Матричная диаграммообразующая схема цифровой антенной решётки


DOI: 10.34759/trd-2019-109-12

Авторы

Шмачилин П. А. *, Шумилов Т. Ю. **

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

*e-mail: shmachilin@gmail.com
**e-mail: shumilovty@gmail.com

Аннотация

Процесс разработки современных радиоэлектронных средств связи и навигации предъявляет к оборудованию требования многофункциональности и высокой помехозащищённости. Высокие показатели в данной области могут быть достигнуты за счёт устранения потерь мощности, искажений и нестабильностей, вносимых элементами аналоговой части антенной системы путём перехода от аналоговых средств и методов к цифровым на наиболее ранних этапах обработки сигналов в полотне антенной решётки. В фазированных антенных решётках (ФАР) данный процесс привёл к появлению нового вида антенных устройств – цифровых антенных решёток (ЦАР). Проектирование ЦАР представляет собой сложный комплексный процесс, связанный, как с разработкой аналоговой части устройства, так и с разработкой схемы цифровой обработки сигнала (ЦОС), осуществляющей цифровое диаграммообразование (ЦДО). ЦАР состоит из антенных каналов, представляющих собой антенный элемент, подключённый к приёмопередающему модулю (ППМ). ППМ ЦАР включает в себя аналоговую часть фильтрации и усиления входного/выходного сигнала, а также модули аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналогового (ЦАП) преобразования. Процесс разработки ЦАР включает в себя разработку антенного элемента, выбор параметров аналоговой части, а также построение как цифровой, так и аналоговой части ППМ. Кроме этого, процесс разработки должен включать в себя построение схемы и разработку алгоритма ЦДО, обеспечивающих требуемые характеристики быстродействия и направленности в заданных частотных диапазонах. В работе рассмотрен один из вариантов реализации алгоритма ЦДО, обеспечивающий расширение полосы частот за счёт компенсации эффектов углочастотной чувствительности. Кроме этого в статье приведён анализ современной элементной базы, способной обеспечить реализацию данного алгоритма.

Ключевые слова:

цифровое диаграммообразование, цифровые антенные решётки, антенные решётки, углочастотная чувствительность луча, лучеформирование

Библиографический список

  1. Воскресенский Д.И. Бортовые цифровые антенные решетки и их элементы. – М.: Радиотехника, 2013. – 208 с.

  2. Воскресенский Д.И. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток. – М.: Радиотехника, 2012. – 744 с.

  3. Григорьев Л.Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. – М.: Радиотехника, 2010. – 144 с.

  4. Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки. – М.: Техносфера, 2012. – 560 с.

  5. Кондратьева С.Г. Многофункциональная бортовая антенная решетка интегрированного радиоэлектронного комплекса // Труды МАИ. 2012. № 52. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=29560

  6. Зыков Л.С. Многодиапазонные излучатели для активных фазированных антенных решёток (обзор) // Труды МАИ. 2015. № 82. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=58797

  7. Сучков А.В. Моноимпульсная волноводно-щелевая антенная решетка с частотным сканированием // Труды МАИ. 2016. № 86. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=66408

  8. Овчинникова Е.В., Рыбаков А.М. Печатная антенная решетка для бортовой радиолокационной станции сантиметрового диапазона // Труды МАИ. 2012. № 52. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=29558

  9. Зинин Е.Д., Мельников Г.А., Милосердов А.С. Перспектива использования фазированных антенных решеток в бортовых антеннах глобальной спутниковой сотовой связи // Труды МАИ. 2014. № 73. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=48566

  10. Арнольдова Е.А., Балалаев А.Ю., Зайцев А.Г. Результаты оценки эффективности многолучевых самофокусирующихся адаптивных антенных решеток радиоэлектронных систем // Труды МАИ. 2017. № 94. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=80903

  11. Слюсар В.И. Цифровые антенные решётки в мобильной спутниковой связи // Первая миля. 2008. № 4. С. 10 – 15.

  12. Слюсар В.И. Схемотехника цифрового диаграммообразования. Модульные решения // Электроника: наука, технология, бизнес. 2002. № 1. С. 46 – 52.

  13. Слюсар В.И. Цифровое формирование луча в системах связи: будущее рождается сегодня // Электроника: наука, технология, бизнес. 2001. № 1. С. 6 – 12.

  14. Mr.Nitesh Gaikwad, Mr. S. John Babu. A Digital multiple beam forming for phased array RADARs with parallel array processing // IOSR Journal of VLSI and Signal Processing (IOSR-JVSP), 2014, no. 1, С. 22 – 28.

  15. Caleb Fulton, Mark Yeary, Daniel Thompson, John Lake, Adam Mitchell. Digital Phased Arrays: Challenges and Opportunities // Proceedings of the IEEE, 2016, vol. 104, no. 3, March 2016 10.1109/JPROC.2015.2501804. C 487 – 503.

  16. HMCAD5831LP9BE // Analog Devices, 2019, available at: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/hmcad5831.pdf

  17. Воскресенский Д.И., Канащенков А.И. Активные фазированные антенные решётки. – М.: Радиотехника, 2004. – 488 с.

  18. Шмачилин П.А. Характеристики направленности антенных решёток при цифровой обработки сигнала на несущей // Антенны. 2011. № 3 (166). С. 47 – 57.

  19. Шмачилин П.А. Характеристики направленности ЦАФАР // Материалы конференции «Инновации в авиации и космонавтике». – М.: Изд-во МАИ, 2011. С. 77 – 78.

  20. Шумилов Т.Ю. Современное положение проблем построения цифровых антенных решёток и их модернизации // Гагаринские чтения −2016: тезисы докладов. – М.: Изд-во МАИ. 2016. С. 513 – 514.

  21. Шумилов Т.Ю. Шмачилин П.А. Моделирование матричной схемы цифрового диаграммообразования для цифровых антенных решёток // Иосифьяновские чтения – 2017: сборник тезисов. – М.: Изд-во НИИ электромеханики, 2017. С. 311 – 313.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2021

Вход