Комягин Р.В., Хандамиров В.Л. Исследование антенны с электрическим сканированием лучом (2015) (1095429), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

д. Эти характеристики определяют сектор, продолжительность, метод обзора пространства, точность и быстроту7установки луча в заданную точку пространства, а также изменениенаправленности и энергетики антенны при движении луча.К характеристикам управления относятся: время переключениярежима работы (прием — передача), время изменения формы ДН иполяризации и т. д.

Общетехнические, эксплуатационные и экономические требования дополняют рассмотренные ранее электрические требования, и обеспечиваются они не только с помощью конструктивных решений, технологии изготовления, но и выборомсоответствующего способа построения режимов антенной системыи применяемых устройств СВЧ.Электрическое сканирование в антеннах может быть частотным или фазовым.Частотное сканирование луча антенны достигается изменением частоты генератора (в передающей антенне) и приемногоустройства (в приемной антенне). С изменением частоты меняется электрическое расстояние между излучателями, возбуждаемыми распределительной системой с бегущей волной, и, следовательно, фазовое распределение в решетке.Антенные решетки с частотным сканированием конструктивноболее просты по сравнению с другими электрическими сканирующими антеннами, поскольку в них присутствуют лишь распределительные и излучающие устройства.

Необходимым условием создания радиосистем с частотным сканированием является наличие генератора и приемного устройства СВЧ с малоинерционной электрической (электронной) перестройкой частоты и соответствующегоизмерителя частоты для приемной системы. Частотное сканирование затруднено при широкоугольном и особенно двумерном обзоре,при временной последующей обработке сигнала в радиотехнической системе и наличии радиоэлектронного противодействия.В АР наиболее распространено фазовое сканирование с помощью системы фазовращателей.

При конструировании такихантенн широко используют проходные или отражательные ферритовые и полупроводниковые фазовращатели, а также сегнетоэлектрические, газоразрядные и микроэлектромеханические.Существует два способа управления фазовращателями: непрерывный и дискретный.При непрерывном управлении фазу плавно изменяют регулированием силы тока или напряжения. При дискретном управлении фаза8изменяется скачкообразно через определенное число градусов, с дискретом Δφ.

Дискретные фазовращатели можно получить из плавных,если на характеристике управления их фазой использовать ряд отдельных точек. Это обусловлено спецификой работы цифровых электронных устройств, управляющих работой фазовращателей.В дискретных управляющих полупроводниковых и ферритовых устройствах используют режим работы в двух крайних областях их характеристик управления, малочувствительных к изменению температурных и других дестабилизирующих воздействий.В 1960 г.

профессором Л.Н. Дерюгиным был предложен методдискретно-коммутационного управления сканированием луча, сущность которого состоит в отказе от непрерывного изменения фазы визлучателях и использовании в них коммутаторов или питающих ихтрактов. Например, коммутацией («включено — выключено») синфазно возбуждаемых излучателей в кольцевой АР достигается дискретное перемещение луча по азимуту. Или коммутацией входовмноголучевой АР получаем ряд положений луча в пространстве. Такого же эффекта можно добиться с помощью ФАР с дискретнымифазовращателями при коммутации в них управляющих элементов.Коммутационное управление сканированием позволяет устранить или хотя бы уменьшить такие дестабилизирующие факторы,как флуктуации управляющих напряжений (токов) и температуры.Это объясняется тем, что положение луча определяется не управляющим напряжением, неодинаковым для различных фазовращателей, а наличием его на тех или иных коммутаторах.

Устранениеили уменьшение температурной зависимости связано с использованием крайних устойчивых положений в коммутаторе, например,«включено — выключено» в p–i–n-диоде или намагниченности вферритовом устройстве на прямоугольной петле гистерезиса.При коммутационном управлении сканированием в излучающем раскрыве возникают коммутационные фазовые ошибки, которые при дискретных фазовращателях составляют половину изменения фазы (Δφ/2) и приводят к падению усиления антенны, увеличению фона боковых лепестков и дискретности перемещениялуча. Однако эти ухудшения характеристик остронаправленныхантенн могут быть незначительными, и поэтому коммутационноеуправление сканированием широко применяется на практике.Итак, мы рассмотрели основные особенности, преимущества инедостатки, присущие ФАР, а также обратили внимание на то, что9выбор типа антенны зависит от многих показателей и долженобеспечивать оптимальные хактеристики при сравнительно невысокой стоимости и сложности эксплуатации.Будем считать, что ФАР — оптимальная конструкция, и перейдем к рассмотрению типов антенных решеток.1.2.

Типы антенных решетокАнтенные решетки (АР) принято классифицировать в зависимости от расположения излучателей, размещения их в решетке,шага решетки, способа возбуждения и сканирования, а также типаприменяемого излучателя.В соответствии с ГОСТом различают линейные, криволинейные, плоские, конические, цилиндрические, сферические антенныерешетки (рис.

1.1). Также в зависимости от положения излучателей в пространстве принято выделять выпуклые АР, плоские и гибридные. Наибольшее распространение получили плоские АР.Рис. 1.1. Типы антенных решеток:а — линейная эквидистантная; б, в — кольцевые; г — плоская; д — цилиндрическая;е — коническая; ж — сферическая; з — неэквидистантная10Плоские АР имеют ограниченный сектор электрического сканирования ±(40 ... 50°) и являются узкополосными. Широкоугольное электрическое сканирование, в том числе и круговой обзор,при работе в широкой полосе вынуждает перейти от плоских к более сложным выпуклым решеткам.

К выпуклым, в частности,можно отнести многогранные АР (рис. 1.2), представляющие собой пространственную систему плоских решеток, которые расположены на гранях выпуклых многогранников (пирамид, призм,икосаэдров и т. д.).Расширить сектор сканирования плоской решетки позволяетгибридная ФАР с куполообразной линзой (рис. 1.3).Рис. 1.2. Многогранная АРРис. 1.3. Гибридная ФАРс куполообразной линзойВ зависимости от расположения излучателей различают: эквидистантные, неэквидистантные, разреженные по определенномузакону (см.

рис. 1, а, з) и случайные антенные решетки.Размещение излучателей в решетке можно описать математически с помощью системы, в узлах координатной сетки которойрасполагаются излучатели. Размещение излучателей в решеткежестко ограничивается появлением побочных максимумов, допустимым уровнем боковых лепестков (УБЛ), падением коэффициента усиления антенны и т. д. Наиболее распространены эквиди11стантные решетки, в которых излучатели размещаются с постоянным шагом по каждой координате плоского раскрыва.Также антенные решетки принято классифицировать по способу их возбуждения (рис. 1.4). Различают пространственный(рис. 1.4, а, б) и волноводный (рис. 1.4, в) способы возбуждения.При волноводном способе решетку возбуждают с помощью распределителя закрытого типа, т.

е. системы линий передач СВЧ.При этом возможны последовательная и параллельная схемы питания излучателей ФАР.Рис. 1.4. Способы возбуждения ФАР:а — пространственный с проходной ФАР; б — пространственныйс отражательной ФАР; в — волноводный (с последовательной и двумяпараллельными схемами возбуждения)Каждый способ возбуждения имеет свои преимущества и недостатки.В проходных ФАР энергия от облучателя попадает на коллекторную решетку, проходит через ВЧ-цепи и фазовращатели, а затемпереизлучается в требуемом направлении другой (переизлучающей)решеткой. В отражательных ФАР коллекторная и переизлучающаярешетки совмещены. Мощность, принятая от облучателя, переизлучается в требуемом направлении.12Преимущество оптических делителей состоит в простоте системы возбуждения при большом числе излучателей.

Функции облучателей могут выполнять облучатели зеркальных антенн, в томчисле и моноимпульсные облучатели для создания суммарноразностных диаграмм направленности (ДН). Преимуществомотражательных ФАР является их доступность при настройке, допускающая при необходимости смену их элементов с неизлучающей стороны решетки. В проходной решетке ее характеристикиможно улучшать, оптимизируя отдельно входящие в нее коллекторную и переизлучающую решетки.К недостаткам оптических решеток следует отнести «переливание» энергии через ее края подобно тому, как это имеет место взеркальных или линзовых антеннах.

В результате уменьшаетсяКИП (коэффициент использования поверхности раскрыва антенны) и увеличивается фон бокового излучения.Обратим внимание на пространственный способ возбуждения,при котором АР, как и зеркальная антенна, возбуждается облучателем. В этом случае возможны два варианта ФАР: проходные (см.рис. 1.4, а) и отражательные (см.

рис. 1.4, б), главное отличие которых состоит в том, что у отражательных ФАР один из выходов фазовращателя запаян короткозамыкающим (отражающим) экраном.Антенные решетки также принято классифицировать по типуиспользуемых излучателей. В качестве элемента АР применяютслабонаправленные, направленные и остронаправленные антенныс различными частотными свойствами, поляризацией поля, потерями и максимально допустимой мощностью излучения.

Характеристики

Список файлов книги