Диссертация (Двухчастотная фазированная мобильная антенная решётка РЛС L-диапазона), страница 9

Основной вклад ошибки вносят в область боковогоизлучения, где величина СКО (дисперсия) меняется незначительно. Таким образом,ошибки влияют только на УБЛ. Ширина луча меняется незначительно.На рис.2.42 можно наблюдать влияние ошибок на ДН суммарного канала приотклонении луча на предельный угол сектора сканирования.На рис.2.43 и 2.44 приведены ДН разностного канала моноимпульсной ДН сучётом ошибок. На рис.2.45 приведён график зависимости СКО ДН от угла для разностного канала моноимпульсной ДН.Рисунок 2.42 Статистика направленных свойств суммарного каналамоноимпульсной ДН при отклонении луча на предельный угол секторасканирования, f0 = 1,28 ГГцРисунок 2.43 Статистика направленных свойств разностного каналамоноимпульсной ДН, f0 = 1,28 ГГц65Рисунок 2.44 Статистика направленных свойств разностного каналамоноимпульсной ДН при отклонении луча на предельный угол секторасканирования, f0 = 1,28 ГГцРисунок 2.45 Зависимость СКО разностного канала моноимпульсной ДН от угла,f0 = 1,28 ГГцРис.2.42-2.44 иллюстрируют ДН суммарного и разностного каналов, формируемые моноимпульсной диаграммообразующей схемой модели, учитывающейтехнологические погрешности изготовления элементов ФАР, ограничение точности установки фазы фазовращателями и распределительной системы.

Оценка дана66для амплитудной ошибки, имеющей нормальное распределение с величиной дисперсии 10%, и для фазовой ошибки, имеющей равномерное распределение с дисперсией 10°. Синей кривой на графиках изображено математическое ожидание случайного значения ДН; красные вертикальные линии изображают величину 3σ – доверительный интервал, в который попадает случайная величина ДН с вероятностью95%; красная кривая показывает максимальный уровень ДН (в наихудшем случае).Из графиков следует, что воздействие случайных ошибок на ДН существенносказывается в области дальних боковых лепестков и минимально в пределах сектора углов главного лепестка ДН, что иллюстрируют графики на рис.2.41 и 2.45.При отклонении луча картина влияния ошибок на направленные свойства сохраняется.2.5 Выводы1. Исследованы характеристики шести вариантов излучателей для двухчастотного полотна ФАР, обеспечивающие сканирование и согласование в рабочих диапазонах частот.2.

Проведена оптимизация конструкции излучателя Вивальди, обеспечивающая заданные направленные свойства и характеристики согласования в широкойполосе частот. Анализ показал, что применение излучателей типа Вивальди вообщеи разработанной конструкции в частности возможно при незначительном увеличении продольных габаритных размеров отсека размещения антенного полотна, атакже при применении новых технологий металло-диэлектрических структур,обеспечивающих надёжность и долгую эксплуатацию.3. Конструкторско-технологические особенности изготовления и длительнойэксплуатации ограничили круг возможных для использования излучателей.4. Рекомендован в качестве элемента ФАР широкополосный модифицированный вибраторный излучатель.5.

Определены амплитудно-фазовые распределения для суммарного и разностного каналов моноимпульсной схемы возбуждения ФАР, обеспечивающие кру-67тизну пеленгационной характеристики для двухчастотной работы, заданный уровень УБЛ и требование по уровню пересечения ДН суммарного и разностного каналов. Использование независимого возбуждения суммарного и разностного каналов позволило увеличить крутизну пеленгационной характеристики в сравнении собщепринятой схемой возбуждения моноимпульсной ФАР.6. Разработан алгоритм и составлена программа анализа влияния амплитудных,фазовых ошибок и ошибок пространственного размещения излучателей в узлах антенной решётки на характеристики направленности ФАР.

Разработанные алгоритми программа позволяют численно определить допустимые ошибки в АФР на основании приемлемых изменений УБЛ к КНД.68Глава 3. Распределительная система3.1 Общие соображенияОсновные требования к распределительной системе, разрабатываемой фазированной антенной решётки, сводятся к следующим: Формирование моноимпульсной диаграммы направленности в азимутальной плоскости; Формирование косекансной ДН в угломестной плоскости в секторе углов 10 – 80º; Обеспечение возможности сканирования в секторе углов ±25°; Направленные свойства должны быть обеспечены в двух частотных диапазонах 1,02 – 1,09 ГГц и 1,45 – 1,54 ГГц.Формирование моноимпульсной ДН и управление лучом в азимутальной плоскости требуется выполнять на двух частотах (1,055 и 1,495 ГГц, Δf 5%).

Существуетпроект подобной возбуждающей системы (прототип), в котором диаграммообразование разделено для двух частотных каналов на две независимые диаграммообразующие системы формирования луча.На рис.3.1 приведена структурная схема такого прототипа антенной системы.В схеме можно выделить следующие ряд основных структурных элементов. Рассмотрим структурную схему «в направлении» от генератора к антенному элементу.Вход системы состоит из трёх независимых каналов: «Σ» – канал суммарной ДН;«Δ» – канал разностной ДН; «Ω» – канал системы ПБЛ. На входе схемы расположены два диплексера «Д» (по суммарному и разностному каналам моноимпульсной ДН), предназначенные для разделения входного сигнала на два частотных канала формирования ДН. После диплексера в каждом частотном канале установленсуммарно-разностный делитель, формирующий суммарно-разностное АФР в азимутальной плоскости.

Делитель объединяет две половины решётки (по 12 вертикально расположенных линеек излучателей). После моноимпульсного деления вкаждом из частотных диапазонов сигнал поступает на вход каждой из 12 вертикально расположенной линейки из 8 излучателей.69Рисунок 3.1 Функциональная схема двухдиапазонной РЛС70На входе линейки излучателей в каждом из частотных каналов установленапара фазовращатель – «φ», аттенюатор – «А».

После формирования фазового распределения и амплитудной коррекции в каждом из 24 каналов горизонтальнойплоскости расположен сумматор, объединяющий частотные каналы перед формированием ДН в вертикальной плоскости. Затем следует делитель, формирующийкосекансную ДН в угломестной плоскости. Косекансный делитель формирует АФРв вертикальной плоскости и распределяет сигнал между 8 вертикально расположенными антенными элементами линейки антенного полотна ФАР. Косекансныйделитель формирует АФР в вертикальной плоскости во всей рабочей полосе частот(на центральной частоте 1,25 ГГц). Сигнал с выхода косекансного делителя подаётся на вход антенного элемента.

Соединения между модулями схемы выполненына коаксиальных линиях передачи за исключения соединения между косеканснымделителем и антенным элементом. Антенный элемент монтируется непосредственно на выходной разъём косекансного делителя, в следствии чего требуетсяобеспечить шаг выходных разъёмов на корпусе делителя, соответствующий шагуантенных элементов полотна ФАР.В настоящей работе предложена схема построения совмещённой распределительной системы, показанной на рис.3.2, позволяющей исключить ряд составляющих элементов системы, связывающих линий и разъёмных соединения, что можетсчитаться способом повышения надёжности работы всей системы.

На схеме, представленной ниже содержится три входа: суммарный, разностный и сход системыПБЛ. Каждый вход связан со своим делителем мощности, формирующим АФР требуемой формы для каждого канала во всей рабочей полосе частот. Особенностьразработки делителей суммарного и разностного каналов заключается в том, чтоони должны формировать АФР только для половины апертуры. Вторая половинаАФР будет получена за счёт применения системы моноимпульсных мостовыхустройств.

Одноимённые пары выходов суммарного и разностного делителей подключаются к соответствующим входам моноимпульсных мостовых устройств,формирующих суммарно-разностную диаграмму направленности.71Рисунок 3.2 Схема совмещённой распределительной системы72Пара выходов каждого моноимпульсного моста подключается к своей паре излучающих элементов (вертикальных линейных излучателей), расположенных симметрично в правой и левой половине решётки. На входе каждой из вертикальныхлинеек излучателей устанавливается последовательно аттенюатор и фазовращатель.

Аттенюатор служит для коррекции (выравнивания) коэффициентов усилениякаждого из 24 горизонтальных каналов (юстировки решётки). Фазовращателинеобходимы для осуществления электрического управления лучом в горизонтальной плоскости за счёт задания линейного фазового распределения по апертуре. После амплитудной коррекции в аттенюаторе и фазового сдвига в фазовращателе сигнал поступает на распределительную систему, формирующую косекансную диаграмму направленности в вертикальной плоскости - косекансный делитель, обозначенный на схеме «Д2». Делитель Д2 имеет 8 выходов, делящих входной сигнал сзаданными амплитудными коэффициентами и фазовыми смещениями между 8-ювертикально расположенными антенными элементами линейки излучателей.Таким образом, основными задачами разработки совмещённой распределительной системы ставятся задачи проектирования следующих модулей:- делитель суммарного канала формирования АФР в горизонтальной плоскости;- делитель разностного канала формирования АФР в горизонтальной плоскости;- моноимпульсный широкополосный мостовой делитель;- фазовращатель;- косекансной делитель формирования АФР в вертикальной плоскости.На все устройства накладываются свои ограничения по габаритным параметрам, максимальной пропускаемой мощности и уровню КСВ.В виду того, что вся антенная система рассчитана на работу в двух частотныхдиапазонах (1 и 1,5 ГГц), при приёме (передаче) и обработке сигналов в приёмнике(передатчике) появляется задача разделения (объединения) частотных диапазоновв одном СВЧ тракте.