Типовая схема передающей ФАР

1. Структура курса

• Введение
– Фазированные антенные решетки и их назначение
• Теория ФАР
– Основные характеристики ФАР
– Диаграммоформирование в ФАР
• Техника ФАР
– Схемы возбуждения ФАР
– Принципы конструирования ФАР
• надежность ФАР
• принципы управления ФАР
– Калибровка и контроль ФАР
1

2. Типовая схема передающей ФАР

2

3. Основное соотношение управления ФАР

i
2
uxi vyi wzi i0 iwide
- длина волны
x, y, z - координаты элемента (обычно две)
u , v, w - направляющие косинусы (обычно два)
i0
iwide
- начальная фаза канала
- маска управления формой ДН (расширения луча)
3

4. Луч отжимается внутрь

(влияние ДН элемента)
4

5. Описание параметров алгоритма

Координаты
–
–
Длина волны
–
–
–
определяется по ТЗ
Прошивается в энергонезависимую память антенны
Передается как номер частотной точки
Начальная фаза
–
–
определяются «по чертежу»,
прошиваются в энергонезависимую память антенны
определяется при калибровке
Прошивается в энергонезависимую память антенны
Маска управления формой луча
–
–
–
Предвычисляется при проектировании антенны
Несколько наборов прошиваются в энергонезависимую память
Передается как номер расширения
• Направляющие косинусы
–
Передаются как параметр от внешнего управляющего устройства
5

6. Типовые требования к контроллеру

i
2
uxi vyi wzi i0 iwide
• Требования по быстродействию
• Требования к памяти
6

7. Расчет фазовых состояний в целых числах

Нормировка к
i
2
тогда
~
i 2 (u~
xi v~
yi Li0 )
(uxi vyi L0i )
N
ni round i
2
- номер состояния фазовращателя
~
ni round N (u~
xi v~
yi Li0 )
переход к целым числам
uˆ 215 u
û
u 15
2
2k
ni 8 15 (uˆxˆi vˆyˆ i )
2
xˆ 28 ~
x
xˆ
~
x 8
2
N 2k
округление автоматически
Два 16-разрядных умножения, 32-разрядное умножение, сдвиг
Для учета начальной фазы и расширения – 16-разрядные сложения
7

8. Бюджет памяти для констант диаграммоформирования

• На один канал:
– На одну частотную точку:
• Координаты элементов – 2*16
• Начальная фаза 1*16 (иногда больше)
– На один тип расширения
• Константа расширения 1*16
итого 6-8 байт на канал и частотную точку
Для крупной сложной антенны - мегабайты
8

9. Альтернатива: пред-вычисление фазовых состояний

• Для ограниченного количества лучей:
• В памяти хранится набор номеров
состояний для каждого луча
• Они были определены заранее
• Нет вычислений, только выбор из
памяти
9

10. К вопросу о точности установки луча

l
3dB
N
D
l
3dB
D ND
N
Формула очень примерная!
Переключение фазовращателя – вероятностное событие, и происходит раньше,
чем предполагается формулой
Переключение одного элемента не значит, что максимум луча сдвинется
Сдвиг максимума луча не значит заметного изменения уровня сигнала
Должна производиться статистическая оценка точности положения
равносигнального направления
В любом случае для многоэлементных антенн луч управляется весьма точно
10

11. К вопросу о скачке фазы при установке луча

i
2
uxi vyi wzi
Где начало координат для координат?
11

12. Архитектура типа «звезда»

Data transfer lines
Beam Forming Controller
To external controller
12

13. Архитектура типа «шина»

Phase Shifters
Data transfer buses
Beam Forming Controller
To external controller
13

14. Бюджет пропускной способности каналов управления ФАР

• На один канал: 1 байт (10 бит).
• На 1000 каналов: 1 кБайт (10 кБит)
• На 1000 герц: 1 мБайт/с (10 мБит/с)
Необходимо распределение ресурсов
14

15. Использование распределенных вычислений

Phase
Compute
Phase
Compute
Phase
Compute
Phase
Compute
Phase shifter
control
Group controller
Data transfer buses
Array controller
To external controller
15

16. Архитектура типа «звезда»

Data transfer lines
Beam Forming Controller
To external controller
16

17. Использование распределенных вычислений

Phase
Compute
Phase
Compute
Phase
Compute
Phase
Compute
Phase shifter
control
Group controller
Data transfer buses
Array controller
To external controller
17

18. Архитектура типа «звезда»

Data transfer lines
Beam Forming Controller
To external controller
18

19. Архитектура типа «шина»

Phase Shifters
Data transfer buses
Beam Forming Controller
To external controller
19

20. Временная диаграмма «шины»

Beam
Cmd
External magistral
Cmd
Process
Beam Forming Controller
Stts
Recall
Internal Bus 1
Internal Bus 2
Cn1
Cmd
...
Cn4
Cmd
Cn5
Cmd
...
Cn8
Cmd
Phs
Ctrl
Phase Shifter Controller1
Phs
Ctrl
Phase Shifter Controller 4
Phs
Ctrl
Phase Shifter Controller 5
Phs
Ctrl
Phase Shifter Controller 8
Chng
Phase Shifter 1
Chng
Phase Shifter 4
Time Axis
T0
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
Blind time
Beam Set Time
20

21. Типовые временные интервалы

Исходя из скорости магистрали 1 мегабит/сек
(1 бит за 1 мкс)
Длина КУЛ 100 бит
Длина КУФ 50 бит
10 абонентов на шине 500 бит
Время ослепления 0.5 миллисекунды
21

22. Сокращаем время ослепления

Beam
Prepare
Cmd
External magistral
Beam
Set
Cmd
Cmd
Process
Beam Forming Controller
Stts
Recall
Internal Bus 1
Internal Bus 2
Cmd
Process
Cn1
Cmd
...
Cn4
Cmd
Set
Cn5
Cmd
...
Cn8
Cmd
Set
Phs
Get
Phase Shifter Controller1
Phs
Ctrl
Phs
Get
Phase Shifter Controller 4
Phs
Get
Phase Shifter Controller 5
Phs
Ctrl
Phs
Get
Phase Shifter Controller 8
Chng
Phase Shifter 1
Chng
Phase Shifter 4
Time Axis
T0
T1
T2
T3
T4
Beam Process Time
T5
T6
T7
Pause
T8
T9 T10
T11
T12
Blnd
time
Beam Set Time
22

23. Архитектура типа «шина»

Phase Shifters
Data transfer buses
Beam Forming Controller
To external controller
23

24. Распределенная архитектура

Phase
Compute
Phase
Compute
Phase
Compute
Phase
Compute
Phase shifter
control
Group controller
Data transfer buses
Array controller
To external controller
24

25. Временная диаграмма

Beam
Cmd
External magistral
Cmd
Process &
Retranslate
Array Controller
Beam
Cmd
All Internal Buses
Phase
Compute & Ctrl
All Module Controllers
Chng
All Phase Shifters
Time Axis
T0
T1
T2
T3
Beam Set Time
T4
T5
Blind
time
25

26. Требования, которые надо оговорить в ТЗ

• Время установки луча (ослепления?)
• Время выполнения команды
• (опционально) время до начала установки
луча (ослепления?)
• Темп (максимальная частота)
выдачи команд
26

27. Модульность!!!

Data transfer lines
Beam Forming Controller
To external controller
27