Радиоэлектронные системы Основы построения и теория. Справочник . Под ред. Я.Д. Ширмана (2007) (1151789), страница 48
Текст из файла (страница 48)
7.12,а определяемыми ими фазовыми сдвигами Ч~о, 2уо, Зуо. При этом уо = (2хдз)пО)/Л и О = агс з(п (ц~оЛ72х4. инза нт ны а) Рис. 7.12 Изменяя фазовый сдвиг уо (обычно дискретными ступенями), сканируют лучом РЛС, т.е. управляют положением максимума излучения (приема). Возможен ряд видоизменений ФАР, рассмотренной на рис. 7.12,».
Так, наряду с управляемыми излучателями используют и другие комбинации управляемых элементов: типа линз (рис.7.12,6), отражателей. ФАР на рис. 7.12,6 называют также проходными. Реализации обзора прн использовании ФАР. Как и в случае антенн с механическим управлением, участки пространства могут просматриваться последовательно и параллельно.
Обзор осуществляют как по жесткой, так и по гибкой программе. В частности, широко используется оперативное возвращение лучей для уюочиеиия траекторий уже обнаруженных целей. При скачкообразном обзоре непрерывно излучаемые сигналы и пачки радиоимпульсов имеют обычно прямоугольные огибающие. Скорость обзора (сканирования) может изменяться в широких пределах, будучи ограничена сверху лишь быстродействием фазоврашателей. Для ускорения управления в приемных ФАР вместо фазовращателей используют иногда смесители с управляющими гетеродинами, ускоряющие сканирование луча. Наряду с приемо-передающими могут использоваться раздельное решетки па передачу и прием, особенно при больших длительностях и энергиях сигналов.
На передачу используют тогда решетки меньших размеров, широкие лучи которых перекрывают ряд более узких приемных лучей межмодульной природы. Из элементов больших решеток обычно составляют .подули. Тогда наряду с управлением модулями, подобным описанному, может осуществляться и внутримодульное управление. Характеристики ФАР.
К ним относят, в частности: ° направленность; ° ее ширину по заданному уровню поля (мощности); ° уровень боковых лепестков ее или разпостной характеристики направленности (см. разд. 21.53); ° мгновенную полосу частот и др. Характеристики специфичны [0.7; 0.67; 7.53[ для: ° неразреженных и разреженных решеток; ° линейных, плоскостных (прямоугольных, круговых, многоугольных) решеток; ° решеток с амплитудным взвешиванием, снижающим уровень боковых лепестков, и без него.
Характеристики простейшей многоэлементной (Ма 1) линейной ФАР. Имеется в виду линейная ФАР, составленная из изотропных элементов без амплитудного взвешивания и разрежения. Во избежание роста боковых лепестков расстояние между элементами решетки обычно выбирают равным половине длины волны й = Е/(М вЂ” 1) = Л/2. Характеристика направленности ФАР (без взвешивания), определяемая (18.35)„(18.36), имеет вид з)п х х, где х м лЕ'АО/Л, Е= ьсо«В = МЫсо«0 — «видимый» размер решетки, ЬО = О, — 0 — рассогласование направлений приема (передачи) сигнала и оси сформированного луча. Ширина характеристики направленности определяется «видимой» апертурой решетки и длиной волны А По половинной мощности в градусах она в данном случае составляет 50Л Е'.
Уровень первого бокового лепестка при равномерном распределении поля на апертуре ниже уровня главного лепестка на 13,2 дБ. Дальнейшее снижение уровня боковых лепестков достигается путем регулировки (округления, в первую очередь) амплитудного распределения поля — здесь полная аналогия со скруглением амплитудно-частотного спектра согласованно обработанного сигнала и уровнем его боковых лепестков во временной области (разд.
19.2). Для неосевых направлений формирования луча характеристика направленности сканирует при изменении рабочей частоты~с/Л согласно (18.35). Вводят ширину полосы частот ФАР [0.7) в виде Ширина полосы частот [в % от несущей) = = Ширине луча [в градусах), допуская частотное отклонение луча на краях полосы до а1/4 ширины характеристики направленности для направлений, отличающихся от осевого до а60'. Для применений, связанных со значительным повышением разрешаюшей способности по дальности, такая полоса недостаточна. Тогда от фазового управления решеткой переходят к временному или фазовременному управлению, эффективно используя различные в том числе оптико-электронные методы (разд 7.3.9).
Фазовращатели ФАР. В качестве управляемых фазовращателе й используют: ° полупроводниковые диоды, ° ферритовые элементы, ° галлиево - арсенидные элементы, ° новые элементы МЭМС. Возможен ряд видоизменений ФАР, частично показанных на рис. 7.12. Единый передатчик заменяют, кро- ППП ППП ППП ППП Прн /-/в/4 К:Й Прн /'-/в/2 Рнс. 7.14 Рнс. 7.15 Рис. 7.13 4 — 425! 97 ме того, набором маломощных раздельно управляемых генераторов, подключаемых к элементам решетки.
Сращивание элементов антенной н вычислительной техники. В развитие классической работы В.А. Котельникова 1946 г. [1.4], уже в начале 60-х годов «не только приемник, но и антенна рассматривается как элемент вычислительного устройства, решаюшего задачу о наиболее вероятном распределении излучателей» [1.10]. Во второй половине 60-х годов ставится вопрос о создании цифровых антенных решеток (ЦАР, Варюхин В.А [8.42а]) на основе сращивания элементов ФАР и цифровой вычислительной техники. Цифровая обработка в различных вариантах и после ФАР, и в ФАР используется повсеместно [2.149]. Шаги дискретных отсчетов фаз ФАР. Определяют при цифровых.методах управления по формуле Ац< о [град] = 360/2" [град], где н — разрядность фазовраи/атечя.
Для четырехразрядного фазоврашателя А<!<о = 22,5 [град], для шести- разрядного ц<о = 6,525 [град]. Характеристики четырех- разрядных фазоврашателей, выполненных в США по разным технологиям, приведены в табл. 7.1 [7.54„7.55]. Таблица 7.1. Характеристики четв<рехразрядиви< фазавращателей Технология МЭМС. Это новая технология микроэлектромеханичесних систем. Рассчитана, в частности, на протяженные ФАР с ограниченной мощностью излучения. Постоянное напряжение по этой технологии стягивает или растягивает пьезоэлектрические пленки (рис. 7.13) емкостных элементов фазоврашателей, содержащих воздушный и диэлектрический слои. Изменения их емкостей приводят к размыканию или замыканию фазоврашаюших цепей.
Цепь разомкнута / Низкая емкость Многодианазонные коммутируемые ФАР (МКФАР). Поочередно работают в разных диапазонах несущих частот, что проще создания широкой мгновенной полосы частот. Так, для работы двумерной решетки на трех несущих /о, /о/2 и Я/4 создается необходимая конфигурация из полуволновых диполей. На частоте /о все элементы решетки активны. После переключений с помощью МЭМС на частоты $/2 и /о/4 часть элементов становятся неактивными на этих частотах (столбцы нх помечены стрелками рис.7.14). Часть соединяется в вертикальные пары и четверки диполей с увеличенными интервалами между ними [ 7.54, 7.55].
Катящаяся (го111пб) ФАР [2.168]. Заменяет громоздкие многогранные или вращающиеся ФАР трехкоординатных РЛС более легкими. Катящаяся ФАР помещена внутри вращающегося колеса, соосного с колесом меньшего диаметра (рис. 7.15). Оба колеса перекатываются по концентрическим рельсам большого круга- основания за счет приложения к указанной оси врашаюшего момента. Положение ФАР в каждый момент времени контролируется оптическим датчиком. Предложенная конструкция, усложняя обработку, снижает вра<цаюшуюся массу и расход энергии на ее врашенне, повышает надежность, снижает уровень боковых лепестков характеристик направленности за счет удаления вспомогательных элементов от границ ФАР.
Устраняются также неконтролируемые нестабильности вращения, что существенно увеличивает допустимое время когереитной обработки, позволяя использовать эффект синтеза апертуры (разд. 7.4 н 18.11) для повышения показателей качества радиолокации. 7.3.8. Антенные решетки с распределенными генерироеанием и обработкой сигналое К ним относят активные (АкФАР), адаптивные (АдФАР) и интеллектуальные (ИФАР) решетки. Активные ФАР (АкФАР). Как и обычные (пассивные) ФАР, повышают оперативность пространственновременноймодуляции. В них дополнительно: ° устраняются потери энергии в длинных передающих и приемных фидерных трактах, ° повышаются излучаемая энергия и надежности эксплуатации за счет сложения мощностей в пространстве, генерируемых твердотельными приборами; ° упрощается защита от мощных сигналов и снижается коэффициент шума из-за распределенного приема; ° расширяется полоса частот при переходе к твердотельным приборам малой мощности и улучшается компенсация помех при проведении ее на высокой частоте.
С другой стороны, не решен еще ряд проблем: ° создания монолитных прнемопередающих модулей на основе ингрид-галлиевых Пай транзисторов; ° охлаждения и питания АкФАР; ° управления и контроля работоспособности АкФАР; ° понижения стоимости АкФАР. Преимущества нх стоимости перед пассивными начинают сказываться при числе элементов 1Оз и более [2.139, 2.149].
Адаптивные (АдФАР). По принятой пока терминологии, адаптивная ФАР автоматически создает провалы в характеристике направленности приема, ориентированные на источники помех (см. разд, 17, 25.7) [! .1О, 2.8]. Интеллектуальные (зшагс) ФАР. Они обеспечивает адаптацию и на прием, и на излучение, а также к выходу из строя антенных элементов (равд. 25) [ 2.149]. Т.З.9. Широкополосные антенные решетки Антенные решетки с временным и фазовременным управлением.
Рассмотренные выше ФАР намного широкополоснее антенн с частотным сканированием. Еще большее отношение ширины полосы к несущей обеспечивают решетки (рис. 7.16,а) с управляемыми времеинымн задержками. Значения задержек тв, 2то, Зто кратны управляемому значению то. Линии задержки заменяют здесь управляемые фазовращатели со сдвигами фаз, кратными чго. Это позволяет совместить огибающие напряжений при неодинаковых запаздываниях до элементов (в частности, для большой антенной решетки или при использовании широкополосных сигналов, обеспечивающих высокое временное разрешение).
а) 6) Рнс. 7.16 Решение задачи упрощается прн включении регулируемых линий задержки в группы управляемых по фазе элементов (в подапертуры). Влияние временной регулировки иа основную фазовую регулировку исюпочается, если задержки округлены до значений, кратных периоду колебаний несущей частоты 1//о (рнс. 7.16,6). Подапертуры могут перекрываться, что позволяет создавать спадающие к краям амплитудные распределения, снижая уровень боковых лепестков [0.7, 7.55]. Линза Ротмана. На наружной поверхности эквивалента линзы (рис. 7.17, слева) выделены входы диаграммообразования 1, 2, ..., к которым подводятся напряжения источника излучения пассивной ФАР [7.62].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
