РТС - ФАР (1087874)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ,

ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(технический университет)

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

ФАР

ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

Особенности построения и применения

ВРУ-3-02

Москва

2006

Среди множества типов РЛС есть три наиболее распространенных: РЛС обзорного типа, РЛС следящего типа и комбинированные РЛС.

РЛС обзорного типа предназначены для поиска, обнаружения целей и относительно грубого измерения их координат. Такие РЛС обеспечивают получение информации о многих целях одновременно.

РЛС следящего типа способны непрерывно следить за целью и выдавать очень точные параметры движения и местонахождения цели. Таки РСЛ применяются для управления оружием и слежением за ЛА в системах управления воздушным движением (УВД).

Комбинированные и многофункциональные РЛС способны осуществлять одновременный обзор пространства и слежение за целями.

Все эти функции способны выполнять как РЛС с параболическими направленными антеннами (рис. 1), так и с фазированными антеннами.

В параболической антенне вся мощность излучения излучается из излучателя 1 (рис.1) на радиоотражающую поверхность 2 (отражатель), отражаясь от отражателя, сигнал 4 излучается в пространство узкой полосой. При этом размеры антенны должны быть сопоставимы с длинной волны рабочей частоты. Такая антенна аналогичным образом работает и на прием.

Если поставить задачу сканирования пространства такой антенной, то неизбежно применение достаточно сложных приводов для данной антенны. Для определения всех трех координат приходится использовать либо два комплекса РЛС или один комплекс с двумя антеннами формирующими “V-луч”, либо достаточно сложные приводы антенны.

ФАР в отличие от параболических антенн имеет, как правило, абсолютно плоскую поверхность, которая состоит из достаточно большого количества приемо-передающих элементов: вибраторов, волноводных рупоров, щелевых излучателей. Существуют однокоординатные и двухкоординатные решетки, позволяющие формировать остронаправленные лучи. Число элементов в таких ФАР достигает нескольких тысяч.

Каждый из элементов возбуждается сигналами с различными фазами, а иногда и с различными напряжениями. Излучение также происходит со смещенными относительно друг друга фазами. В пространстве фазы складываются. Изменяя соотношения фаз (и напряжений) на каждом элементе, можно управлять шириной и вектором излучения диаграммы направленности.

В силу своей обратимости принцип работы ФАР подходит и для приема сигналов. Рассмотрим работу простой ФАР, способной перемещать луч по углу места (рис.2).

Положение главного лепестка (рис. 3) диаграммы направленности устанавливается по направлению нормали к фазовому фронту электромагнитной волны. Если все элементы решетки возбуждаются синфазно, то фазовый фронт располагается параллельно плоскости решетки, а лепесток ДН нормально этой плоскости. Направление фазового фронта и лепесток ДН отклоняются от начального положения на угол при фазовом сдвиге сигналов в соседних элементах решетки на угол:

(1)

, где

– разница между сдвигом фаз в соседних элементах ФАР;

– угол отклонения диаграммы направленности от нормали;

– длина волны излучаемого высокочастотного сигнала;

– расстояние между соседними элементами ФАР.

Объясняется формула (1) довольно просто:

(2)

, где

– волновое число;

и – дальности до цели для первого и второго излучателя.

При этом .

Таким образом, наклон диаграммы направленности можно вычислить по формуле:

(3)

.

Ограничения в ФАР по углу . Доказано, что в антенне с ФАР угол наклона луча имеет свои пределы. Очевидно, что излучать позади себя излучатель не может, тем более что за излучателями находится большое количество управляющей электроники, силовые конструкции и т.д.

Кроме того, при увеличении уменьшается мощность сформированного луча при передаче, а так же уменьшается чувствительность антенны при приеме сигнала. На сегодняшний день, исходя из технических возможностей при проектировании антенн выбирают угол равным 60°.

Чтобы избежать неоднозначностей, необходимо придерживаться условия:

(3)

.

Нетрудно посчитать, что при частоте сигнала 4,2ГГц, т.е. ≈7см, заданном угле =60° расстояние между излучателями должно быть:

м, т.е. не должно превышать 8 см,

что вполне выполнимо для данных частот на сегодняшний день.

В некоторых случаях кроме фазового управления используют еще и амплитудное управление – это называется амплитудным взвешиванием и применяется для оптимизации диаграммы направленности ФАР. Кроме того, в реальных антеннах 3÷10% от общего количества элементов используют не для формирования диаграммы направленности, а для подавления боковых лепестков (опять же для оптимизации диаграммы направленности).

Для управления фазовым сдвигом применятся фазовый и частотный методы. При фазовом управлении фазовые сдвиги создаются малоинерционными электронно-управляемыми фазовращателями. Такие фазовращатели изготавливаются на основе PIN-диодов или на ферритах (ферритовые фазовращатели).

В частотном методе для создания фазовых сдвигов используется зависимость запаздывания фазы в отрезках фидера, связывающих элементы ФАР, от частоты сигнала. При частотном управлении схема и конструкция ФАР упрощаются. Однако в этом случае необходимы частотно-управляемые генераторы сигналов с высокой стабильностью характеристик.

РЛС ФАР могут выполняться по различным структурным схемам. При традиционном исполнении ФАР образует обособленный функциональный узел – антенну, связанную с приемником и передатчиком через антенный переключатель. Кроме того, существуют активные ФАР (АФАР), у которых в элементах решетки устанавливаются усилители мощности (канальные передатчики), возбуждаемые от общего задающего генератора. В эфире излучения канальных передатчиков когерентно складываются. АФАР находят широкое применение с СВЧ диапазоне 10÷27 ГГц.

В случаях, когда фазовращатели работают на высоком уровне мощности при излучении зондирующего сигнала, РЛС с ФАР имеет весьма низкую чувствительность из-за высокой шумовой температуры фазовращателей. Отмеченный недостаток устраняется включением в каналы ФАР активных модулей, содержащих почти все элементы приемника и передатчика обычной РЛС: усилитель мощности, модулятор в передающем канале; малошумящий усилитель, смеситель, гетеродин, предварительный усилитель ПЧ в приемном канале. Ясно, что такие РЛС очень сложны, кроме того, такая конструкция ФАР приводит к значительному увеличению веса антенны. Фазированные антенные решетки имеют высокую надежность: нарушение работоспособности до 30% элементов ФАР существенно не изменяет диаграмму направленности. Отметим высокую технологичность ФАР. Решетка состоит из однотипных элементов, не требующих прецизионной настройки и обработки (рис. 4).

На рис. 4 показан фрагмент ФАР с “обратной” стороны и со снятыми крышками. Видно, что в ФАР установлены одинаковые блоки, которые при правильном монтаже не нуждаются в настройке.

Надо заметить, что в реальных антеннах ФАР часто используют не одну частоту передатчика, а две, три и более. Это позволяет формировать соответственно несколько лучей, что повышает надежность, точность РЛС и скорость обзора.

Плюсы использования ФАР.

Основное достоинство ФАР – это практически мгновенное перемещение луча (5÷30 мкс) из любого произвольного положения в любое другое произвольное положение в секторе обзора ФАР, что абсолютно не достижимо в других типах антенн.

Благодаря особенностям изготовления антенна с ФАР получается, как правило, плоской, что значительно облегчает транспортировку и установку массивных антенн на мобильные средства (машины, тягачи).

Поскольку отсутствует перемещение антенны с ФАР или применяется только её вращение, уменьшаются ошибки измерения угловых координат возникающих из-за люфтов, трений и т.д.

ФАР весьма технологична. Кроме того, АФАР позволяет получить большие мощности излучаемого сигнала на частотах выше 10 ГГц, т.к. по сути она представляет собой “распределенный” передатчик состоящий из множества маломощных передатчиков.

Недостатки ФАР.

Основной недостаток антенн с ФАР на сегодняшний день – высокая стоимость.

ФАР сама по себе является устройством гораздо более сложным и трудоемким, нежели обычная параболическая антенна.

Очень сложная и тяжелая в настройке система фидерного тракта антенны, в некоторых случаях, совокупная длина которого составляет несколько километров.

Большие потери в фазовращателях.

Практически применение ФАР в РЛС оказывается оправданным, когда к РЛС предъявляются повышенные требования, нереализуемые в РЛС с параболическими антеннами.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы