активная пространственная приемо-передающая антенная решетка обратного излучения

Формула изобретения

Активная пространственная приемо-передающая антенная решетка обратного излучения, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы задающих частот f и f, выходные сигналы служебных частот f₁ =i+ f и f₂=f- f 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.

Описание изобретения к патенту

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.

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.

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.

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.

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.

Недостатком данных устройств является большое число управляемых фазовращателей и невозможность осуществления самофокусировки решетки.

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.

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 f, выходные сигналы служебных частот f₁ =f+ f и f₂=f- f 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.

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.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема активной пространственной приемо-передающей антенной решетки обратного излучения.

На фиг.2 представлена структурная электрическая схема приемо-передающего элемента.

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.

Приемо-передающий элемент содержит первый смеситель 10, второй смеситель 11, третий смеситель 12, первый усилитель 13, второй усилитель 14 и циркулятор 15.

Активная пространственная приемо-передающая антенная решетка обратного излучения на фиг.1 работает следующим образом. Сигналы служебных частот строки f₁=f- f столбца f₂=f+ f 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+ _г и (F-f₂)t+ _В с выходов смесителей 8 усиливаются и подаются на первый смеситель 10 приемо-передающих элементов 6 решетки. Суммарный сигнал 2(F-f)t+ _г+ _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+ _г+ _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.

Сигнал 2(F-f)t+ _г+ _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- _г- _в на выходе третьего смесителя 12 имеет фазовые задержки - _г- _в, необходимые для совмещения передающего луча с направлением прихода радиоволн. Он усиливается во втором усилителе 14 и поступает в циркулятор 15 и излучается.

Таким образом, удается автоматически совместить приемный и передающий лучи антенной решетки и получить антенну обратного излучения.