将发送器转向另一板，并且第一面板接收器开始接收反射信号。这时，发送器从第二面板发送脉冲，并且在第二面板处立即开始接收反射信号。因为仅存在一个移相器，所以两个面板都以相同相位工作。在第一面板接收全信号后，它开始等待，因为第二面板还没有完全接收信号，因为脉冲被稍后发送，并且禁止改变相位。只有在第二面板处完全接收信号之后，才可以改变该相位，并且沿另一方向发送下一脉冲。考虑到现代雷达使用相当长的脉冲，时间损耗对于常规监测来说将是重要的。此外，具有电子波束扫描的现代雷达系统不仅被用于常规空间监测。在检测目标时，波束中断常规监测，并且另外处理这些目标。在存在危险目标时，由常规监测时间导致对于它们的工作时间增加。对于对目标的工作时间，如现有技术中具有具备一个移相器的TRM的相控阵在沿相反方向同时工作时完全放松了其效率，因为沿远离阵列的另一侧的相同方向很可能没有目标。在这种情形中，当TRM使用根据本发明的装置时，相对的面板可以继续执行常规监测，或者独立于第一面板对目标工作。这就是使用具有一个移相器的TRM在常规监测的情形中造成时间和能势损耗，以及在对目标工作时造成另外的损耗的原因，这显著降低了雷达系统的效率，特别是当存在很多目标时，虽然这种情形恰恰需要高效的雷达。
[0026]如现有技术中具有具备单个移相器的TRM的相控阵是低效的或者一般不能用于通信系统。基于相控阵的通信系统用于接收和发送关于位于已知方向上的特定目标的数据。当对来自一侧的目标工作时，不可能在相同方向上具有来自另一侧的另一目标。在这种情形中，通信系统的效率将非常低，因为当从一侧对目标进行工作时，另一侧将根本不会工作。并且在使用这种系统作为转发器的情形中，它将根本不工作，因为需要从一侧的对象连续接收信息，并且立即将该信息发送给另一侧的另一目标。这些对象的方向相同是极为不可能的。
[0027]当在具有环视的传统雷达中使用四个APA时，分离的APA的面板通常不被垂直安装，而是与水平线成一角度。这产生了在垂直平面中增大雷达视野的情况。当分离的APA面板被安装为与水平线呈30°的角度时，并且当在垂直平面中的扫描是±45-60°时，雷达在垂直平面中相对水平线具有75-90°的视野，即，其覆盖整个半球。现有技术仅提供了在垂直平面中的面板的平行布置，这是该装置的明显缺点，因为在上部和/或下部视野半球中出现60-90°的大的盲视区域。为了补偿这个缺点，用于上半球的本发明的装置也可以用分离的APA面板制成，例如与水平线成30°的角度，并且用这种方式，在垂直平面中的整个视野将覆盖所有的上半球(参见图5)。然而在这种情形中，在下部TRM中会出现与损耗相关的一些问题，因为从TRM到辐射元件的距离相当远。增大视野区域以防止上述缺点的另一方式是使用另外的APA。
[0028]在对于目标45°的定位角度，距相同目标的距离即使在大约20km的飞行高度也将是约28km，这不太大。可以由包括具有低的总能势的传统TRM并且按照在上部视野扇区进行发射的方式在顶部安装的单个单侧二维APA(S)来提供以这种或更少的距离对目标的检测(参见图6)。这种APA需要在±45-60°的界限内在两个平面中进行扫描。在这种情形中，这种APA的总天线方向图将表现为具有90-120°的孔径角(±45-60° )的球体的一部分，这将使得能够采用雷达系统完全监视整个上半球。随着需要照射整个球体，在顶部和底部安装这样的APA。
[0029]考虑到在上部和/或下部视野扇区中与目标的距离相比于水平方向下降10倍，这种二维APA可以包括很少量的TRM，例如16 X 16个TRM，总共给出256个元件，然而这种APA的天线方向图将是8° X8°，这会影响上部和/或下部扇区中的雷达系统的分辨率，虽然在这些扇区中这种雷达系统的能势将是相当充足的。总体上，本发明的雷达系统在使用上部单侧APA时将具有6256个TRM，然而具有四个传统APA的雷达系统具有12000个TRM。
[0030]为了获得球形的视野区域，也可以使用单个二维双侧APA，其具有具备发送器的选择器开关的TRM、两个接收器和两个移相器(按照在上部和下部视野扇区进行发射并且相对于两个正交APA在水平和垂直平面中具有偏移的方式安装)，能够考虑数学上的视差(参见图7)。然后，具有球形视野区域的雷达系统以及尺寸为16X16个TRM的另外的双侧二维APA将包括6256个TRM。包括与水平线成一角度排列的四个APA和12000个TRM的雷达系统的传统设计遮盖了半球，并且通常不能提供球形视野区域。
[0031]为了覆盖依据本发明的具有二维双侧APA的装置的上部和/或下部视野扇区中的大盲区，不仅可以使用安装在顶部和/或底部的二维单侧APA，或者具有上部和下部视野扇区的单个二维双侧APA，而且可以使用实现相同功能的其他雷达结构，例如无源传递(passed)阵列、具有机械扫描的结构等。
[0032]图8公开了通过使用双侧一维和二维APA和单侧APA来构建船载雷达-通信桅杆以监视上部视野扇区的示例。船载雷达-通信桅杆包括透射线的雷达天线罩(30)、桅杆
(31)、S波段雷达的双侧二维APA (32)、S波段的双侧一维APA (33)、X波段雷达的双侧二维APA(34)、X波段通信系统的双侧一维APA(35)、X波段雷达的单侧二维APA，以监视上部视野扇区(37) ο
[0033]通过船载雷达-通信桅杆的示例，可以容易地观察到，不同波段的两个独立的雷达系统和两个独立的通信系统的安装提供了各个系统的全值环视，而没有由彼此和由桅杆形成的任何阴影扇区，因为双侧阵列在垂直和水平平面上偏移。把如旋转APA的结构或者现有技术中描述的“Y”形状的结构用于这样的四个系统将仅在安装在桅杆的顶部的系统中不会产生阴影扇区。其他三个系统将具有由桅杆和/或由彼此产生的阴影扇区，这显著影响了雷达或通信系统的效率。另外，如现有技术中具有《Y》形状的结构的最大扫描角度将是±30°。采用较大扫描角度，由相邻阵列产生的阴影将会出现。
[0034]根据本发明的装置公开的结构可以在声纳中高效地使用，在声纳中还使用有源相控阵，并且当前还关心2倍降低的TRM的数量。
[0035]工业实用性
[0036]根据本发明的装置可应用于使用APA的雷达、通信和声纳系统。
【主权项】
1.一种包括包含发送-接收模块的有源双面相控阵(APA)的接收器-发送器，所述发送-接收模块中的每一个包括两个辐射元件、发送器、两个接收器、两个隔离开关、混合器、移相器，其中，所述双面相控阵被制成一维或二维的，在保持环视的能力的同时把所述双面相控阵布置成在水平平面中彼此成75-105°的角度，所述发送-接收模块设有另外的移相器，上述两个移相器中的每一个都经由选择器开关持久地连接到接收器之一或发送器，并且发送器经由选择器开关和环行器连接到所述辐射元件，所述发送器能够在使用不同的频率和/或使用不同的信号编码的情况下交替地连接到所述辐射元件，与能够形成沿相反方向的至少两个独立波束的接收器接收模式的不同频率和编码对应，有源双侧相控阵在水平和/或垂直平面中相对于彼此偏移。2.如权利要求1所述的包括二维APA的接收器-发送器，其中，有源双侧相控阵的每侧的面板能够被布置成在垂直平面中彼此成一角度。3.如权利要求1所述的包括二维APA的接收器-发送器，其中，另外设有位于所述接收器-发送器之上和/或之下的至少一个雷达或通信站，使得能够在两个平面中扫描以向上和/或向下辐射。4.如权利要求3所述的接收器-发送器，其中，所述雷达或通信站被制成二维有源单侧相控阵。5.如权利要求3所述的接收器-发送器，其中，所述雷达或通信站被制成具有权利要求I的发送-接收模块的二维有源双侧相控阵，布置为在水平和垂直平面中相对于所述接收器-发送器具有位移。
【专利摘要】本发明涉及有源相控阵(APA)技术，并且在建立用于移动或固定对象的雷达站以及通信和声纳系统中可以获得广泛应用。采用本发明获得的技术效果包括：增加了能势和效率，以及在保持环视的同时降低了雷达系统或通信系统的成本，增大了垂直平面中的扫描区域，提供了形成沿相反方向的完全独立波束的能力并且不存在阴影扇区。由以下事实获得上述技术效果：在包括包含发送-接收模块的有源双面相控阵的接收器-发送器中，所述发送-接收模块中的每一个包括两个辐射元件、发送器、两个接收器、两个隔离开关、混合器和移相器，所述双面相控阵被制成一维或二维的，在保持环视的能力的同时把所述双面相控阵布置成在水平平面中彼此成75-105°的角度，所述发送-接收模块设有另外的移相器，两个移相器中的每一个都经由选择器开关持久地连接到接收器之一或发送器，并且发送器经由一开关和环行器连接到辐射元件，所述发送器可以在使用不同的频率和/或使用不同的信号编码的情况下交替地连接到辐射元件，与可以形成沿相反方向的至少两个独立波束的接收器接收模式的不同频率和编码对应，有源双侧相控阵在水平和/或垂直平面中相对于彼此偏移。
【IPC分类】H01Q21/00, H04B1/50
【公开号】CN104995796
【申请号】CN201380060211
【发明人】E·V·科姆拉科夫
【申请人】昆特里尔资产股份有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2013年12月18日
【公告号】CA2893735A1, EP2913891A1, WO2015084208A1