовращателя и со входами датчиков короткого замыкания и обрыва, соединенных с регистром сдвига, выходом связанным с последующим регистром сдвига схемы управления.
3. Система управления лучом фазированной антенной решетки по п.2, отличающаяся тем, что выход последней схемы канала управления является шиной контрольных данных.
4. Система управления лучом фазированной антенной решетки по п.1, отличающаяся тем, что каналы управления и соединенный с ними микропроцессор, включающий постоянное запоминающее устройство, объединены в модуль управления лучом, соединенный двунаправленной шиной связи с управляющей ЭВМ.
5. Система управления лучом фазированной антенной решетки по п.4, отличающаяся тем, что она содержит несколько модулей управления лучом, соединенных по общей двунаправленной шине связи с управляющей ЭВМ.
6. Система управления лучом фазированной антенной решетки по п.4, отличающаяся тем, что постоянное запоминающее устройство выполнено репрограммируемым.
