Конструкции дос для мар и фар

В фазированных антенных решетках применяются четыре основные пространственные конструкции и их комбинации: одномерные, плоские двумерные, цилиндрические и сферические. Конформные решетки (где поверхность антенны соответствует форме, например, самолета или ракеты) - частные случаи вышеупомянутых.

Упрощенная схема одномерной ФАР показана на рис.130. В данном случае линейная решетка используется для того, чтобы с помощью электроники сканировать лучом по углу места. Для фокусировки луча в азимутальной плоскости применяется несколько методов. В первом случае (рис.130, а) используется параболический рефлектор. Его можно заменить плоским раскрывом, если использовать синфазные диаграммообразующие схемы (ДОС) состоящие из горизонтальных строк. Фазовый сдвиг между элементами в плоскости угла места создается здесь с помощью фазовращателей. Установка фазы, определяющая направление луча по углу места, задается контролером системы сканирования. Азимутальное сканирование получено механическим вращением (качанием) антенны. В этой системе используется обычный приемник и передатчик.

Рис. 130. Одномерное сканирование.а) рефлектор и бинарная ДОС типа «елочка»;б) бинарная ДОС «елочка» в вертикальной игоризонтальной плоскости;в) рупор в вертикальной плоскости

Базовая схема антенной решетки с частотным сканированием показана на рис.131. Частотное сканирование было одним из первых, реализованных в действующем радаре. На рис.131, а,бпоказано два варианта формирования узкого луча в азимутальной плоскости. Поскольку частотаизлучаемого сигнала изменяется в соответствии с программой сканирования, то изменяется также имежэлементое фазирование, и, соответственно, луч перемещается. В качестве излучающих элементовмогут быть использованы щели в волноводе или полосковые излучатели. Для уменьшения уровнябоковых лепестков может применяться спадающее амплитудное распределение. Сканирование поазимуту получено механическим вращением антенны. Приемная часть радара обычна. Передатчикимеет усилитель мощности после задающего генератора, а для того чтобы получить требуемуюустойчивость частоты, используются кварцевые генераторы. Для получения различных положенийлуча частота изменяется дискретно с помощью синтезатора.

Рис. 131. Одномерное частотное сканирование.

а) система с частотным сканированием в одной плоскости может быть реализована с помощью спирального питания и рефлектора;

б) узкий луч в горизонтальной плоскости можно получить используя вместо рефлектора бинарную ДОС «елочка» в этой плоскости

Одномерная схема коммутационного сканирования может быть выполнена в форме кругового цилиндра, состоящего из решетки дисков Люнеберга. Диаграммообразующие схемы вертикального питания дает синфазный сигнал всем дискам. Электронное сканирование по азимуту получено с помощью электронно-переключаемой вертикальной ДОС, которая последовательно передает и принимает сигналы. При использовании нескольких передатчиков и приемников, питающих вертикальную ДОС, могут быть получено несколько лучей по азимуту.

Двумерное сканирование производится в конструкциях, использующих различные комбинации и модификации одномерных схем. В системах, где требуются широкополосные сигналы, применяются устройства с запаздыванием (real-time), например, различные типы геодезических линз. К двумерным системам плохо применимо частотное сканирование. Двумерное фазовое сканирование обеспечивается, если используется двумерная ДОС ячеистой структуры с ферритовыми или диодными фазовращателями в каждой ячейке, (рис.132). Такая схема построения ФАР может быть использована для передачи широкополосных сигналов, насколько позволяет полоса пропускания фазовращателей или устройств с временной задержкой. Следующим шагом в конструировании двумерных ФАР является использование радиолинзы, имеющей ячеистую структуру с ферритовыми или диодными фазовращателями в каждой ячейке (рис.133). Это решение известно как оптическое или пространственное питание решетки.

Рис. 132. Антенная решетка с бинарной ДОС «елочка» в горизонтальной и вертикальной плоскостях

Рис. 133. Антенная решетка с двумерным сканированием и оптическим возбуждением

Рассмотрим основные принципы построения диаграммообразующей схемы. Первым шагом в выборе ДОС является определение технических требований к ней. Перечислим основные из них.

- тип поляризации: однополяризационная и двухполяризационная;

- число одновременно существующих лучей: одиночный луч, моноимпульсные лучи, многолучевой режим;

- число передатчиков: одиночный передатчик, решетка модульных маломощных передатчиков;

- широкополосность: мгновенная ширина полосы, перестраиваемая частотная полоса;

- размеры решетки: апертурный и осевой размер, ограничения по объему;

- климатические требования;

- энергетические и тепловые характеристики;

- стоимостные характеристики.

Большинство материалов, представленных здесь относятся к ДОС, обеспечивающих одиночную поляризацию в решетке или же две последовательно коммутируемые поляризации, если переключение поляризации осуществляется на выходах системы питания. Двухканальные ДОС, используемые для одновременной двойной поляризации, могут быть построены таким же образом, но при этом нужно иметь две решетки излучателей в пределах того же самого межэлементного интервала. Пример двухполяризационной ФАР приведен на рис 134.

Рис. 134, а. Двухполяризационная фазированная антенная решетка. ДОС с последовательным питанием на симметричной полосковой линии с направленными ответвителями с

лицевой связью

Рис. 134, б. 2Двухполяризационная фазированная антенная решетка. Архитектура двухполяризационнойФАР со скрещенными микрополосковыми излучателями. ДОС разных поляризацийотделены проводящим экраном

Сложность построения ДОС зависит также от количества одновременно существующих лучей, которые нужно создать в пространстве. Мнолучевые решетки состоят из многоэлементных антенн, совместно использующих общую апертуру. Такие схемы привлекательны по функциональным возможностям и стоимости, но здесь имеются также дополнительные трудности в реализации из-за апертурных ограничений и взаимных связей между лучами, с которыми проектировщик должен бороться.

В ФАР может использоваться как один мощный передатчик, так и задающий маломощный с усилителями мощности в каждом модуле. Основное различие в этих двух вариантах - то, что в первом случае ДОС очень сложная и должна иметь малые диссипативные потери, в то время как во втором случае все узлы работают на малой мощности и обычно допустимы относительно высокие диссипативные потери. В промежуточных ситуациях, когда используется много модульных передатчиков, но их число меньше общего числа элементов решетки, должна быть выбрана соответствующая схема питания.

Требования к боковым лепесткам являются одними из основных в системе питания, которая должна эффективно распределить мощность или собрать ее от элементов решетки с надлежащей амплитудой. Требуемый уровень боковых лепестков определяет допустимое квантование по амплитуде в системе питания; т.е. количество элементов, которые запитаны одинаковой амплитудой. При проектировании системы питания должны рассматриваться два значения частотной полосы. Мгновенная ширина полосы - та пропускная способность, при которой достигается удовлетворительная работа при установке одного набора сигналов на управляющих устройствах. Перестраиваемая пропускная способность это та полоса, которая может быть получена с различными установками в управляющих устройствах. Хотя большинство систем питания, которые будут описаны, могут быть реализованы с большими мгновенными полосами, но на практике они будут разрабатываться с некоторой дисперсией, а для достижения желательной характеристики ее можно компенсировать управляющими сигналами. Степень, с которой это может быть сделано, определяется в соответствии с требованием мгновенной полосы.

Эффективность системы питания зависит от расположения усилителей в решетке. Это не столь важно, когда усилители имеются в каждом элементе решетки, но чрезвычайно важно, когда усилители есть только на входе ДОС.

Требования к размерам решетки и ее глубине могут быть решающими в выборе системы питания. Конечно, система питания для маленькой апертуры не может быть аналогичной очень большой апертуре, и наоборот, системы питания для апертур размером порядка сотен длин волн, не могут работать с апертурой, размер которой меньше 10 длин волн. Трудности в конструктивных решениях зависят от рабочей частоты, размера апертуры и числа лучей, а также от требуемой устойчивости к ударам, вибрации и условий окружающей среды. Тепловой режим обеспечивается за счет удаления излишнего тепла, вызванного потерями СВЧ энергии в линиях передачи ДОС, а также в предотвращении формирование льда и накопления снега.

Типы ДОС. В настоящее время известно много схем питания ФАР, реализованных на практике. Причем, одна и та же схема питания применяется во многих действующих антеннах, а некоторые, предложенные в литературе, так и не были осуществлены. Из-за большого разнообразия осуществленных и неосуществленных систем питания, их трудно классифицировать.По одному из способов классификации все схемы разбивают на три группы:

- принудительное питание на линиях передачи;

- полупринудительное питание;

- непринудительное (пространственное) питание.

При принудительном питании относится в схемах, энергия направлена только по линиям, определенным проводниками линий передачи.

При непринудительном питании используется схема оптического (пространственного) питания. Это относится к тем схемам, где энергия излучается от рупора и без каких-либо проводников принимается решеткой элементов, а затем энергия поступает на излучающую решетку.

Промежуточное звено между этими двумя типами называется полупринудительным питанием, когда энергия в одном измерении распространяется по линиям передачи, а в другом идет по свободному пространству. Принудительное и полупринудительное питание может использоваться для линейных одномерных и плоских двумерных антенных решеток, в то время как пространственное питание - только для плоских двумерных.

Классификация схем принудительного питания может быть разделена на параллельные и последовательные типы. Параллельные системы питания построены повторяющимися ветвящимися соединениями (типа «елочка») так, что путь от каждого выхода до входа одинаковый.

Последовательное питание строится из каскадного соединения ответвителей так, что сигнал к первому выходу проходит через один ответвитель, сигнал ко второму выходу - через два ответвителя и так далее. Сигнал к последнему выходу проходит через все ответвители. Обе эти схемы могут быть построены на неразвязанных (реактивных) делителях, а также на балансных делителях или гибридных мостах с нагрузками. Кроме того, на параллельных и последовательных схемах питания могут реализовываться моноимпульсный и многолучевой режимы.

Классификация пространственных ДОС подразделяет все схемы на проходные и отражательные. В отражающих схемах один и тот же элемент используется для приема сигнала от облучателя и переизлучения мощности в нужном направлении, а в проходной схеме эти функции разделены, т.е. имеются два излучателя: один на прием от облучателя, другой для передачи волны в нужном направлении. Обе эти схемы параллельного типа.

Полупринудительные схемы питания наименее разработаны в настоящее время. Радиальные разветвители представляют собой плоскопараллельную двухплоскостную линию, например, на базе расширяющейся радиальной линии, где выходы распределены на 360⁰ относительно входа. Они могут быть расположены в том же самом уровне в параллельной конфигурации или в нескольких уровнях при последовательно-параллельной конфигурации. Для этого класса может быть использован и секторный рупор, за исключением того, что выходы располагаются в секторе, существенно меньшем 360⁰ относительно точки входа.

Общие характеристики ДОС. Некоторые общие замечания относительно характеристик разных типов питания можно сделать без детального их описания, что поможет в выборе типа системы питания, на этапе структурного синтеза.

Принудительное питание обеспечивает очень точную регулировку амплитуды в каждом элементе решетки. Это требуется для ФАР, где уровень боковых лепестков особенно критичен.

Менее точное управление амплитудой возбуждения обеспечивается пространственными схемами из- за конструктивных ограничений облучающего рупора и большой связи между элементами в выходной апертуре. Когда число элементов решетки очень большое, а значит стоимость делителей и линий передачи в варианте принудительной схемы высокая, то можно в этом случае выбрать пространственное возбуждение. Стоимость одного элемента в отражающейся конфигурации обычно ниже, чем в конфигурации передающей линзы, но ее эффективность и возможность управления амплитудным распределением несколько ниже.

Глубина системы питания (осевой размер), реализованной по принудительной схеме составляет порядка десятой части диаметра апертуры или меньше. Глубина схемы пространственного возбуждения не менее половины диаметра антенны или несколько больше. Это может иметь решающее значение при выборе схемы.

Принудительное питание вообще имеет преимущество для ФАР, работающих в агрессивной среде, так как вся система питания расположена позади апертуры и может находиться в достаточно защищенном объеме. Приемо-

передающие линзы должны быть полностью отделены вдоль границы распространения волн, и кроме того, эта область между рупором и приемной поверхностью линзы должна быть свободна от переотражающих преград. Отражательная ФАР очень удобна для реализации, поскольку ее апертура крепится очень надежно, за исключением облучающего рупора, установленного впереди.

Принудительное питание параллельного типа.На рис.135 показана ДОС для формирования одиночноголуча на базе каскадных неразвязанных двоичныхсоединителей типа «елочка». Если число уровней делениямощности n, то число выходов 2n , а число соединителей(2n-1). Если каждый соединитель заменить гибридныммостом, например, с нагрузкой в развязанном плече, тополучится согласованная схема (рис.136). Такая схемаимеет высокую точность сигналов в выходных портах инулевую связь между ними, если гибридные соединителиидеальны. Если все порты подсоединены к идентичным нагрузкам, то коэффициент отражения на входном порте будет равен коэффициенту отражения на каждом из выходных портов. Если коэффициенты отражения от нагрузок на выходных портах не нулевые, то отраженные от них волны будут поглощены нагрузками, имеющимися в плечах гибридного моста. Это показывает существенное отличие согласованных и несогласованных (реактивных) схем при их использовании в составе ФАР. Когда волновой фронт входящей волны совмещен с нулевым направлением диаграммы направленности, то мощность отражается в реактивной схеме и поглощается в нагрузках согласованной схемы.

Рис. 135. ДОС с неразвязанными тройнико- Рис. 136. ДОС с развязанными бинарны-

выми соединителями ми соединителями

Многолучевая ДОС.Параллельная схема многолучевой матрицы аналогична схеме, показанной на рис. 129, и имеет двоичное число соединительных элементов. В случае линейной решетки будет создано столько независимых лучей, сколько имеется излучающих элементов в апертуре. В схеме имеется 2n-1 соединителей на каждом из n уровней, т.е. n (2n-1) соединителей.

Диаграммообразующие схемы, рассматриваемые нами до сих пор, имели равную амплитуду на выходах. Однако для большинства систем требуется спадающее амплитудное распределение. Оно реализуется при помощи неравномерных делителей мощности реактивного или согласованного типа, у которых мощности в выходных плечах не равны. Зная требуемые амплитуды выходного сигнала, определяются соотношения коэффициентов деления мощности для соединителей первого уровня путем сравнения мощностей на смежных элементах. Далее мощности суммируются и определяются соотношения для деления на соединителях второго уровня. Этот процесс продолжается до тех, пока не доходят до первого уровня, то есть входного соединителя.

Принудительное питание последовательного типа.В ФАР используются два типа последовательных ДОС: на стоячей и бегущей волнах. Схема на стоячей волне формирует луч, расположенный под определенным углом к нормали, который не сканирует при изменении частоты. Питание бегущей волной используется для того, чтобы не выполнять условий фазировки в распределительной линии, т.е. не накладывать требований по кратности длинам волн между смежными выходами ДОС. В этой схеме при конструктивной простоте и компактности луч будет двигаться относительно нормали при изменении частоты передатчика (рис.137). Схема на стоячей волне более эффективна, но имеет более узкую полосу, по сравнению с аналогичной на бегущей волне (рис.138). Этот недостаток устраняется введением в цепь между выходным портом и излучателем фазовращателей.

Рис. 137. Последовательно питаемая ДОС Рис. 138. ДОС антенной решетки с

антенной решетки с частотным сканированием последовательным питанием на нап-

на направленных ответвителях равленных ответвителях

Полупринудительное питание.В одной из конструкций данного класса используется секторный рупор, который подобен питанию с плоско-параллельными пластинами, однако имеет поляризацию электрического поля параллельную широкой стенке раскрыва рупора. Экспериментальный рупор (рис.139) для питания подрешетки, который был изготовлен в Lincoln Lab, предназначен для создания равномерного возбуждения в нескольких излучающих элементах. Данная ДОС реактивного типа имеет высокое рассогласование на выходах из-за того, что на них находятся невзаимные диэлектрические фазовращатели. Эти устройства имеют высокое входное рассогласование, изменяющееся в зависимости от угла сканирования. Этот сильно расширяющийся Е-плоскостной рупор был использован в радиометрической ФАР диапазона 15 ГГц. В раскрыве рупора устанавливалась диэлектрическая линза для коррекции фазового фронта. Диаграмообразующая схема такого типа имеет лучшие характеристики, чем решетка, состоящая из малых рупоров, из-за высокой связи между рупорами.

Рис. 139. Секторный рупор в качестве ДОС 50-элементной ФАР диапазона 15 ГГц

Специальные схемы питания.В дуплексных ФАР необходимо подключить апертуру к передатчику в течении импульса, а в течении межимпульсного интервала переключить ее к приемнику. В зеркальных антеннах для этой цели используются антенные переключатели, состоящие из циркуляторов разрядников и т.д. В антенной решетке эта функция может быть достигнута при использовании фазовращателей, в качестве управляющих устройств. В принудительных ДОС это может быть выполнено с помощью двойного Т-моста (рис.140, б), если его разностный выход соединить с передатчиком. Приемник будет изолирован от отражений переданного импульса изоляцией гибридного соединения. Между подрешетками имеются секции линий передачи длинной 180⁰ , соединенные с выходами моста, при этом антенная решетка будет связана с приемником после переданного импульса. Подобный режим может быть реализован в схеме с оптическим возбуждением (рис.140, а), если рупора приемника и передатчика расположены на небольшом расстоянии друг от друга, а система управления фазовращателями переключает их в начале и в конце импульса. Такая схема имеет ограничение на минимальную дальность радара, из-за времени переключения фазовращателей. Схемы питания ФАР достаточно разнообразны, используются согласованные и реактивные делители мощности. Ряд ДОС включают в себя последовательные и параллельные схемы распределения мощности. Каждая схема имеет свои преимущества и недостатки. В данном разделе обсуждалась только высокочастотная часть схемы. Кроме того, важное значение имеют цепи цифрового управления фазовращателями, логические и ключевые схемы вычислителей, а также система поддержания температурного режима. В больших ФАР применяются системы принудительного охлаждения для ДОС и блока фазовращателей. Все перечисленные системы помещаются вместе с ДОС в одном и том же объеме позади апертуры. Взаимодействие всех распределительных систем и определяет работоспособность ФАР, а также ее окончательную конструкцию, позволяющую удовлетворить заданный набор эксплуатационных требований.

Рис. 140. Специальные схемы возбуждения:

а – дуплекс в оптической схеме возбуждения,

б – дуплексная АР на двойных Т-мостах

ДОС в оптическом диапазоне.Многофункциональные фазированные антенные решетки (ФАР) явля­ются современными радиоэлектронными комплексами, предназначен­ными для определения координат и частоты источника электромагнит­ного излучения в широком интервале углов и большой полосе частот. Решение этой задачи в чисто электронном базисе сталкивается со зна­чительными техническими трудностями. Из антенной техники известно, что распределение комплексной амплитуды электромагнитного поля в апертуре антенны и ее диаграмма направленности (ДН) связаны про­странственным преобразованием Фурье. Этот факт наводит на мысль о возможности применения оптических методов для обработки сигналов ФАР, поскольку в оптических системах пространственное преобразова­ние Фурье осуществляется предельно просто. Первая попытка решения задачи обработки сигналов ФАР с помощью оптических методов была предпринята Ламбертом в 1965 г.

ДОС Ламберта для обработки сигналов, принятых линейной ФАР, представляет собой, по сути дела, акустооптический спектроанализотор с пространственным интегрированием на основе многоканального АОМ (рис. 141). Сигна­лы, принятые (2N+1)- элементной ФАР, после гетеродирования, фильтрации и усиления поступают на входы (2N+1)-канального АОМ, помещенного в оптическую систему АОСПИ, в котором выполняется двумерное пространственное преобразование Фурье.

Для определения характеристик АОП найдем распределение интенсивности в плоскости (ξ,η) регистрации светового распределения. Сигнал, принятый n-м элементом ФАР и поступающий после гетеродинирования на n-йканал многоканального АОМ, имеет вид:

Рис. 141. ДОС на основе акустооптического процессора для обработки сигналов

линейной ФАР

Здесь и – законы амплитудной и фазной модуляции в принятом сигнале; τ – относительная временная задержка сигнала в соседних элементах ФАР, связанная направлением Θ на источник соотношением

,

d – расстояние между элементами ФАР; – скорость света.

В результате двумерного преобразования Фурье, осуществляемого сферической линзой Л, в ее фокальной плоскости получается распределение комплексной амплитуды светового поля:

В рассматриваемой ДОС Ламберта, принятые линейной ФАР сигналы разделяются в оптической системе пространствен­ным образом с помощью многоканального АОМ, т.е. естественным путем. Важным достоинством процессора Ламберта яв­ляется то, что он позволя­ет одновременно опреде­лять угловые координаты и частоты всех имеющихся в секторе обзора ис­точников. При этом угловое разрешение задается размерами апертуры ФАР, а частотное разрешение – временной апертурой одиночного канала АОМ. Последнее обстоятельство с учетом того, что временные аперту­ры реальных АОМ не превосходят нескольких десятков микросекунд, накладывает ограничение на точность определения частоты источника и делает в некоторых случаях невозможным определение доплеровского сдвига частоты. Как отмечалось выше, этот недостаток, присущий всем ДОС с пространственным интегрированием, может быть устранен при переходе к процессорам с временным интегрированием.

Волоконно-оптические ДОС

По мере совершенствования технологии гибридно-интегральных схем (ГИС) СВЧ основной проблемой создания конкурентоспособных ФАР современных технических комплексов становится не их высокая стоимость, а сложность системы разводки сигналов. Проблема распределения сигналов наиболее характерна как для больших ФАР, содержащих десятки и сотни тысяч из­лучателей, так и для АФАР, независимо от размеров. В таких ФАР необходимо распределять как основные сигналы, принципиально необхо­димые для работы и контроля параметров, так и вспомогательные – для ка­либровки и компенсации фазовых нестабильностей.

В соответствии с модульным принципом построения канал ка­ждого излучателя АФАР, включающий активные элементы в виде уси­лителей, преобразователей частоты, модулятора, устройств управления усилением и фазой, а также сам излучатель, конструктивно оформлен в виде самостоятельного блока – приемопередающего модуля (ППМ) АФАР.

Для обеспечения нормальной работы каждый модуль должен сопрягаться с большим количеством разнообразных сигналов. Поперечное сечение модуля, определяющее расстояние между излучателями, надо умень­шить, чтобы с одной стороны улучшить характеристики сканирования, а с другой – вписаться в заданные габариты, но при этом усложняется задача сопряжения модуля с многочисленными сигналами, необходи­мыми для его работы, особенно в СВЧ- и миллиметровом диапазонах.

Проблема торцевого распределения сигналов по модулям ФАР СВЧ- и миллиметрового диапазонов может быть принципиально разре­шена с использованием волоконно-оптической технологии, так как по сравнению с традиционными коаксиально - волноводно - меднопарными линиями передачи оптическое волокно (ОВ) не только имеет ма­лые поперечные размеры и вес, но обладает гибкостью, не чувствитель­но к электромагнитным радиопомехам, не создает электрического кон­такта между своим входом и выходом, имеет большую полосу пропус­кания (10-100 ГГц/км) и малые погонные потери (0,1-0, 5 дБ/км), а сис­темы, построенные на их основе, требуют меньшего энергопотребления. В своей эволюции волоконные диаграммообразующие схемы АФАР СВЧ прошли три основных этапа.

На первом этапе волоконные линии передачи просто за­мещали свои коаксиалъно-волноводные, полосковые или меднопарные аналоги, что не требовало принципиальной замены конструкции самих активных ППМ.

На втором этапе трансформации подверглись и сами схемы и принципы построения дискретных СВЧ-фазоврашателей и усилителей которые сначала просто модифицировались для более эффективного управления оптическими сигналами. Затем традиционные СВЧ-фазовращатели стали заменять их оптоэлектронными аналогами и управляемыми волоконными ЛЗ и, наконец, логически возникла идея новой конструкции ППМ, где на единой подложке объе­динялись как гибридно-интегральные схемы СВЧ традиционной части ППМ, так и новые интегрально-оптические структуры, причем при использовании всех перечисленных модификаций ППМ сохраня­лась неизменной традиционная стратегия диаграммообразования с по­мощью управления фазой и амплитудой сигналов в каждом модуле.

На третьем этапе была принципиально изменена и сама стратегия диаграммообразования так, что отпала необходимость в управле­нии фазой и амплитудой в каждом модуле, а нужная форма и положение в пространстве ДН формировались в реальном масштабе времени голографическими методами в когерентных оптических процессорах.

Для более подробного ознакомления рассмотрим некоторые варианты построения волоконно-оптических ДОС, использующихся на современных радиотехнических комплексах и обеспечивающих распределение сигналов по типовым модулям АФАР.

Анализ и классификация сигналов активного модуля ФАР. Анализ сигналов, сопрягаемых с ППМ АФАР, показал, что их можно условно разбить на три группы:

- фазостабильные непрерывные СВЧ-сигналы с высоким отношени­ем сигнал-шум (ОСШ), к которым относят опорный сигнал передатчика и₀,а также сигналы гетеродинов первого u₁ и второго и₂ преобразова­ния частоты f₀ принятого сигнала в первую (f₀ – f₁) и вторую (f₀ – f₁ – f₂) промежуточные частоты;

- широкополосный сигнал и_пр с большим компрессионным динами­ческим диапазоном CDR = 50...90 дБ, полученный из принятого АФАР сигнала в виде сигнала на промежуточной частоте (f₀ – f₁) после оди­ночного частотного преобразования частоты или в виде видеосигнала с полосой ΔF = =5…20 МГц (после двойного преобразования частоты);

- цифровые управляющие сигналы, используемые для передачи ин­формации объемом 10...20 бит со скоростью в несколько Мбит/с, к ко­торым относят сигналы управления усилением и_у и фазой u_ф, импульс­ные сигналы E_{ПРМ, ПРД} временной коммутации питания приемника и пе­редатчика, определяющие моменты запуска и форму импульсов пере­датчика и запирающие приемник во время работы передатчика, а также тестовые сигналы u_кон контроля температурного режима работы актив­ного прибора выходного каскада передающего канала каждого модуля.

Структурная схема волоконного канала передачи сигналов в ППМ АФАР. Любой из высокочастотных сигналов и₀, u₁ и и₂,цифровых сиг­налов управления u_{у прд}, и_{у прм}, u_{ф прд} и u_{ф прм}, импульсных сигналов коммутации питания усилителей E_ПРМ и E_ПРД, а также сигнал информа­ционной модуляции и_м может быть передан в ППМ АФАР по своему отдельному волоконному каналу (рис. 142). Структурная схема канала одинакова для передачи любого из этих сигналов и состоит из модули­руемого оптического источника, волоконного канала передачи, вклю­чающего волоконно-оптический делитель 1×N и N фотодетекторов. Различные требования к практической реализации этой схемы опреде­ляются параметрами и характеристиками передаваемых сигналов. Так для передачи высокочастотных сигналов u₀, и₁ и u₂ необходимо ис­пользовать в качестве оптического источника полупроводниковый ла­зерный диод (ЛД) с прямой модуляцией интенсивности оптического из­лучения и фотодиод (ФД), обладающие широкой полосой модуляции и фотодетектирования и малыми уровнями вносимых шумов.

Для передачи цифровых сигналов управления u_{у прд}, и_{у прм}, u_Фпрд,u_{Ф прм}и импульсов коммутации Е_ПРД и Е_ПРМ роль оптического источника может выполнить менее широкополосный полупроводнико­вый светоизлучающий диод (СИД), и фотодетектирование может быть выполнено фотодиодом с меньшей полосой фотодетектирования.

В схеме на рис. 142 величина N определяет число антенных элемен­тов в подрешетках АФАР и соответствующий коэффициент деления воло­конно-оптического делителя. Максимальная величина N_max определяется выходной мощностью ЛД, требуемым ОСШ в каналах АФАР, оптически­ми потерями волоконной ДОС и шумами, вносимыми ЛД и ФД.

Рис. 142. Структурная схема волоконно-оптического канала для передачи сигналов в ППМ АФАР

Структурная схема волоконного канала передачи сигналов из ППМ АФАР. В процессе работы АФАР ППМ передают в блок обработки сигна­лы двух видов – сигналы u_пр, полученные из принятых элементами АФАР сигналов на частоте f₀ и преобразованные на промежуточную частоту (f₀ – f₁) или прошедшие дополнительное второе преобразова­ние частоты и превращенные в видеосигналы, и цифровые или аналого­вые тестовые сигналы температурного датчика, установленного на вы­ходном усилителе передающего канала ППМ.

Волоконная система передачи сигнала u_пр должна обеспечить тре­буемое и сравнительно высокое значение динамического диапазона, по­этому она строится на основе внешних электрооптических модуляторов (ЭОМ), общее число которых равно числу ППМ или числу излучателей М в решетке АФАР.

Поскольку моноимпульсный режим приема АФАР предполагает пе­реключение режимов формирования суммарной ДН, разностной ДН, а также ДН в виде разности двух разностных ДН, апертура АФАР делится на четыре подрешетки по N элементов в каждой, причем М = 4N. Внутри каждой подрешетки волоконная ДОС АФАР, схема которой приведена на рис. 143. осуществляет с помощью волоконного сумматора N×1 синфаз­ное суммирование сигналов и_пр, принятых с выходов всех N антенных каналов или ППМ каждой подрешетки. Оптический делитель 1×N ис­пользуется для подачи на вход каждого ЭОМ немодулированной оптиче­ской несущей от одного ЛД. Для удобства электронной коммутации сум­марно-разностных режимов приема АФАР в схемах волоконной ДОС в ка­ждой из четырех подрешеток введена электронно-управляемая оптическая задержка суммарного сигнала с помощью волоконно-оптической линии за­держки (ВОЛЗ). Для формирования суммарной ДН всей АФАР все ВОЛЗ вводят одинаковый, близкий к нулевому фазо­вый сдвиг φ ≈ 0, и выходные сигналы от каждой подрешетки, синфазно просуммированные внутри нее, складываются на общем выходе ДОС.

Рис. 143. Структурная схема волоконно-оптической ДОС для передачи в блок обработки различных сигналов

Для формирования разностной ДН в двух выбранных подрешетках из четырех сигналы после синфазного суммирования внутри каждой подрешетки сдвигаются с помощью ВОЛЗ по фазе на φ = 180⁰ или на половину длины волны λ/2, после чего происходит суммирование сигналов с выходов всех четырех подрешеток, при этом, в зависимости от пространственного положения выбранных подрешеток, разностные ДН могут электронным способом переключаться относительно любой из координатных осей прямоугольной системы координат на плоскости. Для формирования ДН в виде разности разностей ДН подрешеток АФАР делится на четыре подрешетки по N элементов в каждой, и реализуется так называемое квадрупольное суммирование сум­марных сигналов с их выходов, при котором суммарные сигна­лы каждой из четырех подре­шеток суммируются на общем выходе АФАР с взаимным фа­зовым сдвигом φ= 90⁰ или с взаимной задержкой λ/4, что обеспечивается соответствую­щей коммутацией ВОЛЗ.