Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 77
Текст из файла (страница 77)
При этом средний уровень боковых лепестков возрастает пропорционально числу исключаемых элементов. Линейные плоские решетки имеют мак симальный сектор сканирования 100 ...120'. Большие зоны обзора можно получить, используя антенну с несколькими раскрывами. Возможна антенная круговая группа, в которой отдельные излучатели устанавливаются перед цилиндрическим рефлектором.
Переключательная матрица одновременно запитывает 90'-градусный сектор, причем излучатели на краях запитываемого сектора непрерывно подключаются и отключаются. Для уменьшения массы, габаритов'и стоимости ФАР, а также для повышения надежности целесообразно в качестве канализирующих систем и делителей мощности применять полосковые и микрополосковые устройства. При этом для уменьшения потерь и увеличения излучаемой мощности вводят активные элементы. Образуется активная 441 ФАР (АФАР), в которой при передаче и приеме используются различные активные элементы.
В качестве фазовращателей, используемых в антенных решетках„применялись устройства с механическим управлением. Например, фазовый сдвиг щелевых излучателей, расположенных вдоль широкой стенки волновода, управляется путем перемещения узкой стенки, а следовательно, изменением длины волны колебаний, распространяющихся в волноводе (время управления фазой может быть (0,1 с). Основное значение имеют фазовращатели с электрическим т Я р йЛ)с" Рнс.
9.2. Дискретный нроходной фааоара- щатеаь Уарайлающий хай управлением. Использование аналоговых (с непрерывным изменением фазы) фазовращателей обеспечивает точное и плавное управление лучом, однако более перспективны дискретные (цифровые) фазовращатели. Их преимущество— меньшие габариты и масса, простота конструкции, ббльшая скорость переключения, простота управляющих устройств, в которых могут быть использованы стандартные логические схемы.
Принцип такой системы иллюстрируется рис. 9.3, где показан проходной фазовращатель, состоящий нз р каскадов, кажцый из которых характеризуется фазовым сдвигом 0 или и/2а-', где л — номер каскада. Общее число фазовых состояний фазовращателя равно 2р (р, бит). Например, при р = 2 эти каскады обеспечивают фазовые сдвиги 0 или и и 0 или и/2, так что общий сдвиг фаз ~р имеет значения О, п/2, и, Зп/2. Число управляющих сигналов равно р.
Например, в данном случае укаэанным фазовым сдвигам соответствуют сигналы 00, 01, 10, 11. Скачки отклонения ДН равны ЛОа = М<р/2пЬ, где бор — дискрет фазы. Если принять АО = Орл ж )йпЬ !см. (9.2.5)), то йр = 360'/и, где и — число излучателей в антенной решетке. Основными типами фазовращателей являются ферритовые и полупроводниковые. Феррит используется как обьемная среда в волноводе, которая изменяет магнитную проницаемость, а следовательно, фазовый сдвиг проходящих колебаний под действием внешнего магнитного поля.
В обратимых (взаимных) фазовращателях фазовый сдвиг не зависит от направления распространения высокочас- 442 тотных колебаний. В необратимых (невзаимных) фаэовращателях требуется переключение полярности управляющего магнитного поля при работе в приемопередающих ФАР. Важным положительным свойством ферритовых фаэовращателей некоторых типов является внутренняя памятгн фазовый сдвиг сохраняется до следующего короткого перемагиичивающего импульса, что не требует дополнительной энергии управления. Ферритовые фазовращателн имеют удельный фазовый сдвиг в несколько десятков градусов на сантиметр (что обеспечивает практически фазовый сдвиг 360' и больше), импульсную мощность несколько сотен киловатт, а среднюю — сотни ватт, вносимые потери не превышают 1 дБ, время переключения 0,1 ...30 мкс, энергия переключения составляет сотни микроджоулей. Переключательными элементами большярства полупроводниковых фазовращателей являются р-1-и диоды.
Они малы по сравнению с длиной волны и ведут себя как конденсаторы емкостью около 1 пФ. При подаче достаточного значения напряжения смещения в слое чистого полупроводника (между пластинами конденсатора) ннжектируется проводящая плазма, что обусловливает его низкое сопротивление. Таким образом производится управление положением короткого замыкания в линии передачи, которая и создает определенный фазовый сдвиг. Достоинством полупроводниковых фазовращателей являются: малая масса и габариты, большая скорость переключения, простота управляющих устройств, малая потребляемая мощность, обратимость (взаимность), термостабилыйсть.
Вносимые ими потери выше, чем в ферритовых фазовращателях (1,5 ... 2 дБ при Х вЂ” 3 см), максимальная пропускаемая мощность в импульсе около 10 кВт, время переключения О,1 пс ...10 мкс. Мощность управления достигает нескольких ватт, так что для сохранения необходимых фазовых сдвигов при значительном числе фаэовращетелей требуется мощность в несколько киловатт. Применение ФАР позволяет решить задачу микроминиатюризации РЛС, особенно бортовых. Прн этом антенна состоит из нескольких сотен модулей, каждый из которых представляет собой микроминиатюрную РЛС, имеющую задающий генератор, усилитель мощности (на транзисторе), умножитель частоты (на варакторе), антенный переключатель (на р-Г-и диоде), фазосдвигающее устройство (полосковая линия, замыкаемая и размыкаемая переключающими р-1-и диодами). Например, при мощности Р„= == 60 кВт и и = 600 модулей можно довести мощность зле- 44Э ментарного передатчика каждого модуля до 1 Вт, если использовать метод сжатия импульсов в 100 раз.
2. Многолучевые фазовые системы обзора. Многолучевая антенная система необходима для одновременного обзора пространстве: Простейший способ реализации такой системы при небольшом количестве лучей заключается в использовании множества облучателей, смещенных в ргз- Напшбленные ижльтал Рис. 9.4.
Последовательиаи схема миоголучевой системы с обработкой иа радиочастоте Ноглугли а/ ных направлениях на различную величину относительно фокуса параболического зеркала. При этом каждый облучатель создает свой независимый луч. Однако с увеличением расстояния от фокуса растет степень искажения лучей, поэтому обычно их число не превышает 20. Большее число отдельных лучей можно получить от линзы, обладающей сферической симметрией и переменным коэффициентом преломлении (линза Люнеберга), у которой множество облучателей расположено на поверхности сферы. Можно создать многолучевые системы, основанные на обработке сигналов, принимаемых большим числом отс дельных вибраторов, образующих решетку.
Этот метод основан на формировании тем или иным путем одновременно множества вариантов фазовых сдвигов между вибраторами, что соответствует множеству направлений главных лепестков решетки. При этом образуются так называемые лучеобразующие матрицы. В качестве примера на рис. 9.4, а изображена последовательная схема многолучевой антенной решетки с обработкой на радиочастоте.
Прямые линии образуют матрицу пересекающихся линий передачи (например, волноводов). В точках пересечений линий установлены направленные ответвители, почти полностью исклю- 444 чающие взаимную связь между элементами антенн (направление распространения энергии показано стрелками). Как видно из рис. 9.4, а, угол наклона линий передачи постепенно растет (а„а„...). Определим разность фаэ между соседними вибраторами из;за различия пути, вызванного наклоном линий передачи (рис.
9.4, б). Разность хода равна Ь зс ад — Ь (д ад, а разность фаз между вибраторами гя Л<рд = — Ь (э с ад — (и ад), Лф где Лэ — длина волны в фидере. Так как обычно Ь = Л/2, то при ад — О имеем Л~рд = = пЛ/Лф ) и. Поэтому для получения нужного сдвига фаз Л~рд ж О необходимо внести переключение фазы на л в каждом направленном ответвителе или у вибратора, т. е. Л~рд = Л~рд — и.
Отсюда находим угол наклона луча Л Л Л з(п 9дд —— — Л<рд — — — (эсад — (пад) — — . (9.2.6) 2пэ ЛВ гь ' Число лучей определяется числом линий передачи, имеющих наклон ад. Так можно создать систему, реализуемую при любом числе элементов решетки. Ее недостаток— слишком большое число направленных ответвителей и снижение КПД из-за потерь мощности в поглощающих нагрузках.
Другой вариант лучеобразующей матрицы, рассмотрение которой мы опустим, — параллельная матрица. Она обеспечивает больший КПД (отсутствуют специальные поглощающие элементы) и требует гораздо меньшего числа направленных ответвителей, однако не позволяет сохранить положение лучей в пространстве при изменении частоты. Обработка может быть также перенесена в тракт ПЧ, что несколько упрощает получение большого числа требуемых сдвигов фазы (рис. 9.5).
В ией многолучевой обзор осуществляется только в режиме приема. В режиме передачи используется отдельная (например, малонаправленная) антенна. В цепи каждого вибратора антенной решетки имеется приемник, в тракт ПЧ которого включена секционированная ЛЗ. Время задержки каждой секции равно Лт, что соответствует фазовому сдвигу .Л~р = Л,т/2пг;,. Еслй объединить отводы секций ЛЗ так, чтобы разность задержек была равна Лт, 2Лт, ..., яЛт, то образуются отдельные каналы, у которых разность фаз между вибраторами равна 445 Агр, Ы р, ..., АЛ<р, ... Следовательно, направление луча Оо» для /г-го канала определяется нз формулы з1п О„= (Х(2, Ь)ьл р = (М2пЬ)ййт2 /„„. Сигналы, необходимые для установки фазовращателей в состояния, обеспечивающие заданное положение луча в пространстве, формируются командным устройством двумя способами: табличным н вычислительным. Прн табличном способе фазы излучателей рассчитываются заранее н хранятся в памяти командного устройства, откуда онн счи- Ряс.
Э,Б, Мяоголучевая система с обработкой яа ПЧ тываются с помощью ЭВМ данной РЛС н подаются на фазовращателн. При этом емкость запоминающего устройства 3 = пиигр (бнт1 (где л н т — число строк н столбцов антенной решетки, ( н г — число положений луча по азимуту и углу места, р — количество разрядов фазовращателей) чрезмерно велика. Поэтому наибольшее развитие получил вычислительный способ, при котором команды управления вычисляются специализированным вычислительным устройством по заданному значению направления луча.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
