Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2025

58 Т ипы активных фазированных антенных решеток АФАР в исполнении FPA могут быть: 1. Аналоговыми, когда формирова- ние диаграммы направленности (ДН) осуществляется на несущей либо на промежуточной частоте. 2. Цифровыми, когда после необхо- димого усиления и аналого-цифро- вого преобразования сигналов в ка- налах АФАР формирование ДН осуществляется в цифровой форме с использованием цифровых сиг- нальных процессоров, выполняю- щих операции свертки или быстрого преобразования Фурье с последую- щим преобразованием цифровых данных к формату, пригодному для обработки сигналов в цифровых мо- демах. 3. АФАР также может быть гибрид- ной, объединяющей оба способа формирования ДН – аналоговый и цифровой. Например, апертура АФАР разбивается на подрешетки (субапертуры), в пределах которых аналоговым способом формируется ДН подрешеток, а вот обработка сигналов между субапертурами для получения суммарной ДН всей АФАР уже осуществляется цифро- вым способом. Принципиальным моментом яв- ляется то, что цифровая и гибрид- ная АФАР способны работать в многолучевом режиме, с максималь- ным количеством формируемых лучей, равным числу антенных эле- ментов, образующих АФАР, в то время как аналоговая АФАР может иметь один, два луча, максимум че- тыре. Но в большинстве приложе- ний для построения подвижных абонентских терминалов (АТ) спут- никовой связи для работы с низко- орбитальной группировкой для не- прерывного перехода с одного спут- ника на другой достаточно форми- рования на прием двух лучей. При работе с геостационарными спутни- ками связи достаточно одного пере- дающего и одного приемного лучей. Таким образом, использование циф- рового и гибридного способов фор- мирования лучей в АФАР АТ по- движной спутниковой связи, как более дорогих и менее энергетиче- ски эффективных, представляется нецелесообразным. Поэтому далее в данной статье уделим внимание применению аналоговых СВЧ МИС формирования лучей в АФАР АТ. М онолитные интегральные схемы для АФАР Технология FPA предполагает соз- дание ряда электронных и цифро- вых модулей АФАР в виде моно- литных интегральных схем (МИС, англ. MMIC). Ключевым элементом АФАР с ана- логовым способом формирования ДН в исполнении FPA является многоканальная СВЧ-микросхема в монолитном интегральном исполне- нии, реализующая концепцию “си- стема на кристалле” (СнК) (англ. SoC), выполняющая роль аналого- вой диаграммообразующей схемы (ДОС) (англ. beamformer) и каналь- ных усилителей ДОС [23]. Использование в конструкции па- нельной АФАР таких СВЧ МИС формирователя лучей на сегодняш- ний день является, видимо, един- ственно возможным путем создания многоэлементных АФАР с широкоу- гольным электронным сканирова- нием ( ~ ±60°...75°), то есть с плотной компоновкой излучателей для обес- печения автоматического наведения и отслеживания космического аппарата лучом антенны в движении или при перемещении спутника при работе в X-, Ku-, Ka-диапазонах [10–13]. Важным качеством, характеризую- щим АФАР, реализованной с ис- пользованием многоканальных СВЧ МИС формирования ДН, является возможность быстрого управления лучом – пространственным положе- нием луча (сканирование); формой ДН – ширина ДН, уровнем боко- вых лепестков; поляризационными характеристиками. Для управления поляризацией двухполяризацион- ный антенный элемент решетки с ортогональными линейными либо круговыми поляризациями, имею- щий два входа, объединяется с двумя каналами управления ампли- тудой, фазой приемной или пере- дающей СВЧ МИС. Управляя ам- плитудой, фазой каналов, можно добиться формирования излучения на прием, передачу с линейной по- ляризацией с программируемым углом наклона либо с круговой по- ляризацией левого, либо правого вращения [23]. АФАР предназначены для работы в диапазонах X, Ku или Ka и осно- ваны на запатентованных СВЧ МИС, которые позволяют электрон- ным способом формировать и скани- ровать лучом, проводя автоматиче- ский поиск и удерживание главного лепестка ДН на выбранном направ- лении в движении с использованием алгоритмов слежения, основанных на амплитудных либо фазовых мето- дах, при этом точность наведения и сопровождения достигает величин менее чем 0,1 ширины ДН АФАР. СВЧ МИС позволят создавать плос- кие масштабируемые панельные многолучевые передающие и при- емные антенны с произвольной фор- мой апертуры для излучения и приема электромагнитных волн с произвольной поляризационной конфигурацией (линейная-верти- кальная, горизонтальная, наклон- ная, круговая левого и правого вра- щения). Одна СВЧ МИС обслужи- вает несколько антенных элементов с произвольной поляризацией, кру- говой либо линейной поляризацией. Каналы управления амплитудой и фазой СВЧ МИС позволяют гибко управлять диаграммами направлен- ности АФАР на прием и передачу, обеспечивая автоматическое наведе- ние и сопровождение спутника связи, подстройки вектора поляри- зации в движении АТ [9, 11, 12,13]. П римеры аналоговых формирователей луча – СВЧ МИС Компания Xphased (Китай) специа- лизируется на создании АФАР, вос- требованных на рынках спутнико- вой связи и 5G. Один из основных коммерческих продуктов компа- нии – антенны спутниковой связи для GEO-/LEO-систем. При производстве АФАР Xphased использует технологию КМОП (англ. CMOS), что позволяет суще- ственно удешевить процесс про- изводства. Пассивная антенна и СВЧ МИС интегрируются на пе- чатную плату, называемую пане- С труктура абонентского терминала Xphased [19] Рис. 1