Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки (2012) (1151794), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Фокусы могут быть объединены на оси, в результате чего поверхности линзы являются круговыми и симметричными ~42~. Однако эта схема дает наибольшие ошибки при сканировании. Когда поверхность линзы становится эллипсоидальной.. -пп ж Глава 10. Многолучевые антенны повышать уровень боковых лепестков, уменьшать усиление и снижать крутизну разностной диаграммы направленности в центре. Эти эффекты симметричной ошибки аналогичны эффектам, наблюдаемым в ближнем поле, где, как правило, имеет место квадратичная ошибка.
Было установлено (см. главу 15), что по мере увеличения ошибки фазы (или длины пути) первый боковой лепесток возрастает и при дальнейшем увеличении поглощается боковой поверхностью главного луча. Тем временем происходит заполнение следующего провала, и возрастает следующий боковой лепесток. По мере того как боковые И2. Згтройстна формироваоия луюеи 391 )у Расчет ошибок длины пути фидерной линзы сложен, даже когда линзы сконструированы с дискретными фокусами.
Однако существует ряд общих эмпирических правил. Ошибка длины пути прямо пропорциональна диаметру раскрыва, выраженному в длинах волны. Ошибка пропорциональна углу сканирования в виде яп2ф. Ошибка прямо пропорциональна коэффициенту угла луча у, — это отношение углов лучей излучения — возбуждения. Оно связано с отношением высоты решетки к высоте линзы, с положением фокусов и с максимальным углом сканиоования, В целом. у рав~щется поиб 10.2. Устройства формирования лучей 10.2.2.4. Другие линзы Ниже описаны две схемы, обеспечивающие одномерное сканирование с использованием свойств переменной среды. В первой схеме используется набор сегнетоэлектрических диэлектрических пластин с металлической полосой между ними вблизи поверхности решетки фиксированного луча.
Как показано на рис. 10.39, набор пластин имеет тот же размер, что и решетка, и толщину, приблизительно равную длине волны в свободном пространстве. Для сканиро- яятууст д~лдд я Г, ттп~ъгьгпг тул, ада ~иетяптпп1 гутри гч~пгм.~.1 плттяк гг ст гтрк~ ттул~ тдт ул 10.2.3. Цифровое Формирование лучей Цифровое формирование лучей для приема по своему принципу является самой простой и в то же время самой эффективной конфигурацией. Каждый элемент подсоединен к предусилителю, а затем к аналогово-цифровому преобразователю (АЦП), как показано на рис.
10.41. Выходы АЦП подсоединены к шине цифровых данных, которая, вероятно, будет представлять собой кодированную последовательную шину. Компьютер далее может формировагь любое 1лава 10. Многолучевые антенны Таблица 10.5. Динамический диапазон аналогово- цифрового преобразователя 10.3. Низкие боковые лепестки и иитериоляция лучей квадрат дают пересечение — 3,27 дБ с боковыми лепестками — 31,5 дБ. К сожалению, для каждого набора лучей требуется своя собственная решетка и диаграммообразующая схема.
Помимо потребностей в дополнительной аппаратуре может быть трудно разместить фазовые центры двух решеток близко друг к другу (см. эскиз на рис. 10,42). Глава 10. Много,гучевые антенны ные лучи могут формироваться из двух наборов смещенных одинаковых лучей ~см. раздел 10.4). Это может осуществляться с помощью дополнительной сети гибридных соединений, как показано на рис. 10,43. Ряды гибридных соединений объединяют одинаковые лучи для формирования косинусоидальных лучей, и, как видно из рисунка, выходы Ж-лучевой диаграммообразующей схемы создают Л~ — 1 косинусоидальных лучей. Другой способ рассмотрения работы схемы заключается в том, что гибридные соединения изолируют порты лучей друг от друга. Отслеживание сигнала от одного порта луча показывает, что по- 10З.
Низкие боковые лепестки и интерполяция лучей 40~1 булава 10. Многолучевые антенны создание более эффективных сетей. В ранних работах ~59, 2, 511 приводятся только общие результаты. В работе ~63~ используется схема формирования лучей с линзой Ротмана, но потери схемы неотделимы от потерь линзы ~см. также ~68, 69~). Таким образом, на данный момент, по всей видимости, нет данных, указывающих на то, что могут достигаться более низкие потери, но также и нет доказательства того, что более низкие потери невозможны.
10.3. 1.4. Суперпозиция лучей 10З. Низкие боковые лтеспти и интерио тция лучей Это распределение является распределением типа «косинус на пьедестале», а не обычным распределением„поскольку здесь косинус имеет значение — 1 на концах раскрыва, Параметр й может расти до значения, дающего максимальную эффективность раскрыва (й = 23 для этого случая), не снижая качества этой двухкоэффициентной аппроксимации. Поскольку изменение эффективности от максимального монотонного й до максимальной эффективности й составляет < 2% для БЕК < 40 дБ, монотонное и является хорошим выбором.
Тейлор показал, что пространственный множитель (коэффициент заполне- ния) может быть записан следующим образом (см. гл. 3) 1лаыа 10. Многолучевые антенны ми элементами, находящимися на расстоянии, равном половине волны, друг от друга. Пиковые углы луча получаются при где и, — это нечетное целое число < половине числа элементов решетки Ж. Каждый луч имеет фазу (ь| — Ы яп6,), которая дает т, л/Ж при отбрасывании со~. Теперь два смежных порта лучей соединены через фазовращатели с гибридным узлом„как показано на рис. 10.46. 10.4, Ортогоиальиость лучеи «,10.25) л яп О, =- «р,, Разностная диаграмма направленности, которая может быть использована, чтобы управлять нулевым провалом моноимпульсного типа для точного углового сопровождения, ведет себя аналогичным образом: Фаза луча Фазовращатель «р ~ Фазовращатель «р ~ кл .
~г / ? ~т / 1 „~,«о, , «о "7 положения луча «р, до положения луча «Р;..~ без потерь. Фактическое положе- ние луча находится из фазы луча как Глава 10. Многолучевые антенны Таким образом, пространственный множитель должен быть ортогональным в угловом диапазоне Х Х вЂ” агсяп < О < агсяп 2д 2И (10.30) для того чтобы получить независимые лучи и несвязанные порты 1286~. Когда д/Х = 1/2 (или д/Х =- 1, так как пределы интегрирования могли бы быть = 1), лучи являются ортогональными во всем видимом пространстве. Таким образом, для расстояний, кратных Х/2, лучи и порты являются несвязанными для Глава 10. Многолучевые антенны — а+ Асов - ~р ехрЦраиДс1р = а~ -', - Ь2 2 + — аЬ япс л — — и,, +япс к — +и~ 1~~+ 2 2 Йпс(ли,) + ~10.39) деления типа косинуса на пьедестале.
Как покажет проверка, этот вывод неве- рен. Интеграл ортогональности по раскрыву, где и = и, — и„равняется: 10.4. Ортогональность лучей 10.4. 1.3. Ортогональность решеток В предыдущей работе рассматривались непрерывные апертурные распределения, поскольку они легче поддаются обработке.
Хорошо известно, что решетки, состоящие из многих элементов, могут точно аппроксимировать непрерывное распределение, делая выборки из него в местах расположения элементов решетки. Для реализации з данного пространственного множителя с решеткой из нескольких элементов обычно необходимо отрегулировать по- Глава 10. Многолучевые антенны эффективность ДОУ составляет 0 дБ, — 3,01 дБ и — 4,26 дБ соответственно. Дискретная эффективность диаграммообразующей схемы выражается: 1+2~~ В2 11 ~-2~В„1~ (10.45) где Р„, например, это коэффициенты Тейлора й.
Распределение Тейлора с Я К = 25 дБ и й = 5 имеет эффективность ДОУ, равную — 1,75 дБ, т.е. гораздо лучше эффективности ДОУ косинусного распределения, имеющего сопостави- 10.4. Ортогональноеть лучеи 10.4.2.2. Изменения боковых пепестков Взаимовлияние лучей в фактической антенне обеспечивается за счет взаимных связей, изменяющих амплитуду и фазу возбуждения решетки. Во всех ранее приведенных случаях ортогональности„а также соответствующих расчетах делалось допущение об изотропности элементов решетки.
Для этих гипотетических элементов некоторое убывание амплитуды и соответствующие расположения лучей создавали ортогональные лучи. Но в фактически применяемых Глава 10. Многолучевые антенны Были выполнены расчеты для полуволновых диполей как параллельной, так и коллинеарной конфигураций. Самый высокий боковой лепесток находится рядом с главным лучом, но может быть как с той, так и с другой стороны; диаграммы направленности асимметричны.
Для определения любого эффекта размещения лучей в предписанных позициях (для решетки с однородным возбуждением) лучи располагались в направлениях, нормальном к раскрыву АР, рядом с направлением, нормальном к раскрыву антенны, в крайнем положении относительно нормального и рядом с крайним положени- Глава 10. Много~гучевые антенны Можно отметить, что уровень бокового лепестка 16=элементной решетки является удовлетворительным в направлении, нормальном раскрыву АР. Как ожидалось, имеет место ухудшение уровня боковых лепестков при больших углах луча. Это ухудшение можно уменьшить посредством согласования импе- данса элементов при промежуточном угле так, чтобы луч направления, нормального раскрыву антенны, и крайний луч были одинаково рассогласованы. Из этих расчетов можно сделагь два вывода.
Во-первых, малые решетки неэффективно формируют диаграммы направленности с низкими боковыми лепе- 13.2. Кольцевые решетки 11.2. Кольцевые решетки Кольцевая решетка с элементами, расположенными по кольцу, характеризуется преимуществами, которые заключаются в значительно меньшем числе элементов по сравнению с плоской решеткой с одним главным лепестком, и с геометрией, обеспечивающей сканирование на 360'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
