Цифровая приёмная подрешётка АФАР Х-диапазона с групповой оцифровкой сигналов от приемных излучателей на промежуточной частоте

В цифровых АФАР сигналы, поступающие на антенное полотно с заданного направления, оцифровываются на высокой частоте независимо (поканально) от каждого приемного излучателя (ПИ) [1, 3]. Сигналы ПИ по-канально поступают на малошумящие усилители (МШУ), далее на канальные усилители мощности (УМ), и наконец поступают на канальные (многоканальные) АЦП, формирующие поканально цифровые отсчеты амплитуд сигналов каждого ПИ. Введение в канальные приемные тракты УМ обусловлено необходимостью доведения уровня сигналов от ПИ до уровня необходимого для устойчивой работы АЦП. От канальных (многоканальных) АЦП сигналы ПИ поканально в цифровой форме поступают на аппаратуру цифровой обработки, включающую в том числе фильтрацию, синхронизацию, цифровое фазирование, синфазное суммирование и наконец обратное преобразование из цифровой формы представления в аналоговую с помощью выходного цифро-аналогово преобразователя (ЦАП) [2, 4].

Для Х-диапазона такая схема достаточно трудоемка из-за большого числа (порядка

500-1000) АЦП, сложной системы синхронизации и цифрового фазирования, большого объема (порядка 500 Гбайт) цифровой информации циркулирующей в аппаратуре цифровой обработки [3, 4].

Функциональная схема предлагаемого нами в данной работе варианта построения приемной подрешетки (ПП) АФАР Х-диапазона с групповой оцифровкой сигналов приемных излучателей (ПИ) на промежуточной частоте представлена на рисунке 1.

Сигнал S(t) поступающий на АФАР с заданного направления на высокой частоте ( f n =7,5 ГГц, ∆ f = 40 МГц) синхронно делится на 36 сигналов ПИ S i ( t , ∆ φ i ), где фазовое рассогласование ∆ φ i для заданного направления приемного луча АФАР определяется в блоке управления фазой антенной решётки (БУ-ФАР) в данном сеансе связи.

Сигналы S i ( t , ∆ φ i ) поступают на малошумящие усилители (МШУ) и далее синхронно суммируются. Сумма синхронных, но несинфазных сигналов ПИ поступает на усилитель мощности (УМ) и далее на смесители 1 и 2, в которых несущая частота опускается до промежуточной частоты (ПЧ) 25 МГц.

Рис. 1. Функциональная схема приемной подрешетки

АФАР Х-диапазона с групповой оцифровкой сигналов ПИ на ПЧ.

Суммарный сигнал S3= i Si (t, Лфi) на частоте 25 МГц (Лf = 40 МГц) поступает на АЦП (f АЦП = 100 МГц, такт АЦП Т АЦП = 10 нсек.) формирующий замеры амплитуды Z( tK), где tK - время замеров. Замеры Z(tK) в цифровой форме поступают в ПЛИС, где осуществляется их цифровая обработка и формирование расчетным путем замеров Z'(tк) амплитуды суммы синфазных сигналов £3=1 Si( t). Замеры Z'(tK) поступают далее на ЦАП (f цап= 100 МГц, такт ЦАП Т цап = 10 нсек), на выходе которого происходит восстановление сиг- нала S(t), но уже на промежуточной частоте 25 МГц.

Пересчет цифровых замеров амплитуды суммы несинфазных сигналов Z(tк) в цифро- вые замеры Z'(tк) амплитуды суммы синфаз ных сигналов ПИ осуществляется по форму ле:

Z'(t_k )

Z(t_k )*n²*cos(w п_Ч * t_k )

A p *cos(w _n4*t_k

+ ^Дф р )

, где

n – число излучателей в ПП;

А р - амплитуда суммы несинфазных сигналов от n излучателей;

Д^ р - фазовое рассогласование суммарного несинфазного сигнала относительно w_n 4 * t k ;

t к = Δt к * к, где Δt к – такт оцифровки АЦП, к – номер такта оцифровки.

А р , Д^ р , Д^ ! - рассчитывают предварительно в БУФАР для каждого направления луча АФАР в данном сеансе связи.

Цифровые замеры Z'(t к ) далее передают в ЦАП и преобразуют в аналоговый выходной сигнал S'(t).

Предложенный в настоящей работе цифровой способ синфазного сложения сигналов ПИ в ПП АФАР позволяет в 36 раз сократить число высоко скоростных АЦП в приемной части АФАР, существенно упростить аппаратную и программную части АФАР, на порядок сократить объем информации циркулирующей в аппаратуре цифровой обработки.