СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ МОБИЛЬНОЙ АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЁТКИ Российский патент 2021 года по МПК H01Q19/00 

Изобретение относится к области систем радиосвязи с использованием излучения, а именно к комбинированным конструкциям из активных антенных элементов и узлов, установленных на дронах, обеспечивающих суммарное повышение излучаемой мощности и формирующих требуемую диаграмму направленности антенной решетки. Основное предназначение способа построения мобильной активной фазированной антенной решетки для использования в технике радиосвязи, преимущественно, в диапазонах сверхдлинных-коротких радиоволн, на автономных объектах с низкой энерговооруженностью, в неудобных для размещения антенных устройств местах, без требований к подстилающей поверхности, в том числе для транспортных радиостанций и объектов Северного морского пути.

Известны буксируемые тросовые, около десятикилометровой длины, но практически изотропной направленности, антенны, выпускаемые из приспособлений фюзеляжей специальных самолетов в России ТУ-142 MP и в США Е-6 Mercury, смощными передающими комплексами, используемыми для ретрансляции сигналов оперативной связи с подводными лодками, с излучением в диапазонах сверхдлинных-длинных радиоволн (https://ru.wikipedia.org/wiki-Самолеты, http://janto.ru/repository/014/01.html). Недостатком известных антенн является отсутствие ярко выраженной направленности, требующей для обеспечения гарантированной связи с приемными устройствами даже на известных направлениях повышенных мощностей излучения.

Известен способ создания сверхнизкочастотной - низкочастотной (сверхдлинных - длинных радиоволн) передающей антенны и установка для его осуществления (патент RU №2717159 от 18.03.2020.Бюл. №8). В известном изобретении передающую вибраторную антенну мобильной передвижной платформы спередающей установкой удлиняют и настраивают, используя способ искусственной фотоионизации излучений неодимового и ультрафиолетового лазеров в атмосфере, для создания ионизированного проводящего канала-вибратора, который для увеличения электрической проводимости ионизационного канала в воздухе обогащают использованием соединения твердотельного аэрозоля Al₂O₃, путем распыления с поднятого над платформой и удерживаемого над каналом квадрокоптера, на котором установлен генератор твердого аэрозоля-порошка. Задают длину вибратора высотой проводящего канала ионизации атмосферы, не более, чем на 1-1,1 км, инастраивают путем излучения несущего колебания с устройством обязательного контроля напряженности электромагнитного поля.

Недостатками известного изобретения являются изотропная диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, влияние подстилающей поверхности на работу наземных антенн в используемых диапазонах длин радиоволн, длительное время развертывания в работоспособное положение комплекса входящих систем, сложность устройств точной механики и оптики по обеспечению юстировки и соосности пучков излучения лазеров при создании и настройке удлиняющей части вибратора в известном способе создания передающей антенны, необходимость обязательного использования устройств контроля напряженности электромагнитного поля из-за низкой надежности поддержания параметров в удлиняющей зоне вибратора и зависимость от состояния атмосферы.

Наиболее близким по назначению и основным существенным признакам является способ построения активной фазированной антенной решетки, являющийся отражением всеобъемлющего и универсального способа для систем радиосвязи и радиолокации, который и принят за прототип (патент RU №2717258 от 19.03.2020.Бюл. №8). В варианте известного способа построения активной фазированной антенной решетки размещают антенные элементы на передающих модуляхи формируют антенное полотно активной фазированной антенной решетки из таких передающих модулей, а во встроенном формирователе излучаемого антенной решеткой сигнала в каждом из передающих модулей формируют передаваемый сигнал с фазовыми соотношениями для создания направленной диаграммы, который в каждом передающем модуле усиливается встроенным усилителем мощности для применения, в основном, при реализации в плоских структурах пространственных антенных фазированных решеток, используемых, преимущественно, в сантиметровых диапазонах радиоволн. Недостатком прототипа является применение сложных устройств встроенных формирователей и элементов распределительной системы передаваемых сигналов к модулям с использованием циркуляторов и фазовращателей, введение в систему гетеродинов и устройств регулировки фазовых и амплитудных соотношений.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение процессов диаграммообразования активной фазированной антенной решетки и использование идентичных упрощенных передающих модулей с возможностью оперативного изменения необходимого количества в системе диаграммообразования, в зависимости от требуемых характеристик направленности и мощности излучаемого сигнала, с расширением функциональных возможностей и повышением живучести системы. Для решения указанной задачи предлагается способ построения мобильной активной фазированной антенной решетки, при котором для излучения сигналов используют установленные на дронах (носителях) антенные элементы, размещенные на передающих модулях, со встроенными, формирующими передаваемый сигнал и усиливающими его в усилителях мощности устройствами, при размещении дронов друг за другом для создания антенного полотна в направлении формирования направленного излучения.

Согласно изобретению, каждый из идентичных передающих модулей с антенными элементами устанавливают на дронах, находящихся в зависшем положении или синхронно летящих над земной поверхностью, размещают их друг за другом в направлении формирования направленного излучения для создания антенной фазированной решетки с режимом бегущей волны, при этом в каждом передающем модуле с помощью встроенного формирователя осуществляют от источника передачи сигнала прием сигналов прямым усилением на повышенной частоте и детектируют его, усиливают принятый сигнал встроенным усилителем мощности и подают на антенные элементы, при чем необходимые фазовые соотношения задержек для создания направленной диаграммы формируют за счет взаимного расположения дронов в пространстве.

Техническим результатом предлагаемого способа является расширение функциональных возможностей за счет упрощения процессов диаграммообразования активной фазированной антенной решетки путем применения приема сигналов для последующего излучения антенной решеткой с прямым усилением на повышенной частоте и детектирования, усиления по мощности и создания необходимых фазовых соотношений задержек при излучении сигналов антенными элементами полотна решетки без использования электрических фазовращателей, только за счет взаимного расположения дронов (носителей) в пространстве.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:

- в прототипе передающие модули антенных элементов усложненно соединены разной протяженности жесткими линиями связи с распределительной системой, с соответствующим их устройству коэффициентами затухания и укорочения длин используемых радиоволн, что требует необходимой корректуры фазовых и амплитудных величин. В то время как в предлагаемом способе соединительные линии отсутствуют;

- в прототипе формируют передающий луч с заданной формой электрически, путем управления установками фазовых и амплитудных соотношений передаваемого сигнала в каналах передающих модулей. В то время как в предлагаемом способе необходимые фазовые соотношения задержек для создания направленной диаграммы формируются за счет взаимного расположения дронов в пространстве и, нет необходимости применения дополнительных электрических регулировок, что позволяет использовать упрощенные идентичные передающие модули для всех антенных элементов;

- в прототипе формируют передающий луч с заданной формой электрически, путем управления установками фазовых и амплитудных соотношений передаваемого сигнала в каналах передающих модулей, что требует сложных схемотехнических и конструктивных решений по их реализации, снижающих эксплуатационные возможности и надежность работы устройств, а в предлагаемом способе не требуются такие усложнения, что позволяет использовать упрощенные идентичные передающие модули для всех антенных элементов;

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что используемые в способ построения мобильной активной фазированной антенной решетки устройства в указанной связи с остальными элементами приводит к расширению функциональных возможностей системы, причем возможна переустановка модулей на любые носители.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения мобильной активной фазированной антенной решетки из патентных источников и литературы не найдено, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На чертеже на фиг. 1 показана функциональная схема примера устройства реализации способа построения мобильной активной фазированной антенной решетки.

Устройство, реализующее предлагаемый способ содержит, антенные элементы 1 на передающих модулях 2,которые создают антенное полотно активной фазированной антенной решетки из N передающих модулей. Каждый из идентичных передающих модулей 2 с антенными элементами 1 установлен на дронах 3.Каждый передающий модуль 2 содержит встроенный формирователь 4 и встроенный усилитель мощности 5.

При реализации предложенного способа на примере, показанном на фиг. 1, выполняется следующая последовательность действий:

- выводят в точки для нахождения в зависшем положении группировку дронов 3, с установленными идентичными передающими модулями 2 с антенными элементами 1, размещая их в пространстве друг за другом в направлении формирования направленного излучения для создания антенной фазированной решетки с режимом бегущей волны, расставляя их друг от друга, например, на классическое расстояние L, равное четверти рабочей длины радиоволны;

- дроны (носители) могут зависать, барражировать, лететь, сохраняя строй и направленность при реализации в антенне бегущей волны;

- от источника передачи сигнала (на функциональной схеме не показан), сигнал на повышенной частоте, например, с амплитудной модуляцией требуемой для излучения частотой, которая также может иметь модуляцию, в каждом передающем модуле с помощью встроенного формирователя 4 принимают, усиливают на принятой повышенной частоте с прямым усилением и детектируют его;

- требуемая для излучения частота, после детектированная, которая может иметь модуляцию, подается на встроенный усилитель мощности 6 и после его на антенные элементы 1;

- ввиду идентичности передающих модулей 2 с антенными элементами 1, фазовые и амплитудные изменения при обработке принятых сигналов внутри модулей 2 также будут идентичными во всех модулях 2, однако фазовые соотношения удаленных от источника передачи сигнала модулей 2, будут измененными и при размещении модулей 2 друг за другом при расстоянии L, в направлении формирования направленного излучения на одной линии, равном четверти рабочей длины радиоволны, будут кратны 90 градусам, что обеспечит режим бегущей волны с выраженной направленностью суммарного излучения.

Дальнейшим развитием технического решения, применения предлагаемого способа, возможно его использование для реализации как пространственного, так и в комбинации с частотным разносов, например, при разнесении группировок предлагаемых мобильных активных фазированных антенных решеток на заданные расстояния друг от друга в направлении формирования направленного излучения на одной линии, как от одного и того же источника передачи сигнала, так и от нескольких с разными номиналами повышенных, требуемых для излучения частот в целях помехоустойчивости каналов связи.

Предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, обеспечивает создание активных фазированных антенных решеток, в диапазонах сверхдлинных-коротких радиоволн, где практически при наземном размещении антенных устройств их нельзя создать на автономных объектах с низкой энерговооруженностью, в неудобных для размещения антенных устройств местах, без требований к подстилающей поверхности, в том числе для аварийного использования этих диапазонов на транспортных средствах. Дополнительно к этому предлагаемый способ может использоваться в научно-исследовательских целях, преддверием строительства стационарных антенных устройств, например, при дооборудовании Северного морского пути, и наиболее дешевой реализацией резервных каналов радиосвязи, так как в качестве источников передачи сигналов могут быть использованы портативные, широко применяемые средства связи.

Использование: изобретение относится к области систем радиосвязи с использованием излучения, а именно к комбинированным конструкциям из активных антенных элементов и узлов, установленных на дронах, обеспечивающих суммарное повышение излучаемой мощности и формирующих требуемую диаграмму направленности антенной решетки. Сущность: систему из передающих модулей с антенными элементами устанавливают на дронах, находящихся в зависшем положении или синхронно передвигающихся над земной поверхностью, размещают их друг за другом в направлении формирования направленного излучения для создания антенной фазированной решетки с режимом бегущей волны. После чего осуществляют от источника передачи сигнала прием сигналов прямым усилением на повышенной частоте, детектируют его, усиливают принятый сигнал встроенным усилителем мощности и подают на антенные элементы. Технический результат: упрощение процессов диаграммообразования активной фазированной антенной решетки путем применения приема сигналов для последующего излучения антенной решеткой с прямым усилением на повышенной частоте и детектирования, усиления по мощности и создания необходимых фазовых соотношений задержек при излучении сигналов антенными элементами полотна решетки без использования электрических фазовращателей, только за счет взаимного расположения дронов (носителей) в пространстве. 1 ил.

Способ построения мобильной активной фазированной антенной решетки, при котором размещают антенные элементы на передающем модуле и создают антенное полотно активной фазированной антенной решетки из передающих модулей, чтобы во встроенном формирователе излучаемого антенной решеткой сигнала передающих модулей был сформирован передаваемый сигнал с фазовыми соотношениями для формирования направленной диаграммы, который в передающей части каждого передающего модуля усиливают встроенным усилителем мощности, отличающийся тем, что каждый из идентичных передающих модулей с антенными элементами устанавливают на дронах, находящихся в зависшем положении или синхронно передвигающихся над земной поверхностью, размещают их друг за другом в направлении формирования направленного излучения для создания антенной фазированной решетки с режимом бегущей волны, при этом в каждом передающем модуле с помощью встроенного формирователя осуществляют от источника передачи сигнала прием сигналов на повышенной частоте с прямым усилением и детектируют его, усиливают принятый сигнал встроенным усилителем мощности и подают на антенные элементы, причем необходимые фазовые соотношения задержек для создания направленной диаграммы формируются за счет взаимного расположения дронов в пространстве.