RU2719627C1

RU2719627C1 - Multibeam transmitting active phased antenna array

Info

Publication number: RU2719627C1
Application number: RU2019127724A
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Ефимов; Александр Григорьевич Каменев; Станислав Алексеевич Корнеев
Original assignee: Акционерное общество "Ижевский радиозавод"
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2020-04-21

Abstract

FIELD: antenna equipment.

SUBSTANCE: disclosed technical solution relates to antenna engineering and can be used in microwave communication systems. Multibeam transmitting APAA comprises M multichannel power dividers (D). Multichannel output of each m-th (2≤m≤M) D is connected to the corresponding m-th information input of n-th (2≤n≤N) transmitting module (TM). Output of each n-th TM is connected to the corresponding n-th emitter (EMR). Inputs of dividers form multi-channel input of antenna array, and emitters – its multibeam output. Control input of each n-th TM is multichannel and is connected to the corresponding n-th output of the control device (CD). Each TM comprises M parallel phase shifters (FS), information input of each of which is connected to corresponding m-th information input TM, and output - to input of adder (C), connected to output of TM through power amplifier (PA). Each n-th TM comprises a device for addressing and controlling phase shifters (ACP), the input of which is connected to the control input TM, and the output is connected to the control input of each of the M phase changers of this TM. Connection of each n-th output of CD to control input of n-th TM is performed by means of two detachable connections, some parts of which are installed respectively at input and output of n-th control cable, others – respectively at control input of n-th TM and n-th output CD. Detachable connections contain control contacts and address contacts, one of which is "common" and (K-1) combined (N≤2^(K-1)). At that, on one of the parts of one of the detachable connections there is an individual n-th combination of address contacts by means of short-circuit to the "common" address contact defined from (K-1) combined address contacts to set individual binary address of each n-th TM (and, respectively, each of its phase changers) during operation of assembled antenna array.

EFFECT: simplified assembly, adjustment and debugging of the system, as well as considerable reduction of costs for maintenance and repair.

5 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое в качестве изобретения техническое решение относится к антенной технике и может быть использовано в системах спутниковой связи СВЧ-диапазона, требующих обеспечения высокой оперативности доставки информации, например, для организации связи наземных или околоземных объектов с земными станциями.The technical solution proposed as an invention relates to antenna technology and can be used in microwave communication satellite systems that require high-speed information delivery, for example, for organizing communication of ground or near-Earth objects with earth stations.

Известна приемная многолучевая активная фазированная антенная решетка (АФАР) по патенту РФ №2352034 (МКИ H01Q 3/36, ГУП г. Москвы НПЦ "СПУРТ", опубл. 10.04.2009). Входной модуль АФАР содержит на каждом из N (N≥2) входов n-ую группу из последовательно соединенных излучателя, малошумящего усилителя, М-канального делителя мощности (где М≥2.), а также параллельно подключенные к нему первыми входами М фазовращателей, параллельно соединенных кроме того вторыми входами с блоком управления фазовращателями, и лучевого сумматора. Данное решение значительно увеличивает количество обслуживаемых абонентов за счет формирования нескольких независимых приемных лучей с одинаковой энергетикой (под энергетикой приемного луча понимают добротность на прием, равную отношению коэффициента шума (шумовой температуры) к общему усилению антенны), что достигается общим управлением (с помощью одной фазовой программы) для фазовращателей всех N групп от блока управления фазовращателями. Однако, рассматривается только приемная АФАР.Known receiving multipath active phased active antenna array (AFAR) according to the patent of the Russian Federation No. 2352034 (MKI H01Q 3/36, Moscow State Unitary Enterprise SPC "SPURT", published on April 10, 2009). The input AFAR module contains on each of the N (N≥2) inputs the nth group of series-connected emitter, low-noise amplifier, M-channel power divider (where M≥2.), As well as the first inputs of M phase shifters connected in parallel to it, In addition, the second inputs are connected in parallel with the second inputs to the phase shifter control unit and the beam adder. This solution significantly increases the number of subscribers served by the formation of several independent receiving beams with the same energy (by the energy of the receiving beam we mean the quality factor for reception equal to the ratio of the noise figure (noise temperature) to the total antenna gain), which is achieved by general control (using one phase programs) for phase shifters of all N groups from the phase shifter control unit. However, only the receiving AFAR is considered.

Известна приемопередающая антенная система с управляемой диаграммой направленности по патенту РФ №2458437 (МКИ H01Q 3/30, ГУП г. Москвы НПЦ «СПУРТ», опубл. 10.08.2012). Система содержит приемный тракт, входом которого является антенная решетка из N (N≥2) излучателей, являющихся входами соответствующих n-ых приемных каналов (выполненных на малошумящих усилителях, далее - МШУ), передающий тракт, антенным выходом которого является антенная решетка из L (L≥2) излучателей, являющихся входами соответствующих 1-ых передающих каналов, а также фазовращатели приемного и передающего трактов, один блок управления фазовращателями приемного тракта и приемопередающее устройство сигналов от выхода приемного тракта на вход передающего тракта. Таким образом, система функционирует на прием и передачу сигналов. При этом все фазовращатели обслуживает один блок управления, передающий одну фазовую программу на прием и передачу, а приемный и передающий тракты предназначены для формирования лишь одного луча на прием и одного луча на передачу.Known transceiver antenna system with a controlled radiation pattern according to the patent of the Russian Federation No. 2458437 (MKI H01Q 3/30, Moscow State Unitary Enterprise SPC "SPURT", publ. 08/10/2012). The system contains a receiving path, the input of which is an antenna array of N (N≥2) emitters, which are inputs of the corresponding n-th receiving channels (made on low-noise amplifiers, hereinafter - LNA), a transmission path, the antenna output of which is an antenna array of L ( L≥2) emitters, which are inputs of the corresponding 1st transmitting channels, as well as phase shifters of the receiving and transmitting paths, one control unit of phase shifters of the receiving path and a transceiver device of signals from the output of the receiving path to the input Dr. transmit path. Thus, the system operates on the reception and transmission of signals. In this case, all phase shifters are serviced by one control unit that transmits one phase program for reception and transmission, and the receiving and transmitting paths are designed to form only one beam for reception and one beam for transmission.

Ближайшим аналогом предполагаемого технического решения является многолучевая фазированная антенная решетка по патенту США №6169513, опубликовано 02.01.2001 (МКИ Н04В 7/185). Антенная решетка содержит многоканальные делители мощности (8 - по указанному патенту), многоканальный выход каждого из которых подключен к соответствующему высокочастотному информационному входу n-го (2≤n≤N) передающего модуля (7), низкочастотный управляющий вход последнего подключен к устройству управления (10) через общее устройство управления фазовращателями (9) (одно для всех фазовращателей), а выход - к соответствующему n-му излучателю (1). Каждый модуль (7) содержит М параллельных фазовращателей (6), информационный вход каждого из которых подключен к соответствующему информационному входу модуля (7), а выход - к входу сумматора (13), подключенного к выходу модуля (7) через усилитель мощности (2). Входы делителей образуют высокочастотный многоканальный вход антенной решетки, а излучатели - ее высокочастотные выходы, образующие ее многолучевой выход.The closest analogue to the proposed technical solution is a multipath phased antenna array according to US patent No. 6169513, published 02.01.2001 (MKI H04B 7/185). The antenna array contains multi-channel power dividers (8 according to the aforementioned patent), the multi-channel output of each of which is connected to the corresponding high-frequency information input of the nth (2≤n≤N) transmitting module (7), the low-frequency control input of the latter is connected to the control device ( 10) through a common phase shifter control device (9) (one for all phase shifters), and the output to the corresponding nth emitter (1). Each module (7) contains M parallel phase shifters (6), the information input of each of which is connected to the corresponding information input of the module (7), and the output to the input of the adder (13) connected to the output of the module (7) through the power amplifier (2 ) The inputs of the dividers form the high-frequency multi-channel input of the antenna array, and the emitters form its high-frequency outputs, forming its multipath output.

Устройство управления (10) задает алгоритм управления лучами, устройство управления фазовращателями (9) формирует сигналы управления фазовращателями (фазовые программы) для передачи по кабелям (11) на каждый из входов n-го модуля (7), образующих управляющий вход этого модуля. Каждому фазовращателю в каждом модуле до сборки модулей жестко присваивают индивидуальный электронный адрес, что мешает взаимозаменяемости как передающих модулей целиком, так и отдельных фазовращателей, усложняет регулировку, ремонт и обслуживание антенны, так как требует указания этого адреса в регулировочных устройствах, перепрограммирования схемы управления модуля при любой замене передающего модуля целиком либо отдельного фазовращателя, а так же большое количество кабелей (по количеству фазовращателей). Для этого требуется введение дополнительных управляющих разъемов, усложняющих конструкцию модуля и увеличивающих его габариты.The control device (10) sets the beam control algorithm, the phase shifter control device (9) generates phase shifter control signals (phase programs) for transmission via cables (11) to each of the inputs of the nth module (7), which form the control input of this module. Prior to assembly of the modules, each phase shifter in each module is rigidly assigned an individual electronic address, which interferes with the interchangeability of both the entire transmitting modules and individual phase shifters, complicates the adjustment, repair, and maintenance of the antenna, since it requires this address to be specified in control devices, and reprogramming of the module control circuit when any replacement of the entire transmitting module or a separate phase shifter, as well as a large number of cables (by the number of phase shifters). This requires the introduction of additional control connectors, complicating the design of the module and increasing its dimensions.

Задачей предлагаемого в качестве изобретения технического решения является создание многолучевой передающей активной фазированной антенной решетки (антенной решетки), позволяющей упростить сборку, настройку и отладку системы, а также значительно снизить затраты на обслуживание и ремонт.The objective of the proposed technical solution as an invention is the creation of a multipath transmitting active phased array antenna (antenna array), which allows to simplify the assembly, configuration and debugging of the system, as well as significantly reduce maintenance and repair costs.

Задача решается в предлагаемой многолучевой передающей активной фазированной антенной решетке за счет введения в каждый из N передающих модулей (ПМ) соответствующего n-го индивидуального устройства адресации и управления фазовращателями (АУФ) и разделения контактов на адресные, один из которых «общий», а остальные комбинируемые, и управляющие в хотя бы двух разъемных соединениях для подключения с помощью соответствующего n-го кабеля управления (КУ) управляющего низкочастотного входа каждого n-го ПМ (АУФ) к соответствующему n-му выходу УУ. При этом на одной из частей одного из упомянутых разъемных соединений выполнена индивидуальная n-ая комбинация адресных контактов посредством замыкания на «общий» адресный контакт определенных комбинируемых адресных контактов, чем определяют соответствующий индивидуальный двоичный адрес каждого n-го ПМ и соответственно, каждого из его фазовращателей. При подаче одного значения напряжения (называемого «лог.1») на «общий» и другого значения напряжения (называемого «лог.0») на комбинируемые адресные контакты при включении собранной антенной решетки, устанавливают соответствующий индивидуальный двоичный адрес каждого n-го АУФ (ПМ). Управляющие контакты КУ, ПМ (АУФ) и УУ остаются неизменными.The problem is solved in the proposed multipath transmitting active phased antenna array by introducing into each of the N transmitting modules (PM) the corresponding nth individual device for addressing and controlling phase shifters (AUF) and separating the contacts into addressable ones, one of which is “common”, and the rest combinable, and controlling in at least two detachable connections for connecting, with the help of the corresponding n-th control cable (CI), the control low-frequency input of each n-th PM (AUF) to the corresponding n-th output of the CU. Moreover, on one part of one of the aforementioned detachable connections, an individual nth combination of address contacts is made by shorting to a “common” address contact of certain combined address contacts, which determines the corresponding individual binary address of each n-th PM and, accordingly, each of its phase shifters . When applying one voltage value (called "log.1") to the "common" and another voltage value (called "log.0") to the combined address contacts when the assembled antenna array is turned on, the corresponding individual binary address of each n-th AUF is set ( PM). The control contacts of KU, PM (AUF) and UU remain unchanged.

Таким образом, каждый n-ый ПМ имеет общий (одинаковый) первоначальный электронный адрес, что позволяет унифицировать его регулировку и проверку. Индивидуальный (рабочий) электронный адрес каждому ПМ (и соответственно каждому из его фазовращателей) присваивается при подключении низкочастотного входа n-го ПМ и соответствующего выхода УУ с помощью двух разъемных соединений, одна часть одного из которых имеет индивидуальную комбинацию адресных контактов.Thus, each n-th PM has a common (identical) initial email address, which allows to unify its adjustment and verification. An individual (working) electronic address for each PM (and, accordingly, each of its phase shifters) is assigned when the low-frequency input of the nth PM and the corresponding output of the control unit are connected using two detachable connections, one part of one of which has an individual combination of address contacts.

Адресация ПМ посредством сборки и запуска работы АФАР при индивидуальной комбинации адресных контактов на одной части одного из упомянутых соединений позволяет полностью унифицировать все ПМ, так как исключает необходимость дополнительного прописывания индивидуального электронного адреса каждому фазовращателю при регулировке каждого из ПМ и значительно ускоряет сборку АФАР, а также замену всего ПМ либо отдельных его фазовращателей.Addressing the PM by assembling and starting the operation of the AFAR with an individual combination of address contacts on one part of one of the mentioned connections allows to completely unify all the PMs, since it eliminates the need to additionally register an individual electronic address for each phase shifter when adjusting each of the PMs and significantly speeds up the assembly of AFARs, as well as replacement of the entire PM or its individual phase shifters.

При этом многолучевая передающая АФАР, выполненная с возможностью подачи необходимого напряжения питания на все элементы схемы, требующие питания, содержит М многоканальных делителей мощности (Д). Многоканальный выход каждого m-го (2≤m≤М) Д подключен к соответствующему m-му информационному входу n-го (2≤n≤N) передающего модуля (ПМ). Выход каждого n-го ПМ подключен к соответствующему n-му излучателю (ИЗЛ). Входы делителей образуют многоканальный вход антенной решетки, а излучатели - ее многолучевой выход. Управляющий вход каждого n-го ПМ соединен с соответствующим n-м выходом устройства управления (УУ). Каждый ПМ содержит М параллельных фазовращателей (ФВ), информационный вход каждого из которых подключен к соответствующему m-му информационному входу ПМ, а выход - к входу сумматора (С), подключенного к выходу ПМ через усилитель мощности (УМ).Moreover, a multi-beam transmitting AFAR, configured to supply the necessary supply voltage to all circuit elements requiring power, contains M multi-channel power dividers (D). The multi-channel output of each m-th (2≤m≤M) D is connected to the corresponding m-th information input of the n-th (2≤n≤N) transmitting module (PM). The output of each n-th PM is connected to the corresponding n-th emitter (RL). The inputs of the dividers form the multi-channel input of the antenna array, and the emitters form its multipath output. The control input of each n-th PM is connected to the corresponding n-th output of the control device (UE). Each PM contains M parallel phase shifters (PV), the information input of each of which is connected to the corresponding m-th information input of the PM, and the output to the input of the adder (C) connected to the output of the PM through a power amplifier (PA).

Причем каждый n-ый ПМ содержит устройство адресации и управления фазовращателями (АУФ), вход которого соединен с управляющим входом ПМ, а выход - с управляющим входом каждого из М фазовращателей этого ПМ. УУ содержит N выходов, а подключение каждого n-го выхода УУ к управляющему входу n-го ПМ выполнено посредством соответствующего n-го кабеля управления (КУ), на входе и выходе которого установлены одни части хотя бы двух разъемных соединений. Другие части упомянутых разъемных соединений установлены соответственно на упомянутых n-ом выходе УУ и управляющем входе n-го ПМ. Разъемные соединения содержат адресные контакты, один из которых «общий», а остальные (К-1) - комбинируемые (N≤2^(K-1)), и управляющие контакты. При этом на одной из частей одного из этих разъемных соединений выполнена индивидуальная n-ая комбинация адресных контактов посредством замыкания на «общий» адресный контакт определенных из (К-1) комбинируемых адресных контактов (для этой комбинации), определяющая индивидуальный двоичный адрес этого n-го ПМ (и соответственно каждого из его фазовращателей) при функционировании собранной антенной решетки.Moreover, each n-th PM contains a device for addressing and controlling phase shifters (AUF), the input of which is connected to the control input of the PM, and the output to the control input of each of the M phase shifters of this PM. The control unit contains N outputs, and the connection of each nth output of the control unit to the control input of the nth PM is performed using the corresponding nth control cable (CC), at the input and output of which some parts of at least two detachable connections are installed. Other parts of said detachable connections are installed respectively on said n-th output of the control unit and the control input of the n-th PM. Plug-in connections contain addressable contacts, one of which is “common”, and the rest (K-1) are combinable (N≤2 ^(K-1) ), and control contacts. At the same time, on one of the parts of one of these detachable connections, an individual nth combination of address contacts is made by shorting to a “common” address contact of certain combinable address contacts (from K-1) (for this combination), which defines an individual binary address of this n- th PM (and, accordingly, each of its phase shifters) during the operation of the assembled antenna array.

Предпочтительно, чтобы индивидуальная комбинация адресных контактов была выполнена на одной части одного из упомянутых разъемных соединений каждого из N КУ (установленных на входе или выходе КУ). То есть на одной из частей разъемных соединений (входном или выходном) каждого n-го кабеля на общий адресный контакт замкнуты определенные комбинируемые адресные контакты с получением индивидуальной n-ой комбинации адресных контактов. Адресация ПМ посредством КУ позволяет упростить монтаж сложных модулей (ПМ и УУ), исключить ошибки при назначении двоичного адреса.Preferably, an individual combination of address contacts is made on one part of one of the aforementioned detachable connections of each of the N KU (installed at the input or output of KU). That is, on one part of the detachable connections (input or output) of each nth cable, certain combinable address contacts are closed to a common address contact to obtain an individual nth combination of address contacts. PM addressing by means of a control unit allows simplifying the installation of complex modules (PM and control unit) and eliminating errors when assigning a binary address.

Предпочтительно, чтобы УУ содержало дополнительные входы и/или выходы. Например, введение входа/выхода УУ позволяет изменять настройки его работы, изменять управляющий сигнал, вести передачу параметров работы АФАР.Preferably, the SU contains additional inputs and / or outputs. For example, the introduction of the input / output of the control unit allows you to change the settings of its operation, change the control signal, and transmit the operation parameters of the AFAR.

Предпочтительно, чтобы антенная решетка была установлена на низкоорбитальном космическом аппарате, a N>M, что позволяет за счет уменьшения мощности сигнала значительно увеличить число обслуживаемых абонентов и повысить оперативность связи при ограниченном частотном ресурсе.It is preferable that the antenna array be mounted on a low-orbit spacecraft, a N> M, which, due to a decrease in signal power, can significantly increase the number of subscribers served and increase communication efficiency with a limited frequency resource.

Предпочтительно, чтобы АФАР была установлена на высокоорбитальном космическом аппарате, a N<M, что позволяет при сохранении мощности АФАР значительно повысить качество доставляемого до абонентов сигнала без потери оперативности связи при ограниченном частотном ресурсе.It is preferable that the AFAR be installed on a high-orbit spacecraft, a N <M, which, while maintaining the power of the AFAR, can significantly improve the quality of the signal delivered to subscribers without loss of communication efficiency with a limited frequency resource.

Реализация предлагаемого изобретения возможна с применением стандартных низкочастотных разъемов (например, блочные, кабельные разъемы с четкой нумерацией контактов). Индивидуальную n-ую комбинацию адресных контактов ПМ (АУФ) осуществляют следующим образом. Среди назначенных К адресных контактов один считают «общим», а остальные (К-1) - комбинируемыми. Осуществляют реализацию различных N двоичных комбинаций адресов (при возможности осуществления 2^(К-1) различных комбинаций), замыкая определенные комбинируемые адресные контакты на общий перемычками. Так, для формирования адресов для не более 8-ми индивидуальных адресов ПМ требуется 4 адресных контакта, для не более 16-ти - 5 и т.д. Известные конструкции разъемов, применяющихся для передачи управляющей информации низкочастотными сигналами, позволяют выполнить соединения единственным способом, риск ошибок при замыкании адресных контактов минимальный и легко контролируемый.The implementation of the invention is possible using standard low-frequency connectors (for example, block, cable connectors with a clear numbering of contacts). The individual n-th combination of address contacts PM (AUF) is as follows. Among the K contacts assigned to address, one is considered “common”, and the rest (K-1) are considered combinable. ^They carry out the implementation of various N binary address combinations (if it is possible to implement 2 ^(K-1) different combinations), shorting certain combinable address contacts to a common jumper. So, for the formation of addresses for no more than 8 individual PM addresses, 4 address contacts are required, for no more than 16 - 5, etc. Known designs of connectors used for transmitting control information by low-frequency signals make it possible to make connections in one way, the risk of errors when closing address contacts is minimal and easily controlled.

Далее состав и работа многолучевой передающей АФАР будут описаны в одном из предпочтительных вариантов исполнения, а именно при выполнении индивидуальных комбинаций адресных контактов для адресации каждого ПМ на одной из частей разъемных соединений, установленных на соответствующих КУ (например, на выходе КУ для подключения к другой части разъемного соединения на управляющем входе ПМ),Further, the composition and operation of the multi-beam transmitting AFAR will be described in one of the preferred embodiments, namely, when performing individual combinations of address contacts for addressing each PM on one of the parts of the detachable connections installed on the corresponding KU (for example, at the output of the KU for connecting to another part plug connection at the control input PM),

Фиг. - функциональная схема многолучевой передающей активной фазированной антенной решетки в одном из предпочтительных вариантов исполнения.FIG. - functional diagram of a multi-beam transmitting active phased array antenna in one of the preferred embodiments.

Многолучевая передающая активная фазированная антенная решетка (далее - антенная решетка), функциональная схема которой приведена на Фиг., содержит М многоканальных делителей (Д) 1, входы которых образуют многоканальный вход антенной решетки, N передающих модулей 2 (ПМ), N излучателей 3 (ИЗЛ), образующих многолучевой выход антенной решетки, устройство управления 4 (УУ) и N кабелей управления 5 (КУ). Каждый из конструктивно автономных ПМ 2 содержит группу из М параллельных фазовращателей 6 (ФВ), сумматор 7 (С), усилитель мощности 8 (УМ) и устройство адресации и управления фазовращателями 9 (АУФ), реализованное в виде платы.A multipath transmitting active phased antenna array (hereinafter referred to as the antenna array), the functional diagram of which is shown in Fig., Contains M multi-channel dividers (D) 1, the inputs of which form a multi-channel input of the antenna array, N transmitting modules 2 (PM), N emitters 3 ( UHF), forming the multi-beam output of the antenna array, control device 4 (UE) and N control cables 5 (KU). Each of the structurally autonomous PM 2 contains a group of M parallel phase shifters 6 (PV), an adder 7 (C), a power amplifier 8 (PA) and a device for addressing and controlling phase shifters 9 (AUF), implemented in the form of a board.

Информационные входы М параллельных ФВ 6 n-го ПМ 2 являются его m-ми высокочастотными информационными входами. Выход каждого упомянутого m-го ФВ 6 этой группы подключен к соответствующему n-му С 7, соединенному через n-ый УМ 8 с выходом n-го ПМ 2, а управляющий вход каждого m-го ФВ 6 - к выходу АУФ 9, вход которого является низкочастотным управляющим входом n-го ПМ 2.Information inputs of M parallel PV 6 of the n-th PM 2 are its m-th high-frequency information inputs. The output of each of the mentioned m-th PV 6 of this group is connected to the corresponding n-th C 7 connected through the n-th PA 8 to the output of the n-th PM 2, and the control input of each m-th PV 6 to the output of AUF 9, input which is the low-frequency control input of the n-th PM 2.

К многоканальному выходу m-го делителя подключен (например, с помощью высокочастотного разъемного соединения) m-ый высокочастотный информационный вход n-го ПМ 2. Эти М входов образуют многоканальный высокочастотный информационный вход ПМ 2. Каждый n-ый ПМ 2 с подключенным к его выходу соответствующим n-ым ИЗЛ 3 образуют n-ый передающий канал антенной решетки. Каждый n-ый выход УУ 4 подключен к низкочастотному управляющему входу n-го ПМ 2 посредством соответствующего индивидуального n-го КУ 5 для задания каждому ПМ 2 индивидуального n-го электронного адреса при сборке устройства и передачи команд управления на его фазовращатели, адрес которых определен индивидуальным n-ым адресом ПМ 2. На входе и выходе n-го КУ 5 соответственно установлены одни части двух разъемных соединений. Другие (ответные) части этих соединений установлены соответственно на n-ом выходе УУ и управляющем входе n-го ПМ 2. То есть n-й выход УУ и управляющий вход n-го ПМ 2 подключены посредством двух разъемных соединений - между n-ым выходом УУ и входом n-го КУ, между выходом n-го КУ и входом n-го ПМ. Кроме того, в схеме предусмотрена подача необходимого напряжения питания на все элементы схемы, требующие питанияThe m-th high-frequency information input of the n-th PM 2 is connected to the multichannel output of the m-th divider (for example, using a high-frequency plug-in connection). These M inputs form the multichannel high-frequency information input of the PM 2. Each n-th PM 2 is connected to its the output of the corresponding n-th UL 3 form the n-th transmitting channel of the antenna array. Each n-th output of the control unit 4 is connected to the low-frequency control input of the n-th PM 2 by means of a corresponding individual n-th CM 5 to assign each PM 2 an individual n-th electronic address when assembling the device and transmitting control commands to its phase shifters, the address of which is determined individual n-th address of PM 2. At the input and output of the n-th KU 5, respectively, some parts of two detachable connections are installed. Other (mating) parts of these connections are installed respectively on the nth output of the control unit and the control input of the nth PM 2. That is, the nth output of the control unit and the control input of the nth PM 2 are connected through two plug-in connections - between the nth output UU and the input of the n-th KU, between the output of the n-th KU and the input of the n-th PM. In addition, the circuit provides the supply of the necessary supply voltage to all circuit elements requiring power

На частях разъемных соединений выходов УУ 4, низкочастотных входов всех плат АУФ 9, входов и выходов всех КУ 5 выделяют управляющие контакты (для передачи сигналов управления) и адресные контакты (для задания индивидуального двоичного адреса АУФ 9). Один из К адресных контактов «общий», остальные (К-1) комбинируемые. Необходимое количество адресных контактов определяют по числу N излучателей АФАР:On the parts of the plug-in connections of the outputs of UU 4, the low-frequency inputs of all AUF 9 boards, the inputs and outputs of all KU 5, control contacts (for transmitting control signals) and address contacts (for setting an individual binary address of AUF 9) are distinguished. One of the K address contacts is “common”, the rest (K-1) are combinable. The required number of address contacts is determined by the number N of emitters AFAR:

N≤2(^K-1), где К - количество адресных контактов.N≤2 ( ^K-1 ), where K is the number of address contacts.

Изготавливают N КУ 5 следующим образом. Выполняют индивидуальную n-ю комбинацию адресных контактов на одной из частей разъемных соединений каждого n-го КУ. Например, на выходе КУ в данной реализации изобретения. При этом определенные для каждой n-ой комбинации (К-1) комбинируемых адресных контактов перемычками замыкают на «общий». Для формирования, например, восьми различных индивидуальных адресов для восьми ПМ 2 выделяют хотя бы 4 адресных контакта. Управляющие контакты оставляют неизменными.Make N KU 5 as follows. An individual nth combination of address contacts is performed on one of the parts of the detachable connections of each nth KU. For example, the output KU in this implementation of the invention. Moreover, the jumpers that are defined for each nth combination (K-1) of combinable address contacts are shorted to “common”. To form, for example, eight different individual addresses for eight PM 2, at least 4 address contacts are allocated. The control contacts are left unchanged.

Изготавливают N ПМ 2 в виде конструктивно независимых модулей, выполненных с возможностью доступа внутрь их корпуса для замены отдельных фазовращателей. В отверстиях на стенках корпуса каждого модуля выведены части разъемных соединений: высокочастотных разъемов (информационный вход ПМ) для подключения многоканальных делителей, низкочастотных разъемов (управляющий вход ПМ), а так же соединения для подключения излучателя, которые могут быть как разъемными (посредством коаксиальных СВЧ-кабелей), так и неразъемными. ПМ 2 имеют одинаковый первоначальный электронный адрес (например, все адресные контакты приняты за «1» или «0», перемычек на «общий» нет). Проводят проверку и регулировку ПМ 2. При этом нет необходимости настройки регулировочного оборудования при смене модулей.N PM 2 is made in the form of structurally independent modules, made with the possibility of access inside their housing to replace individual phase shifters. In the openings on the walls of the housing of each module, parts of detachable connections are displayed: high-frequency connectors (PM information input) for connecting multi-channel dividers, low-frequency connectors (PM control input), as well as connections for connecting the emitter, which can be either detachable (through coaxial microwave cables), and one-piece. PM 2 have the same initial email address (for example, all address contacts are taken as “1” or “0”, there are no jumpers to “common”). Check and adjust PM 2. At the same time, there is no need to adjust the adjusting equipment when changing modules.

Собирают антенную решетку.Collect the antenna array.

Подключают N-канальные выходы m-ых Д 1 к соответствующим m-ым входам n-ых ПМ 2 посредством коаксиальных СВЧ-кабелей. Подключают УУ 4 ко всем ПМ 2, соединяя соответствующие управляющие и адресные контакты на n-ом выходном разъеме УУ 4 и входном разъеме n-го КУ 5, а также на выходном разъеме n-го КУ 5 (с n-ой коммутацией комбинируемых контактов на «общий») и входном разъеме n-го АУФ 6. То есть любой отрегулированный ПМ 2 при его установке в конкретное место АФАР в процессе сборки либо при ремонте, подключенный определенным КУ 5 будет иметь конкретный индивидуальный адрес, обусловленный индивидуальной коммутацией адресных контактов этого кабеля. Таким образом, подключая к УУ все ПМ индивидуальными КУ, задают индивидуальные двоичные адреса всем ПМ. Выход каждого n-го ПМ 2 подключают к соответствующему n-му ИЗЛ 3.Connect the N-channel outputs of the m-th D 1 to the corresponding m-th inputs of the n-th PM 2 through coaxial microwave cables. Connect UU 4 to all PM 2 by connecting the corresponding control and address contacts on the nth output connector of UU 4 and the input connector of the nth KU 5, as well as on the output connector of the nth KU 5 (with n-th switching of combined contacts on “Common”) and the input connector of the nth AUF 6. That is, any adjusted PM 2, when installed in a specific AFAR during assembly or during repair, connected to a specific KU 5 will have a specific individual address due to the individual switching of the address contacts of this cable . Thus, connecting to the UE all the PMs with individual KUs, they set individual binary addresses for all the PMs. The output of each n-th PM 2 is connected to the corresponding n-th UL 3.

Описание работы.Description of work.

Антенная решетка начинает функционировать при подаче необходимого напряжения питания на все элементы схемы, требующие питания.The antenna array begins to function when the required supply voltage is applied to all circuit elements requiring power.

УУ 4 предназначено для управления и синхронизации работы подключенных к нему устройств, а через них и АФАР в целом, функционирует на программируемых устройствах и реализует заложенные в него алгоритмы формирования лучей в каждом фазовращателе в соответствии с его индивидуальным рабочим адресом. Сформированные управляющие сигналы передают на управляющие контакты всех выходов УУ 4. Кроме того подают сигнал «лог 1» на «общий», «лог 0» - на остальные адресные контакты каждого из N выходов УУ 4. Управляющие сигналы поступают в каждый из ПМ 2 (АУФ 9) через управляющие контакты его низкочастотного входа. Кроме того, благодаря индивидуальной коммутации адресных контактов на одном из разъемов каждого КУ 5 в соответствующий ПМ 2 (АУФ 9) на адресные контакты, кроме «общего», подают индивидуальную двоичную комбинацию «лог 1» и «лог 0», определяющую соответствующий индивидуальный электронный адрес этого ПМ 2 (АУФ 9). При этом в АУФ 9, функционирующем на программируемых устройствах, считывают этот адрес либо при необходимости, либо периодически, либо при каждом включении АФАР. Таким образом, двоичный индивидуальный электронный адрес каждому ПМ 2 присваивают подключением его управляющего входа к соответствующему выходу УУ 4 посредством индивидуального КУ 5 и постоянной (либо периодической) подачей «лог 1» на «общий» и «лог 0» на остальные адресные контакты этого КУ 5 в функционирующей АФАР.UU 4 is designed to control and synchronize the operation of devices connected to it, and through them the AFAR as a whole, operates on programmable devices and implements the algorithms for generating beams in each phase shifter in accordance with its individual working address. The generated control signals are transmitted to the control contacts of all outputs of the control unit 4. In addition, a signal “log 1” is sent to “common”, “log 0” to the remaining address contacts of each of the N outputs of control unit 4. The control signals are supplied to each of the PM 2 ( AUF 9) through the control contacts of its low-frequency input. In addition, thanks to the individual switching of the address contacts on one of the connectors of each KU 5 to the corresponding PM 2 (AUF 9), the address contacts, in addition to the “common”, are supplied with an individual binary combination “log 1” and “log 0”, which determines the corresponding individual electronic The address of this PM 2 (AUF 9). Moreover, in AUF 9, which operates on programmable devices, this address is read either if necessary, or periodically, or each time the AFAR is turned on. Thus, a binary individual electronic address is assigned to each PM 2 by connecting its control input to the corresponding output of UU 4 by means of an individual KU 5 and constant (or periodic) submission of “log 1” to “common” and “log 0” to other address contacts of this KU 5 in a functioning AFAR.

По заданному в УУ 4 алгоритму работы из поступающего на управляющие контакты всех АУФ 9 общего потока управляющих сигналов в каждом АУФ 9 в соответствии с его рабочим индивидуальным адресом распознают и выделяют для дальнейшей работы предназначенную этому АУФ 9 часть этого потока данных. Структура каждой части в потоке, например, такая: «начало», «индивидуальный электронный адрес ПМ 2», «информация для установки определенных ФВ 6 этого ПМ 2», «конец». Согласно принятому алгоритму АУФ 9 формирует индивидуальные программы управления фазовым распределением фазовращателей (фазовые программы) для необходимой коррекции настроек определенных m-ых ФВ 6 в «своей» n-ой группе.According to the algorithm specified in UU 4, from the total control signal flow arriving at the control contacts of all AUFs 9 in each AUF 9 in accordance with its working individual address, a part of this data stream intended for this AUF 9 is recognized and allocated for further work. The structure of each part in the stream, for example, is: “beginning”, “individual email address of PM 2”, “information for installing specific PV 6 of this PM 2”, “end”. According to the adopted algorithm, AUF 9 generates individual programs for controlling the phase distribution of phase shifters (phase programs) for the necessary correction of the settings of certain m-th PV 6 in "their" n-th group.

Сигнал СВЧ-диапазона поступает на высокочастотный вход АФАР (на М N-канальных Д 1) и далее - в соответствующие N передающих каналов (из ПМ 2 и ИЗЛ 3). В каждом канале поступающие информационные высокочастотные сигналы фазируют настроенными М параллельными ФВ 6 n-ой группы, суммируют n-ым С 7, усиливают n-ым УМ 8 и передают через n-ый ИЗЛ 3. При этом свойства исходящих лучей могут быть различными, зависят от назначения конкретного исполнения АФАР и зависят от характеристик входящих в нее элементов (Д 1, ИЗЛ 3, УУ 4, ФВ 6, С 7, УМ 8, АУФ 9), от поступающей на Д 1 информации (одинаковая или различная, на одной частоте либо на различных частотах одного диапазона) и т.д. Все перечисленное не является предметом настоящей заявки, поэтому подробно не описывается.The microwave signal is fed to the high-frequency input of the AFAR (on M N-channel D 1) and then to the corresponding N transmitting channels (from PM 2 and UL 3). In each channel, the incoming high-frequency information signals are phased by tuned M parallel PV 6 of the n-th group, summed by the n-th C 7, amplified by the n-th CM 8 and transmitted through the n-th RL 3. In this case, the properties of the outgoing rays can be different, depend on the purpose of a specific AFAR design and depend on the characteristics of the elements included in it (D 1, IZL 3, UU 4, FV 6, C 7, UM 8, AUF 9), on the information received on D 1 (the same or different, at the same frequency either at different frequencies of the same range), etc. All of the above is not the subject of this application, therefore, is not described in detail.

Несмотря на то, что предлагаемое в качестве изобретения техническое решение многолучевой передающей активной фазированной антенной решетки описано со ссылкой на его конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что различные изменения по форме и содержанию могут быть сделаны без отступления от сущности и объема изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения. Например, каждое разъемное соединение может быть конструктивно выполнены в виде как одного, так и двух разъемов (для объединения в этих разъемах адресных и управляющих контактов).Despite the fact that the technical solution proposed as an invention for a multi-beam transmitting active phased array antenna is described with reference to its specific embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and content can be made without departing from the spirit and scope inventions defined by the appended claims. For example, each detachable connection can be structurally made in the form of either one or two connectors (for combining address and control contacts in these connectors).

Таким образом, несмотря на необходимость незначительного увеличения количества контактов в выходных разъемах УУ 4, разъемах КУ 5 и управляющих разъемах АУФ 9 для выделения дополнительных постоянно задействованных адресных контактов, достигаемый в предлагаемом изобретении технический результат позволяет значительно уменьшить затраты на изготовление, настройку, ремонт и обслуживание АФАР.Thus, despite the need for a slight increase in the number of contacts in the output connectors UU 4, KU 5 connectors and control connectors AUF 9 to highlight additional permanently involved address contacts, the technical result achieved in the present invention can significantly reduce the cost of manufacturing, configuration, repair and maintenance AFAR.

Claims

1. A multi-beam transmitting active phased antenna array (antenna array), configured to supply the required supply voltage to all elements requiring power, contains M (2≤M) multi-channel power dividers (D), the multi-channel output of each of which is connected to the corresponding m -th information input of the n-th (2≤n≤N) transmitting module (PM), the control input of which is connected to the control device (CU), and the output to the corresponding n-th emitter (UL), the inputs of the dividers form a multi-channel antenna input -th lattice, and emitters - its multipath output, each PM contains M parallel phase shifters (PV), the information input of each of which is connected to the corresponding m-th information input of the PM, and the output to the input of the adder (C) connected to the output of the PM through power amplifier (UM), characterized in that

The control unit contains N outputs, each of which is connected to the control input of the corresponding n-th PM through the n-th control cable (CC), at the input and output of which are installed some parts of at least two plug-in connections, the other parts of which are installed respectively on the mentioned n- m U output and control input of the n-th PM, and detachable connections contain control contacts and address contacts, one of which is “common”, and the rest (K-1) are combinable (N≤2 ^(K-1) ), while on one of the parts of one of the detachable joints made individually th combination of address contacts, which determines the individual binary address of this n-th PM, with each n-th PM contains an addresser and phase shifter control (AUF), the input of which is connected to the control input of the PM, and the output - with the control input of each of the M phase shifters this PM.

2. The antenna array according to claim 1, characterized in that the individual combination of address contacts is made on one part of one of the aforementioned detachable connections of each of the N KU.

3. The antenna array according to claim 1, characterized in that the UE contains additional inputs and / or outputs.

4. The antenna array according to claim 1, characterized in that it is mounted on a low-orbit spacecraft, a N> M.

5. The antenna array according to claim 1, characterized in that it is mounted on a high-orbit spacecraft, a N <M.