А.В. Королев1, Н.А. Кушнерев2, М.В. Родин3

1,3 Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (НИУ) (Москва, Россия)

2 АО «Концерн «Вега» (Москва, Россия)

1 korolev.a@bmstu.ru; 2 kushnerev@inbox.ru; 3 mvrodin@bmstu.ru

Постановка проблемы. В настоящее время импульсные радиолокационные системы (РЛС) с активными фазированными антенными решетками (АФАР) во многом определяют облик наукоемкой информационной инфраструктуры ведущих, экономически развитых стран. Однако, невзирая на значительный уровень эволюции РЛС, разработчики продолжают проводить исследования по их улучшению в части расширения функциональных возможностей и достижения наилучших характеристик. Это связано с тем, что обязательным этапом совершенствования перспективных РЛС с АФАР является создание приемно-передающих модулей (ППМ) с возможностью управления выходной мощностью. Однако при глубокой регулировке выходной мощности ППМ наблюдается снижение их энергоэффективности, что в условиях ужесточения требований к массогабаритным характеристикам АФАР является актуальной задачей, требующей решения. Данная работа является продолжением исследований, предпринятых авторами и посвященных созданию ППМ с глубоким управлением выходной мощностью.

Цель. Рассмотреть возможности и ограничения различных методов регулировки выходной мощности ППМ, а также определить условия, способствующие наименьшему снижению энергоэффективности при управлении выходной мощностью ППМ с учетом требований к скорости управления.

Результаты. Приведены результаты теоретического анализа различных методов регулировки мощности на выходе оконечных транзисторных СВЧ-усилителей ППМ. Рассмотрены возможности и сформулированы ограничения этих методов, а также представлены практические рекомендации для поддержки максимальной энергоэффективности ППМ в условиях глубокой регулировки выходной мощности с учетом требований к скорости управления.

Практическая значимость. Представленные результаты будут полезны при разработке ППМ с глубокой регулировкой выходной мощности, предназначенных для применения в РЛС с АФАР.

Королев А.В., Кушнерев Н.А., Родин М.В. Энергоэффективное управление мощностью СВЧ-усилителей в передающих трактах импульсных РЛС: возможности и ограничения // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 12. С. 173–188. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202512-18

1. Li L., Heymsfield G., McLinden M., Racette P., Cooley M., Stenger P., Spence T. Spaceborne Atmospheric Radar Technology Development // IEEE Radar Conference. 2020. P. 1-4.
2. Brown A. Radar Challenges, Current Solutions, and Future Advancements for the Counter Unmanned Aerial Systems Mission // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2023. V. 38. № 9. P. 34-50.
3. Chen X., Dong Z., Zhang Z., Tu C., Yi T., He Z. Very High Resolution Synthetic Aperture Radar Systems and Imaging: a review // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2024. V. 17. P. 7104-7123.
4. Ильин Е.М., Нониашвили М.И., Полубехин А.И., Репников Д.А., Флегонтов В.И., Черевко А.Г. Фазированные антенные решетки радаров летательных аппаратов малой и средней дальности. Достоинства и ограничения // Вестник СибГУТИ. 2020. № 1(89). С. 89-99.
5. Шишлов А.В., Денисенко В.В., Левитан Б.А., Топчиев С.А., Шитиков А.М. Активные фазированные антенные решетки – состояние и тенденции развития // Журнал радиоэлектроники. 2023. № 1. DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.5.
6. Кушнерев Н.А., Родин М.В. Особенности проектирования и тенденции развития систем электропитания АФАР бортовых радиолокаторов // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2019. № 6. С. 68-82.
7. Родин М.В., Попов Д.О. Практические особенности управления мощностью зондирующих сигналов в РЛС // Сб, трудов XXIX Междунар. науч.-технич. конф. «Радиолокация, навигация, связь». 2023. Т. 2. С. 393-402.
8. Тушнов П.А., Бердыев В.С., Геворгян О.А. Исследование особенностей применения в СВЧ-устройствах мощных транзисторов на основе GaN-гетероструктур // Радиотехника. 2017. Т. 81. № 4. С. 33-44.
9. Тушнов П.А., Бердыев В.С., Левитан Б.А. Технология управления выходной мощностью СВЧ-каналов для задач управления характеристиками направленности АФАР при работе на передачу в режиме реального времени // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 10. С. 14-33. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202010(19)-02.
10. Shukla K., Kumar V., Bhatt A. et al. EPC with dynamic bias control for SSPA for space applications // International Conference on Advances in Power Conversion and Energy Technologies. 2012. P. 1-6.
11. Bent G., Hek P., Geurts S., Telli A., Brouzes H., Besselink M., Vlient F. A 10 Watt S-band MMIC power amplifier with integrated 100 MHz switch-mode power supply and control circuitry for active electronically scanned arrays // IEEE Journal of Solid-state Circuits. 2013. V. 48. № 10. P. 2285-2295.
12. Dai P., Phong L., Tuan L., Nguyen N. Improving power efficiency of AESA system with GaN supply-modulated power amplifier // INISCOM. 2021. V. 379. P. 142-155.
13. Efremov V., Sedletsky R., Vovshin B., Vylegzhanin I. Electromagnetic compatibility of the meteo radars // 16th International Radar Symposium. 2015. P. 1153-1158.
14. Родович А.А., Серяков А.А., Захаров П.Н., Полищук М.А. Реализация радиолокационной системы с использованием ансамбля сигналов с ортогональным мультиплексированием и частотным разделением // Журнал радиоэлектроники. 2016. № 12. С. 1-9.
15. Willstatter K., Zoltowski M. Raised-cosine frequency domain pulses for Doppler-Tolerant radar ambiguity functions // 56th Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers. 2022. P. 586-589.
16. Godrich H., Petropulu A., Poor H. Power allocation strategies for target localization in distributed multiple-radar architectures // IEEE Transactions on Signal Processing. 2011. V. 59. № 7. P. 3226-3240.
17. Raab F., Poppe M. Kahn-technique transmitter for L-band communication/radar // IEEE Radio and Wireless Symposium. 2010.
    P. 100-103.
18. Королев А.В., Кушнерев Н.А., Костючик Д.А., Родин М.В. Опыт разработки мощного передающего модуля АФАР P-диа-пазона с динамическим управлением напряжением питания для БРЛС // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 5. С. 43-49.
19. Королев А.В., Кушнерев Н.А., Костючик Д.А., Родин М.В. Передающий модуль АФАР UHF-диапазона // Антенны. 2016.
    № 2. С. 26-31.
20. Gryglewski D., Rosolowski D., Wojtasiak W. et al. A 10W GaN based X-band T/R module for AESA // 21st International Conference on Microwave, Radar and Wireless Communications. 2016. P. 1-4.
21. Волков В.В., Грозина М.И., Гудков А.Г. и др. Конструктивно-технологические и метрологические особенности разработки мощных ППМ АФАР S- и C-диапазона // Машиностроитель. 2016. № 11. С. 49-53.
22. Alekajbaf Y., Ghasemi M., Masoumi N. Digitally controlled loop technique for output power compensation in broadband high power amplifier module // 9th International Symposium on Telecommunications. 2018. P. 497-500.
23. Rathod S., Sreenivasulu K., Beenamole K., Ray K. Evolutionary trends in Transmit/Receive Module for Active Phased Array Radars // Defence Science Journal. 2018. V. 68. № 6. P. 553-559.
24. Wolff N., Heinrich W., Bengtsson O. Class-G supply modulation for MIMO and radar with phased array antennas // 12th German Microwave Conference. 2019. P. 131-134.
25. Barradas F., Nunes L., Cabral P., Goncalves C., Pedro J. Dynamic supply voltage control for PA output power correction under variable loading scenarios // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2021. V. 69. № 1. P. 745-755.
26. Deng C., Xing J. Design and implementation of a P-band high-power and high-efficiency T/R module // 2021 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology. 2021. P. 1-3.
27. Карасев М.С. Оперативный контроль электрических параметров приемопередающих модулей Х-диапазона частот // Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 2021. Вып. 3(550). С. 6-14.
28. Kuchta D., Wojtasiak W. GaN HEMT power amplifier for radar waveforms // Proc. SPIE Radioelectronic Systems Conference. 2017. V. 10715. P. 1-6.
29. Duffy M., Lasser G., Cappello T., Popovic Z. Dual gate and drain supply modulation of an X-band PA // 2019 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium. 2019. P. 979-982.
30. Rathod S., Raut A., Goel A. et al. Novel FPGA based T/R Module Controller for Active Phased Array Radar // IEEE International Symposium on Phased Array System & Technology. 2019. P. 1-5.
31. McCune E. Dynamic Power Supply Transmitters: Envelope Tracking, Direct Polar, and Hybrid Combinations. Cambridge: Cambridge University Press. 2015. 440 p.
32. Савченко Е., Мартынов А., Першин А., Селиванов М. Основные подходы к построению схем управления питанием GaN СВЧ-усилителей мощности // Электроника: наука, технология, бизнес. 2024. № 9. С. 96-102. DOI: https://doi.org/10.22184/1992-4178.2024.240.9.96.102.
33. McCune E. Operating modes of dynamic power supply transmitter amplifiers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2014. V. 62. № 11. P. 2511-2517.
34. Шипило Е.М. Полупроводниковые усилители мощности для передатчиков доплеровских РЛС и систем радиопротиводействия // Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 2013. № 3(518). C. 65-76.
35. Воскресенский Д.И., Добычина Е.М. Цифровые антенные решетки бортовых систем. М.: Радиотехника. 2020. 240 с.
36. Yue Y., Zhou J. A Low-cost and complexity multibeam RF transmit beamformer for wideband LFM radar // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2016. V. 15. P. 1811-1814.
37. Kumar A., Pai N.S.P., Vadipilla K. Design of narrow edge liquid cooled solid state pulsed power amplifier in X-band with integrated control system // 2024 IEEE Wireless Antenna and Microwave Symposium. 2024. P. 1-4.
38. Кушнерев Н.А., Попов Д.О., Родин М.В. Улучшение технических характеристик АФАР импульсных РЛС за счет снижения неравномерности энергопотребления передающих модулей // Известия вузов России. Сер. Радиоэлектроника. 2025. Т. 28. № 1. С. 88-101. DOI: https://doi.org/10.32603/1993-8985-2025-28-1-88-101.
39. Родин М.В. Управляемые источники электропитания в передающих трактах радиолокационных систем // Успехи современной радиоэлектроники. 2023. T. 77. № 11. С. 44-61. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202311-03.