Фазированная антенная решетка
Техническое решение относится к технике СВЧ, в частности к фазированным антенным решеткам, построенным на основе волноводных распределительных систем и ферритовых фазовращателей с магнитной памятью, имеющих нелинейную и зависящую от температуры фазовременную характеристику. Техническим результатом является снижение уровня фонового бокового излучения ФАР за счет повышения точности фазирования.. Это достигается путем введения в состав ФАР генератора непериодических эталонных временных интервалов, датчика температуры, формирователя управляющих импульсов, дешифратора адресов, запоминающего устройства, источника внешней информации. 1 ил.
Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ, в частности, к фазированным антенным решеткам.
Известны фазированные антенные решетки (ФАР) [1, 2], которые содержат излучающую и распределительную системы СВЧ-сигналов, ферритовые фазовращатели с магнитной памятью и непрерывной характеристикой управления и устройства управления фазовым распределением. Известные устройства управления фазовым распределением в таких ФАР [3] содержат формирователи управляющих импульсов (ФУИ), выполненные в виде цифровых преобразователей код-длительность, число которых равно числу фазовращателей, генератор импульсов эталонных временных интервалов, выполненный в виде генератора периодической последовательности импульсов и дешифратор адресов фазовращателей.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является ФАР по патенту RU 2355083. которая содержит систему распределения СВЧ-сигнала, вход которой является первым входом ФАР, систему излучателей и N ферритовых фазовращателей с магнитной памятью. N выходов системы распределения СВЧ-сигнала подключены к первым входам N фазовращателей, выходы которых соединены с соответствующими входами системы излучателей. ФАР также содержит блок коммутаторов и блок управления.
Недостаток известной ФАР заключается в том, что она не учитывает нелинейность фазовременной характеристики фазовращателей. При этом использование периодической последовательности временных интервалов становится неоптимальным в связи с нерациональным использованием числа разрядов (р) управления. В зоне малой крутизны фазовременной характеристики (ФВХ) дискрет переключения фазы становится существенно меньше, чем величина 2
/2p, а при большой крутизне ФВХ-существенно больше этой величины, что увеличивает тем самым ошибку установки фазы, а, следовательно, и уровень фона в диаграмме направленности.
Задачей полезной модели является снижение фонового излучения ФАР во всем диапазоне температурных воздействий за счет повышения точности фазирования.
Указанный результат достигается тем, что в фазированную антенную решетку, содержащую систему распределения СВЧ-сигнала, вход которой является входом фазированной антенной решетки, систему излучателей и N ферритовых фазовращателей с магнитной памятью, причем N выходов системы распределения СВЧ-сигнала подключены ко входам соответствующих N фазовращателей, выходы которых соединены с соответствующими входами системы излучателей, введены коммутатор напряжения, генератор непериодических эталонных временных интервалов, датчик температуры, N/2 формирователей управляющих импульсов, дешифратор адресов, запоминающее устройство, источник внешней информации. При этом, выход датчика температуры подключен ко входу генератора непериодических эталонных временных интервалов, который генерирует непериодическую пачку импульсов с интервалами между импульсами, определяемыми формой усредненной для данной температуры ФВХ и разрядностью формирователей управляющих импульсов. Выход генератора непериодических эталонных временных интервалов подключен к первым входам каждого N/2 формирователя управляющих импульсов, выход каждого из которых соединен с одноименными концами обмоток управления четного и нечетного соседних фазовращателей, к другим одноименным концам обмоток управления каждого четного фазовращателя подключен первый выход коммутатора, а к другим одноименным концам обмоток управления каждого нечетного фазовращателя подключен второй выход коммутатора, информационные входы дешифратора адресов, запоминающего устройства и коммутатора соединены с выходом источника внешней информации, N/2 выходов дешифратора адресов соединены со вторыми входами соответствующих N/2 формирователей управляющих импульсов, выход запоминающего устройства подключен к третьим входам каждого N/2 формирователя управляющих импульсов,
При этом установка фазовых сдвигов в двух соседних фазовращателях производится последовательно во времени, путем поочередного подключения одного формирователя управляющих импульсов (ФУИ) к входам их управляющих обмоток за счет последовательной подачи питающих напряжений с коммутатора питания на управляющие обмотки четных и нечетных фазовращателей.
На фигуре представлена блок-схема предлагаемой фазированной антенной решетки.
Фазированная антенная решетка состоит из системы распределения СВЧ сигналов 1, выполненной в виде волноводных линеек ответвителей, системы излучателей 2, N (целое четное число) ферритовых нечетных 3 и четных 4 фазовращателей с магнитной памятью, коммутатора напряжения 5, N/2 формирователей управляющих импульсов 6, генератора непериодических эталонных временных интервалов (НЭВИ) 7, датчика температуры 8, дешифратора адресов 9, запоминающего устройства 10 и источника внешней информации 11.
При этом вход системы распределения СВЧ - сигнала 1 является входом фазированной антенной решетки. N выходов системы распределения СВЧ-сигнала подключены ко входам соответствующих N фазовращателей, выходы которых соединены с соответствующими входами системы излучателей 2. Выход датчика температуры 8 подключен ко входу генератора непериодических эталонных временных интервалов 7, который генерирует непериодическую пачку импульсов с интервалами между импульсами, определяемыми температурой ФАР, формой усредненной фазовременной характеристики фазовращателей при этой температуре и разрядностью формирователей управляющих импульсов 6. Выход генератора непериодических эталонных временных интервалов 7 подключен к первым входам каждого N/2 формирователя управляющих импульсов 6, выход каждого из которых соединен с одноименными концами обмоток управления четного 4 и нечетного 3 соседних фазовращателей. К другим одноименным концам обмоток управления каждого четного фазовращателя подключен первый выход коммутатора 5, а к другим одноименным концам обмоток управления каждого нечетного фазовращателя подключен второй выход коммутатора 5, информационные входы дешифратора адресов 9, запоминающего устройства 10 и коммутатора 5 соединены с выходом источника внешней информации 11.
Фазированная антенная решетка работает следующим образом:
СВЧ-сигнал поступает на вход ФАР и через систему распределения СВЧ-сигнала подается на вход каждого N-го фазовращателя. Фазовращатели имеют магнитную память, и создаваемый ими фазовый сдвиг определяется длительностью импульса напряжения, подаваемого на их обмотку управления Связь между длительностью управляющего импульса и сдвигом фазы определяется фазовременной характеристикой N-го фазовращателя. Формирование требуемой длительности импульса управления каждого фазовращателя осуществляется в формирователях управляющих импульсов 6, которые содержат реверсивный счетчик импульсов, соединенный с триггером, коммутирующим ток обмотки управления фазовращателя.
На этапе настройки ФАР (в нормальных условиях), производится измерение фазовременных характеристик всех фазовращателей и преобразование поступающих от источника внешней информации кодов фазы в коды длительности управляющих импульсов, которые заносятся в запоминающее устройство. При этом генератор выдает пачку непериодических импульсов, соответствующую усредненной фазовременной характеристике фазовращателей для нормальных условий. При изменении температуры, по командам с датчика температуры, генератор НЭВИ выдает пачку импульсов, соответствующую усредненной фазовременной характеристике для данной температуры.
Фазирование ФАР осуществляется в два этапа. На первом этапе, после установки фазовращателей в начальное состояние, на вход запоминающего устройства 10 подаются коды фазовых сдвигов для всех нечетных фазовращателей 3, которые преобразуются в коды длительности управляющих импульсов. По команде, поступающей из источника внешней информации 11, питающие напряжения подключаются коммутатором напряжения 5 к управляющим обмоткам всех нечетных фазовращателей 3, а триггеры ФУИ 6 устанавливаются в положение, обеспечивающее протекание тока через обмотку управления нечетных фазовращателей. Одновременно на реверсивные входы счетчиков импульсов, входящих в формирователи управляющих импульсов 6, поступают импульсы из генератора непериодических эталонных временных интервалов 7. В момент обнуления счетчиков, триггеры перебрасываются и выключают токи, протекавшие в управляющих обмотках фазовращателей. На следующем этапе на входы формирователей управляющих импульсов поступают коды фазовых сдвигов для всех четных фазовращателей 4, а коммутатор напряжения 5 подключает питающее напряжение к управляющим обмоткам всех четных фазовращателей 3. При этом фазирование четных фазовращателей 4 осуществляется так же, как и на первом этапе.
Технико-экономическое преимущество полезной модели состоит в том, что она позволяет снизить фоновые излучения ФАР во всем диапазоне температурных воздействий и повысить помехозащищенность РЛС за счет повышения точности фазирования. Кроме этого она позволяет уменьшить трудоемкость и стоимость изготовления ФАР за счет уменьшения количества требующейся аппаратуры и более эффективного использования входящих в нее устройств.
Литература
1.Мамонов А.И. и др. Патент на изобретение 
2208274 «Фазированная антенная решетка», RU 2208274 C1, H01Q 21/00, 10.07.2003
2 Чалых А.Е. «Особенности проектирования ФАР, установленной на механический привод». «Антенны» вып.2 (93) 2005 г. стр.12-16.
3.Сапсович Б.И., Чалых А.Е. Свидетельство 6947 на полезную модель «Устройство управления фазовым распределением в фазированных антенных решетках» RU 0006947 U1, 6 H01Q 3/26, 16.06.98
Фазированная антенная решетка, содержащая систему распределения СВЧ-сигнала, вход которой является первым входом фазированной антенной решетки, систему излучателей и N ферритовых фазовращателей с магнитной памятью, причем N выходов системы распределения СВЧ-сигнала подключены к первым входам соответствующих N фазовращателей, выходы которых соединены с соответствующими входами системы излучателей, отличающаяся тем, что в нее введены коммутатор напряжения, генератор непериодических эталонных временных интервалов, датчик температуры, N/2 формирователей управляющих импульсов, дешифратор адресов, запоминающее устройство, источник внешней информации, при этом выход датчика температуры подключен ко входу генератора непериодических эталонных временных интервалов, который генерирует непериодическую пачку импульсов с интервалами между импульсами, определяемыми температурой фазированной антенной решетки, формой усредненной фазовременной характеристики фазовращателей при этой температуре и разрядностью формирователей управляющих импульсов, выход генератора непериодических эталонных временных интервалов подключен к первым входам каждого N/2 формирователя управляющих импульсов, выход каждого из которых соединен с одноименными концами обмоток управления четного и нечетного соседних фазовращателей, к другим одноименным концам обмоток управления каждого четного фазовращателя подключен первый выход коммутатора, а к другим одноименным концам обмоток управления каждого нечетного фазовращателя подключен второй выход коммутатора, информационные входы дешифратора адресов, запоминающего устройства и коммутатора соединены с выходом источника внешней информации, N/2 выходов дешифратора адресов соединены со вторыми входами соответствующих N/2 формирователей управляющих импульсов, выход запоминающего устройства подключен к третьим входам каждого N/2 формирователя управляющих импульсов.
