Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 86
Текст из файла (страница 86)
15.4), специальный :,-''облучатель направляет излучаемую мощность на собирающую ': антенную решетку приемных элементов. Принятая мощность про'::ходит через систему фазовращателей и после фазирования излу:, чается в нужном направлении другой решеткой излучающих зле!;ментов.
Между приемными элементамн и фазовраэцателями иног';да включают дополнительные отрезки линий (штриховые линии на !'рис. 15.4), уравнивающие электрическую длину пути сигналов до э;.различных элементов излучающей решетки. Этн отрезки могут 1:быть также использованы для создании нелинейного начального !эфазового распределения (фазовой подставки), применяемого для (арабы с паразитными боковыми лепестками при дискретном фази- 1)рованин (см. $15.3). По принципу действия проходная ФАР экви- валентиа линзе с принудительным ходом лучей и с электрически управляемым фазовым распределением возбуждения в раскрыве.
Рис. 15.4. Проходная схема оптического питания налучателей ФАР ФАР, выполненная по отразсательной схеме (рнс. 15.5), состоит из облучателя и прнемопередающей решетки, каждый элемент которой снабжен отражательным фазовращателем.' Между излучателями и фазовращателямн могут быть включены дополнительяые емеле Рис. 15.:5. Отражательная схема оптического питания иалучателей ФАР линии задержки для выравнивания электрической длины пути сигналов, проходящих через различные элементы решетки и для создания начального фазового распределения. В отражательной ФАР излучатели решетки выполняют двойную функцию: 1) собирают могцность, идущую от облучателя; 2) переизлучают ее в нужном направлении после фазировання.
По принципу действия отражательная ФАР эквивалентна зеркальной антенне с электрическим управлением фазой коэффициента отражения различных участков поверхности. К преимушествам обеих схем оптического питания относятся сравнительная простота при большом числе элементов решетки, удобная возможность управления формой амплитудного распределения в раскрыве путем подбора формы ДН облучателя, а также возможность применения сложных моноимпульсных облучателей для создания суммарных н разиостных ДН в радиолокационных станциях с автоматическим угловым сопровождением целей. Общим недостатком схем оптического питания является увеличение размероз по сравнению с закрытым трактом, поскольку отношение чфокус~ого расстояния» 1 к размеру раскрыва Е обычно находится в пределах 0,5)~/).ъ1. Кроме того, в оптических схемах часть мощности облучателя не перехватывается приемной решеткой, что приводит к возрастанию фона бокового излучения и снижению общего коэффициента использования поверхности антенны, Для устранения этого неприятного явления в ФАР проходного типа вся облучающая система может быть помещена в большой рупор, простирающийся от облучателя до приемной решетки, или выполнена в виде закрытой со всех сторон зеркальной антенны в форме параболического цилиндра с боковымн металлическими стенками.
По конструктивным признакам отражательная ФАР имеет ряд преимуществ по сравнению с проходной: легкий доступ к любому фазовращателю с тыльной стороны решетки, что упрощает монтаж и эксплуатацию, и, кроме того, отражательные фазовращатели по ' конструкции проще проходных. С другой стороны, преимуществом проходной ФАР в отношении электрических характеристик являются. "1) возможность раздельной оптимизации собирающей и излучающей решеток (в каждой нз иих можно применять элементы разного типа н расположения); 2) отсутствие затенения раскрыва облучателем и реакции решетки иа облучатель.
При проектировании схем оптического распределения мощности в ФАР с успехом используются расчетные методы и способы оптимизации облучателя, разработанные для линзовых и зеркальных антенн, и сохраняют значение многие факторы, определяющие эюэффициент использования поверхности зеркальных и линзовых антенн. $35.3. УПРАВЛЕНИЕ ФАЗИРОВАНИЕМ СКАНИРУЮЩИХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК Применение формул фазирования (см.
2 12.6) к антенным решеткам с плоским раскрывом приводит к следующим требуемым фазовым сдвигам излучателей, находящихся в точках раскрыва с координатами хме у„: Ф(хч Уа)= р(хм з(п зосозЧо+Уа з)п воз(п 9а) (16.1) (л-г)л где йа„гро — направление максимального излучения, или направление фазирования. В ФАР с прямоугольной сеткой расположения излучателей для быстрого расчета фазовых сдвигов всех излучателей удобно вначале вычислить разности фаз между соседними элементами вдоль осей х Е Е Е и у ЛФ„= — (2п/Х)и з(ПОо сов ~ро* (я+ила ЛФУ вЂ” — (2ЯВ)т(у з!п Оо з!п 4РО. После этого может быть произведено последовательное умножение этих фалл4) зовых сдвигов иа все целые числа лт и л вплоть до максимальных номеров М и У, соответствующих числу Е Е Е колонок и рядов решетки.
И накоФт нец, суммирование найденных кратных значений дает требуемые фазы каждого элемента: Ф „=птЛФ,+ а+пЛФ„, где т (номер колонки) н п Рис. 15.6. Способ управления фа- (номер строки) определяют положезироввннем по рядам и колонкам ние излучателя в решетке, Подобный способ вычисления фаз позволяет построить очень изящную систему управления решеткой (рис. 15.6), обычно называемую системой управления по рядам и колонкам (или по строкам и столбцам).
К элементу с номером гип по двум независимым каналам подводятся два сигнала, содержащие закодированные значения тЛФ и пЛФ„. Сумматоры, расположенные в непосредственной близости от фазирующих устройств, осуществляют сложение гпЛФ„и пЛФ„. Полное число управляющих шин (т. е. управляющих сигналов) в ФАР с числом элементов МХ л',)т' равно только М+)т', что делает управляющую систему простой и надежной и обеспечивает хорошее быстродействие.
В ФАР с треугольной сеткой расположения элементов непосредственное применение системы управления по рядам и колонкам в координатах х, у требует примерно вдвое большего числа управляющих шин по сравнению с ФАР с прямоугольной сеткой. Уменьшение числа шин возможно при косоугольном расположении рядов н колонок, однако это создает некоторые затруднения при вычислении управляющих кодов.
В решетках с нерегулярным расположением излучателей управление по рядам н колонкам не эффективно, и приходится предусматривать индивидуальное вычисление требуемых фаз для каждою элемента. Особенности дискретного фазировання элементов, Прн создании ФАР используются дискретные фазирующие устройства, с помощью которых фаза возбуждения в каждом излучателе может быть изменена только скачком на величину ЛФ, называемую дискретом фазирования.
Обычно ЬФ=2п/М, где М=2» (р — целое 5 п=г ш р лыха йя' .зрг . нн ш,п (йп (О, /1 Рис. 15.7. Бинарный принцип управления фазой числа). Управление включением необходимого фазового сдвига обычно строится по бинарному принципу (рис. 15.7), Проходной фазовращатель разбивается на р каскадов, каждый из которых может находиться в одном из двух состояний, характеризуемых азовой задержкой О или и/2 -', где лт — номер каскада, Для выора любого из М=2» возможных фазовых состояний фазовращателя достаточно использовать только р управляющих сигналов, принимающих услонные значения О или 1.
Важнейшим преимуществом дискретных фазирующих устройств по сравнению с плавными (так называемыми аналоговыми) является улучшенная стабильность. Это объясняется тем, что управляющие устройства работают в переключательном режиме с использованием только двух крайних областей их характеристик. Другим преимуществом дискретных фазирующих устройств является удобство управления ими с помощью ЭВМ. При дискретном фазироваиии решетки в направлении Оа, фо для каждого излучателя по формуле (15,1) рассчитывается точное («идеальное») значение фазы Ф„а, которое затем округляется до ближайшего дискретного значения Ф: Фа=ЬФЕ(О,5+Ф а/1МИ=Ф а — ВФ ° где Е1х) — операция выделении целой части числа х; бФ„(Ф о) = =Ф а — Ф вЂ” систематическая фазовая ошибка из-за дискретности фазирования.
Зависимость этой ошибки от значения «идеальной» фазы Ф о представляет пилообразную функцию с периодом ЛФ (рнс. 15.8). Множитель направленности любой (линейной, плоской или произвольной формы) дискретно фазируемой решетки, согласно (12.2), может быть представлен в виде Га=~~~ !у„(е~( л ла)е ) ., л.-1 где Й„сон а — разность хода, зависящая от координат излучателя и направления наблюдения; и — единая последовательность чисел, обраэующнх номера излучателей.
Разложим входящую в эту формулу последнюю экспоненту в Юа ряд Фурье по переменной Ф,о.. е — )а л ~~~~ С ет (~ало!ии) (!5 2) где коэффициенты разложения ьид С = — ~ е — тм<т '!аи! е — дЮ= ! аФ вЂ” аид ( — !) и!п (ЬФ/2) 15 5 ( АФ~2+ тн Рис. !8.8. Систематнчесиая фаэо иая ошибка и элементе решетки при .дискретном фаэироиании С учетом (15.2), выражение для множителя направленности решетки принимает внд С Г, (В,р);Ра„=~~)') т'„)ехр ( !'(фе(„сои а + (15.4) + Ф, (1+2плт/аФ)И. =з(н~ — ) / !1 — )! раз, что свидетельствует о снижении КНД. Дру- гне слагаемые в (!5.4) дают дополнительное паразитное излучение из-за дискретности фазнрования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
