RU2282921C1 - Method for producing required phase distribution on elements of spatial phased antenna array and spatial phased antenna array (variants) - Google Patents
Method for producing required phase distribution on elements of spatial phased antenna array and spatial phased antenna array (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282921C1 RU2282921C1 RU2005107482/09A RU2005107482A RU2282921C1 RU 2282921 C1 RU2282921 C1 RU 2282921C1 RU 2005107482/09 A RU2005107482/09 A RU 2005107482/09A RU 2005107482 A RU2005107482 A RU 2005107482A RU 2282921 C1 RU2282921 C1 RU 2282921C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- matrix
- rows
- columns
- mixers
- Prior art date
Links
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике, в частности к активным пространственным фазированным антенным решеткам (ФАР), и может быть использовано при создании антенн с немеханическим качанием луча антенны.The invention relates to antenna technology, in particular to active spatial phased antenna arrays (PAR), and can be used to create antennas with non-mechanical swinging of the antenna beam.
Известны фазированные антенные решетки, схемы с фазировкой на промежуточной частоте и схемы с двойным преобразованием частоты (Книга Бененсона и др. "Антенные решетки", стр.184-187).Phased antenna arrays, phasing schemes at an intermediate frequency and double frequency conversion circuits are known (Book of Benenson et al. "Antenna Arrays", pp. 184-187).
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 presented 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 the phases from different local oscillators and the frequency is converted, these circuits use a local oscillator with a sweeping 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, H 01 Q 3/26, 14.12.2004, WO 03015212, H 01 Q 3/26, 20.02.2003, JP 2002158528, H 01 Q 3/26, 31.05.2002, обладают теми же недостатками.Known devices described in patents US 6831600, H 01
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 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.Other schemes for the formation of the necessary phase distribution in the aperture of a phased array are given in the book of A.S. 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 Fig. 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.
Недостатком данных устройств является большое число управляемых фазовращателей.The disadvantage of these devices is the large number of controlled phase shifters.
Частично данный недостаток устранен в техническом решении, характеризующем устройство управления положением луча фазированной антенной решетки (ФАР), содержащее N каналов, включающих первые смесители, входы которых соединены с излучателями ФАР, а начиная с третьего канала - вторые и третьи смесители, при этом гетеродинные входы первых смесителей соединены с выходами соответствующих вторых смесителей, гетеродинные входы которых соединены с выходами соответствующих третьих смесителей, блок управления, первый кварцевый генератор, сумматор мощности, входы которого соединены с выходами первых смесителей соответствующих каналов, а выход является выходом ФАР, а также управляемой фазовращатель, четвертый и пятый смесители, второй кварцевый генератор, выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого смесителей, выход первого кварцевого генератора соединен с гетеродинным входом первого смесителя первого канала, входом фазовращателя и вторым входом четвертого смесителя, выход фазовращателя соединен с гетеродинным входом первого смесителя второго канала, сигнальным входом третьего смесителя третьего канала и вторым входом пятого смесителя, выход пятого смесителя соединен с гетеродинными входами третьих смесителей всех каналов, начиная с третьего, сигнальные входы третьих смесителей n-х каналов соединены попарно, начиная с четвертого канала (SU 1406676, H 01 Q 3/26, 30.06.1988).Partially, this drawback was eliminated in the technical solution characterizing the device for controlling the position of the beam of the phased array antenna (PAR), containing N channels, including the first mixers, the inputs of which are connected to the radiators of the PAR, and from the third channel, the second and third mixers, while the heterodyne inputs the first mixers are connected to the outputs of the respective second mixers, the heterodyne inputs of which are connected to the outputs of the corresponding third mixers, a control unit, a first crystal oscillator, total power output, the inputs of which are connected to the outputs of the first mixers of the corresponding channels, and the output is the PAR output, as well as a controlled phase shifter, fourth and fifth mixers, a second crystal oscillator, the output of which is connected to the first inputs of the fourth and fifth mixers, the output of the first crystal oscillator is connected to the heterodyne input of the first mixer of the first channel, the input of the phase shifter and the second input of the fourth mixer, the output of the phase shifter is connected to the heterodyne input of the first mixer of the second channel, a signal the first input of the third mixer of the third channel and the second input of the fifth mixer, the output of the fifth mixer is connected to the heterodyne inputs of the third mixers of all channels, starting from the third, the signal inputs of the third mixers of the nth channels are connected in pairs, starting from the fourth channel (SU 1406676, H 01
Однако данное устройство представляет собой линейную (не пространственную) антенную решетку, следуя логике ее построения, невозможно создать пространственную фазированную решетку с минимальным числом управляемых фазовращателей.However, this device is a linear (non-spatial) antenna array, following the logic of its construction, it is impossible to create a phased spatial array with a minimum number of controlled phase shifters.
Технический результат способа и устройств заключается в создании активной антенной решетки с минимальным числом управляемых фазовращателей.The technical result of the method and devices is to create an active antenna array with a minimum number of controllable phase shifters.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ получения требуемого фазового распределения на элементах пространственной фазированной антенной решетки, заключающийся в том, что осуществляют управление фазами сигналов на когерентных служебных частотах столбцов и строк, получающихся на задающем смесителе из двух задающих частот, причем сигналы служебных частот, несущие информацию о требуемой фазе сигнала для каждого столбца и строки, суммируются на смесителях излучателей фазированной антенной решетки, а суммарные сигналы, несущие информацию о фазе каждого элемента решетки, требуемой для качания луча антенны, подают на выходной усилитель решетки или используют как носители требуемой фазы в формировании других сигналов элемента фазированной антенной решетки, а также пространственная фазированная антенная решетка, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы служебных частот f и Δf, выходные сигналы f1=f+Δf и f2=f-Δf которого через соответствующие фазовращатели подаются соответственно на строки и столбцы матрицы, в точках пересечения строк и столбцов матрицы расположены смесители, выходы которых соединены с входами соответствующих усилителей, и пространственная фазированная антенная решетка, выполненная в виде матрицы и содержащая задающий смеситель, на который подаются сигналы служебных частот f и Δf, выходные сигналы f1=f+Δf и f2=f-Δf которого через соответствующие фазовращатели подаются соответственно на строки и столбцы матрицы, в точках пересечения строк и столбцов матрицы расположены смесители, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих приемных смесителей, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих усилителей.To achieve the specified technical result, a method is proposed for obtaining the required phase distribution on the elements of a spatial phased antenna array, which consists in controlling the phases of the signals at the coherent service frequencies of the columns and rows obtained on the master mixer from two driving frequencies, the service frequency signals carrying information on the required phase of the signal for each column and row are summed up on the mixers of the emitters of the phased antenna array, and the sum Signal signals that carry information about the phase of each element of the array required to swing the antenna beam are fed to the output amplifier of the array or used as carriers of the desired phase to generate other signals of the element of the phased array, as well as a spatial phased array made in the form of a matrix and containing defining a mixer, to which the service signals are frequency f and Δf, the output signals f 1 = f + Δf and f 2 = f-Δf which through respective phase shifters are respectively in row and column s matrix at the intersections of rows and columns of the matrix are arranged mixers whose outputs are connected to inputs of the respective amplifiers, and spatial phased array antenna, designed as a matrix and containing a given mixer, to which are fed signals official frequency f and Δf, the output signals f 1 = f + Δf and f 2 = f-Δf which through respective phase shifters are respectively to rows and columns of a matrix at the intersections of rows and columns of the matrix are arranged mixers whose outputs are connected to the first strokes corresponding receiving mixers, whose second inputs are connected to outputs of the respective amplifiers.
Поясним заявленный способ - осуществляется формирование сигналов служебных частот строк и столбцов, в каждой строке и столбце устанавливается по одному фазовращателю, которые и создают на служебной частоте необходимую для данной строки или столбца фазовую задержку.Let us explain the claimed method - the formation of signals of service frequencies of rows and columns is carried out, in each row and column one phase shifter is installed, which creates the phase delay necessary for a given row or column at the service frequency.
Сигналы служебных частот строки f1=f+Δf и столбца f2=f-Δf получаются на одном задающем смесителе.The service frequency signals of the row f1 = f + Δf and the column f2 = f-Δf are obtained on one master mixer.
На каждый элемент решетки поступают сигналы служебных частот с фазой:For each element of the lattice, service frequency signals with a phase are received:
- строки ψ1=f1t+φ1- rows ψ1 = f1t + φ1
- столбца ψ2=f2t+φ2,- column ψ2 = f2t + φ2,
где φ1 и φ2 - требуемые для качания луча антенны фазовые сдвиги по строкам и столбцам.where φ1 and φ2 are the phase shifts in rows and columns required for rocking the antenna beam.
На элементе решетки сигналы служебных частот складываются на соответствующем смесителе и перед излучением усиливаются. Суммарная частота, излучаемая элементом решетки как несущая частота, имеет фазуOn the grating element, the service frequency signals are added to the appropriate mixer and amplified before radiation. The total frequency emitted by the lattice element as the carrier frequency has a phase
ψ=(f1+f2)t+φ1+φ2=2ft+φ1+φ2.ψ = (f1 + f2) t + φ1 + φ2 = 2ft + φ1 + φ2.
На фиг.1 показаны функциональная схема передающей решетки, построенная по предлагаемому способу формирования требуемых фазовых распределений в раскрыве антенны, где 11-1N - фазовращатели строк, 21-2N - фазовращатели столбцов, 3 - задающий смеситель, 41-4NM - смесители излучателей, 5 - передающий усилитель.Figure 1 shows the functional diagram of the transmitting array, constructed by the proposed method of forming the required phase distributions in the aperture of the antenna, where 1 1 -1 N - phase shifters of the rows, 2 1 -2 N - phase shifters of the columns, 3 - master mixer, 4 1 -4 NM - emitter mixers, 5 - transmitting amplifier.
На фиг.2 показаны функциональные схемы приемной решетки и ее элемента, где 11-1N - фазовращатели строк, 21-2N - фазовращатели столбцов, 3 - задающий смеситель, 41-4NM - смесители излучателей, 5 - приемный усилитель, 6 - приемный смеситель.Figure 2 shows the functional diagrams of the receiving grating and its element, where 1 1 -1 N - phase shifters of the rows, 2 1 -2 N - phase shifters of the columns, 3 - master mixer, 4 1 -4 NM - emitter mixers, 5 - receiver amplifier , 6 - receiving mixer.
Принятый элементом решетки сигнал частоты Fпр и фазы ψ=Fпрt-φ1-φ2 после усиления поступает на смеситель, где смешивается с суммой служебных сигналов, получающейся на выходе смесителя. Сигнал на выходе смесителя уже не несет информации о фазовых задержках, получающихся на элементах антенной решетки в результате изменения направления прихода радиосигналов.The frequency signal Fpr and phase ψ = Fprt-φ1-φ2 received by the lattice element after amplification is fed to the mixer, where it is mixed with the sum of service signals obtained at the mixer output. The signal at the mixer output no longer carries information about the phase delays obtained at the elements of the antenna array as a result of a change in the direction of arrival of the radio signals.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005107482/09A RU2282921C1 (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Method for producing required phase distribution on elements of spatial phased antenna array and spatial phased antenna array (variants) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005107482/09A RU2282921C1 (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Method for producing required phase distribution on elements of spatial phased antenna array and spatial phased antenna array (variants) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2282921C1 true RU2282921C1 (en) | 2006-08-27 |
Family
ID=37061387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005107482/09A RU2282921C1 (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Method for producing required phase distribution on elements of spatial phased antenna array and spatial phased antenna array (variants) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2282921C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2334319C1 (en) * | 2007-03-20 | 2008-09-20 | Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" | Universal self-focusing active spaced transceiver backfire array |
| RU2354017C1 (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method for electronic scanning of phased array beam |
| RU2366968C1 (en) * | 2007-11-27 | 2009-09-10 | Марина Витальевна Самойленко | Method for determination of amplitude-phase distribution of received signal field in aperture of phased antenna array |
| WO2017121029A1 (en) * | 2016-01-15 | 2017-07-20 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Overlapping linear sub-array for phased array antennas |
| CN116526160A (en) * | 2023-05-06 | 2023-08-01 | 时域无限(昆山)科技有限公司 | Implementation method of phased array antenna with variable array element number |
| RU2805384C1 (en) * | 2023-06-09 | 2023-10-16 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" | Method for beam control in active phased array antenna |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5162804A (en) * | 1991-05-17 | 1992-11-10 | Hughes Aircraft Company | Amplitude distributed scanning switch system |
| EP0880196A1 (en) * | 1997-05-23 | 1998-11-25 | Thomson-Csf | Compact monopulse source for an antenna with optical focusing |
| RU2141706C1 (en) * | 1998-07-06 | 1999-11-20 | Военная академия связи | Method and device for adaptive spatial filtering of signals |
| RU2162260C2 (en) * | 1994-04-18 | 2001-01-20 | Интернэшнл Мобайл Сэтеллайт Организейшн | Antenna system |
| RU2183891C2 (en) * | 2000-07-20 | 2002-06-20 | Виноградов Лев Георгиевич | Shaping method and device for small-size phased- array radar antenna with width-controlled directivity pattern |
| EP1365474A2 (en) * | 2002-05-21 | 2003-11-26 | Nec Corporation | Antenna transmission and reception system |
| EP1489758A1 (en) * | 2002-03-22 | 2004-12-22 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Radio device, spatial path control method, and spatial path control program |
-
2005
- 2005-03-18 RU RU2005107482/09A patent/RU2282921C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5162804A (en) * | 1991-05-17 | 1992-11-10 | Hughes Aircraft Company | Amplitude distributed scanning switch system |
| RU2162260C2 (en) * | 1994-04-18 | 2001-01-20 | Интернэшнл Мобайл Сэтеллайт Организейшн | Antenna system |
| EP0880196A1 (en) * | 1997-05-23 | 1998-11-25 | Thomson-Csf | Compact monopulse source for an antenna with optical focusing |
| RU2141706C1 (en) * | 1998-07-06 | 1999-11-20 | Военная академия связи | Method and device for adaptive spatial filtering of signals |
| RU2183891C2 (en) * | 2000-07-20 | 2002-06-20 | Виноградов Лев Георгиевич | Shaping method and device for small-size phased- array radar antenna with width-controlled directivity pattern |
| EP1489758A1 (en) * | 2002-03-22 | 2004-12-22 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Radio device, spatial path control method, and spatial path control program |
| EP1365474A2 (en) * | 2002-05-21 | 2003-11-26 | Nec Corporation | Antenna transmission and reception system |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2334319C1 (en) * | 2007-03-20 | 2008-09-20 | Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" | Universal self-focusing active spaced transceiver backfire array |
| RU2354017C1 (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method for electronic scanning of phased array beam |
| RU2366968C1 (en) * | 2007-11-27 | 2009-09-10 | Марина Витальевна Самойленко | Method for determination of amplitude-phase distribution of received signal field in aperture of phased antenna array |
| WO2017121029A1 (en) * | 2016-01-15 | 2017-07-20 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Overlapping linear sub-array for phased array antennas |
| US10320087B2 (en) | 2016-01-15 | 2019-06-11 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Overlapping linear sub-array for phased array antennas |
| CN116526160A (en) * | 2023-05-06 | 2023-08-01 | 时域无限(昆山)科技有限公司 | Implementation method of phased array antenna with variable array element number |
| RU2805384C1 (en) * | 2023-06-09 | 2023-10-16 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" | Method for beam control in active phased array antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Eker et al. | Exploitation of linear frequency modulated continuous waveform (LFMCW) for frequency diverse arrays | |
| Toso et al. | Sparse and thinned arrays for multiple beam satellite applications | |
| US7183995B2 (en) | Antenna configurations for reduced radar complexity | |
| US20060152403A1 (en) | Method and apparatus for a frequency diverse array | |
| ATE377265T1 (en) | FREQUENCY SELECTIVE BEAM FORMING | |
| JP2019503621A (en) | Phased array antenna with subarray | |
| JP2000244224A (en) | Multi-beam antenna and antenna system | |
| RU2282921C1 (en) | Method for producing required phase distribution on elements of spatial phased antenna array and spatial phased antenna array (variants) | |
| CN107431278A (en) | Communication device and wireless communication equipment | |
| WO2016183797A1 (en) | Phased array chip, and phased array beam scanning method and apparatus | |
| CN108461932B (en) | Low-complexity analog beam forming antenna array | |
| US20210249782A1 (en) | Network for forming multiple beams from a planar array | |
| Xu et al. | A switching-less true-time-delay-based beam probing approach for ultra-low latency wireless communications: System analysis and demonstration | |
| US20100225538A1 (en) | Frequency Mode Of Locking Phased Arrays For Synthesizing High Order Traveling Interference Patterns | |
| RU2410804C1 (en) | Multibeam active antenna array | |
| CN110048241A (en) | Two dimensional phased array, large-scale antenna array and transmitter | |
| US6255990B1 (en) | Processor for two-dimensional array antenna | |
| KR101007213B1 (en) | Antenna combiner for multiple radiation patterns in radar systems | |
| RU2312435C1 (en) | Back-scattered spaced transceiver antenna array | |
| US12381321B2 (en) | Distributed calculation of beamforming parameters for phased arrays | |
| JPH0746761B2 (en) | Array antenna feeding circuit | |
| RU2334319C1 (en) | Universal self-focusing active spaced transceiver backfire array | |
| Guo et al. | Recent studies on 4D antenna arrays and their applications to wireless electronic systems | |
| JP2013156054A (en) | Antenna device, module control method, and secondary surveillance radar apparatus | |
| Dong et al. | Low-cost irregular subarrayed wide-angle scanning array design for 5G and IoT applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170319 |