0
20:27:59 - 26.05.2018
Валюта: Р (RUB)
  • Р (RUB)
  • $ (USD)
  • € (EUR)
07:29:51 - 20.04.2018

Компоненты аналогового тракта

Введение

Устройства с фазированными антенными решетками отличаются от одноканальных систем тем, что позволяют одновременно формировать несколько лучей в одной антенне. Это значит, что можно использовать одно решение для передачи данных по нескольким каналам, или применительно к радиолокации — одновременно вести несколько целей. Что примечательно, здесь нет необходимости в механическом вращении антенны: достаточно лишь изменить фазовый фронт сигнала для каждого излучателя, чтобы повернуть направление луча.

Изначально фазированные антенные решетки предназначались для радиолокационных комплексов. Диапазоны частот работы радарных систем достигают 1024 Гц. Это очень большая полоса частот, разделенная на более мелкие участки из-за различных физических характеристик.

Деление длин волн на разные диапазоны проводилось по определенным критериям, которые возникли исторически. На данный момент в мире используется регламент Международного союза связи, предусматривающий новую классификацию и принятый в специализированной литературе

В качестве примера на рис. 1

1b.PNG


приведена информация по диапазонам работы радиолокационных станций, выделенная зеленым цветом.

Однако сегодня остается актуальным и традиционное название волновых диапазонов, также часто употребляемое в литературе, поскольку без этого бывает невозможно верно указать диапазон, ведь не всегда удается точно соотнести старую и новую градацию волн. На рис. 1 даны следующие обозначения:



• зеленый цвет — частоты, на которых работают радары;
• красный цвет — диапазоны частот по международному стандарту IEEE;
• фиолетовый цвет — старое обозначение частотных диапазонов по стандарту Западной Европы и стран НАТО.

В настоящее время ведутся исследования по внедрению ФАР в сети 5G. Данные частоты позволяют создавать антенные решетки размером с листок для заметок.

Рассмотрим компоненты, которые можно применить в многоканальных устройствах типа фазированных антенных решеток ФАР, на примере решений от компаний Anaren и API Technologies.

Готовые модули для систем с АФАР

Компания API Technologies производит готовые двух- и четырехканальные приемопередающие устройства для S-, С-, Х-диапазонов частот (рис. 2).

2b.PNG

Блок-схема управляемого четырехканального модуля приема-передачи показана на рис. 3.

3a.PNG




Схема одного канала приемопередающего модуля представлена на рис. 4.

4a.PNG

Данные модули легко монтируются в блоки для создания АФАР, как показано на рис. 5.

1.PNG

Отдельные компоненты для каналов ФАР

Рассмотрим варианты решений на основе отдельных компонентов производства компаний Anaren и API Technologies.

Основная структура одного канала в многоканальной системе выглядит, как на рис. 6. Итак, для построения данного тракта необходимы управляемый фазовращатель, аттенюатор и усилители мощности для предающей части и малошумящий усилитель для приемной части. Для развязки приемника и пере¬датчика часто используются циркуляторы или реле, далее перед приемником требуется установить защиту от перенапряжения, чтобы высокомощный сигнал не попадал в приемник. К основным элементам управляемой фазированной решетки относятся следующие компоненты:


• управляемый аттенюатор;
• управляемый фазовращатель;
• усилитель мощности;
• малошумящий усилитель мощности;
• умножитель частоты;
• делители сигналов;
• квадратурные делители

Рассмотрим более подробно указанные компоненты с точки зрения функционала основных параметров.

Управляемый аттенюатор

Основная цель применения управляемых аттенюаторов — подавление отдельных каналов в фазированной решетке при появлении внешних или внутренних помех. Кроме того, при они принимают участие в тестовых мероприятиях для подавления контрольного сигнала отдельных каналов.

В зависимости от типа управления аттенюаторы делятся на две категории: управляемые напряжением и с цифровым управлением (TTL).

Аттенюаторы, управляемые напряжением

Данные аттенюаторы просты в управлении: достаточно подать управляющее напряжение для определения коэффициента аттенюации. Основное отличие от аттенюаторов с цифровым управлением — плавное изменение аттенюации в зависимости от подаваемого напряжения. В аттенюаторах с цифровым управлением шаг аттенюации дискретный и зависит от кода управления. Варианты аттенюаторов представлены в таблицах 1, 2

1 2.PNG

.

Аттенюаторы с цифровым управлением

Новинка компании API — серия SmartStep Edge-Line, предназначенная для диапазона частот до 26,5 ГГц с шагом 0,5-10 дБ и общей аттенюацией 10-110 дБ. Для примера в таблице 2 приведены данные популярной серии 150Т.

Управляемый фазовращатель

Основным управляемым фазовращателем производства компании API Technologies является модель 984-1 с рабочим диапазоном до 6 ГГц и шагом в 10°, максимальное смещение фазы на частоте 6 ГГц — 630°.

Также применяются фиксированные и механические фазовращатели для выравнивания электрических длин кабельных сетей приемного и передающего трактов в зависимости от необходимости регулировки фазы между рабочими каналами.

Серия высокомощных фазовращателей с механизмом в виде тромбона


Характеристики:
• стандартные соединители типа N; доступны соединители SMA;
• высокая мощность (2500 ВтШ|К, 350 Втсред) и широкий диапазон фазового сдвига;
• материалы и обработка материалов MIL;
• серебряное покрытие из родия для превосходных вносимых потерь, долговечности и износа;
• доступны блокировка вала, поворотные счетчики и другие варианты управления.

Высокопроизводительные внутрилинейные фазовращатели

Характеристики:
• стандартные соединители SMA;
• конструкция: DC-26,5 ГГц;
• прецизионное выравнивание проводников для минимизации вариации по сравнению с полным перемещением фазы;
• материалы и обработка материалов MIL;
• доступны блокировка вала, поворотные счетчики и другие варианты управления.

Высокочастотные механические фазовращатели

Характеристики:
• доступны соединители 2,4 и 2,92 мм;
• частотный диапазон: DC-40 ГГц;
• точное выравнивание проводников для минимизации вариации по сравнению с полным перемещением фазы;
• прецизионная регулировка головки микрометра для повышения разрешения и точности настройки.

Усилитель мощности

Основное предназначение усилителей мощности — усиление исходного сигнала для дальнейшей передачи по передающим каналам на антенну и последующего распространения. Основными выхода, выходная мощность и коэффициент параметрами являются развязка входа и усиления. Данные параметры нужны при выборе оптимального усилителя и расчета дальности гарантированной работы станции. Основные усилители API Technologies представлены в таблице 3.

3.PNG

Малошумящий усилитель мощности

Данные усилители используются в приемных трактах для того, чтобы усилить входной сигнал и внести как можно меньше помех. Основные параметры для подбора подобных усилителей: уровень шума, ток компрессии и точки пересечения интермодуляции второго и третьего порядков IP2 и IP3, чтобы рассчитать нелинейность тракта и динамический диапазон усилителя. Компоненты показаны в таблице 4.

4.PNG

Делители сигналов

Делители сигналов распространены во многих приложениях, особенно в многоканальных системах. Они различаются количеством выходов и вносимыми потерями. Основным параметром таких устройств является баланс фазы и амплитуды на выходах делителя. Для примера представлены делители мощности для монтажа на печатную плату серии Xinger, чьи компоненты показаны в таблице 5.

5.PNG

Квадратурные делители

Они используются перед АЦП в приемном тракте для дальнейшей оцифровки сигнала и последующей его обработки как комплексное число с действительной и мнимой частью. В многоканальных системах важно иметь высокостабильный квадратурный делитель, способный сохранять свои характеристики в диапазоне -55...+85 °С. Стабильность квадратурного делителя повышает точность обработки сигнала и построения лучей, где малейшие потери в разности фаз между синусной и косинусной составляющей сигнала могут вызвать потери при обработке и дать искаженную картину входного сигнала. .

Наиболее интересные квадратурные мосты указаны в таблице 6
6.PNG



Умножитель частоты

Для того чтобы выйти на нужную высокую частоту, нередко применяют умножители частоты. Наиболее распространенные модели показаны в таблице 7.

7.PNG

Выводы

В настоящее время создание решений на основе фазированных антенных решеток упрощается с каждым годом, и в зависимости от рабочей частоты выбрать большинство компонентов аналогового тракта можно у трех-четырех производителей. Сегодня компоненты для АФАР доступны на рынке даже в условиях санкций. А элементы коаксиального тракта, без лишних уточнений по проекту, можно получить от изготовителя или от поставщиков, у которых данная номенклатура всегда имеется на складе. Что касается готовых модулей, они всегда выполняются индивидуально, поэтому производителю следует предоставить необходимую информацию, где и как будет эксплуатироваться данная система и выбрать нужную партию для заказа. Если говорить о готовых решениях, то имеет смысл обратить внимание на системы AAAU (Active Antenna Array Unit) от API Technologies с управляемыми модулями S-, С-, Х-диапазонов частот. На выходе вы получите оцифрованный сигнал для дальнейшей обработки.

С помощью отдельных компонентов легко можно собрать систему с ФАР как на основе модульных компонентов, так и для монтажа на печатную плату. Надо отметить, что при выборе компонентов для монтажа на печатную плату следует отдать предпочтение материалу на основе фольгированного PTFE с применением термопластика от компании Taconic, который обладает коэффициентом влагопоглохцения от 0,02%, тангенсом угла потерь от 0,0009 и высокой термостабильностью по всем трем осям, что необходимо для производства МПП.

При работе с модульными компонентами их можно связать посредством фазостабильных кабельных сборок Times Microwave Systems с применением диэлектрика TF4, например используя серию PhaseTrack.

07:29:51 - 20.04.2018
Возврат к списку