Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки (2012) (1151794), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Основные характеристики антенных решеток имеют место при и, которые являются решениями уравнения Ю 1ап Ч' = 1ап ХЧ'. Для больших Ж оно сводится к 1ап(ЖЧ') = ЖЧ', первое решение которого ~РР= 1,4303. Удобным параметром является относительный уровень боковых лепестков (ОУБЛ, Я К), который представляет собой отношение амплитуды основного луча к амплитуде первого бокового лепестка. Для больших антенных решеток уровень боковых лепестков такой же, как у непрерывных линейных антенн, и не зависит от направления главного луча. Он составляет 13,26 дБ. На рис.
2.б показано значение ~р~ для первого бокового лепестка решеток с малым числом элементов, а на рис. 2.7 приведена зависимость значения Я К 2. 1. Линейные решетки с равномерным возбуждением 29 ~ 2.1. Линейные решетки с равномерным возбуждением направленности антенны, этим исключается весь дифракционный лепесток. На рис.
2.10 изображена часть диаграммы направленности„где направление основного луча задано углом Оо, а пик дифракционного лепестка — углом Одл. 2,2, Плоские антенные решетки Форма луча при сканировании меняется вследствие изменения проекции раскрыва антенной решетки. Для прямоугольных антенных решеток изолиния луча по уровню — 3 дБ является близкой к эллиптической, Однако при сканировании не в главных плоскостях комбинация влияния ширины и длины проецируемого раскрыва и углов сканирования приводит к эллиптической форме луча, больший диаметр которого обычно ориентирован не в плоскости сканирования и не в главных плоскостях. Так как площадь эллипса пропорциональ- на произведению большого и малого диаметров, площадь сечения луча по Глава 2. Основные характеристики антенных решеток Минимальное значение д„/Х составляет 1/ «Г2.
Как и ожидалось, в случае касательного ~ результат аналогичен при замене местами и и ~, а также д, и а~, При произвольных углах сканирования ДЛ в главной плоскости появляется первым, что определяется меньшим из значений Х/д„' и Х/д~. Использование и,~-плоскости не только дает превосходную физическую картину возникновения ДЛ, но также позволяет легко вывести соответствующие формулы. Итак, при сЕ /Х < 1/(1 + яп О) и д /Х < 1Д1 + яп О) у решетки с прямоугольной сеткой ДЛ отсутствуют. Глава 2, Основные характеристики антенных решеток 2.3. Управление лучоы и лепестки квантования Для управления лучом необходимо создание сдвига фаз между элементами решетки, а устройства, осуществляющие этот сдвиг фаз, называются фазовращателями.
Самым простым способом, даже для кольцевых антенных решеток, является фазирование по строкам и столбцам. При этом каждый фазовращатель управляется командным сигналом, определяемым фазами по х-и у-осям. Дискретность управляющего сигнала влияет на точность управления лучом, полосу пропускания и порождает в диаграмме направленности лепестки, об- 2.3. Управление лучом и леиестки квантования на 3 дБ. Для антенной решетки только с фазовым управлением ширина полосы пропускания (ВЖ) составляет приблизительно В% = 8,/яп 8О. Используя приближенное значение 8з в Х/А для угла сканирования ЗО', получаем ширину полосы пропускания В% ь 2Х/Х,.
Это часто используемая оценка„однако даю- щая неточный результат. 1 Использование в некоторых разрядах фазовращателя временной задержки ! увеличивает ширину полосы частот; определим это увеличение. Пусть Д— центральная частота, а„~~ и~ — верхний и нижний края частотного диапазона. Глава 2. Основные характеристики антенных решеток 2.3.3. Размещение линий задержки Во многих фазированных антенных решетках используется общее фидерное возбуждение, и в случае широкополосных антенных решеток возникает вопрос о наилучшем месте размещения линий задержки.
Сначала рассмотрим общее фидерное возбуждение антенной решетки, не имеющей подрешеток. В идеальном варианте каждый элемент снабжен многоразрядным фазовращателем и линией задержки, причем линии задержки образуют лестничную структуру, соответствующую углам сканирования (см. рис. 2.21). Этот подход, хотя и обеспечивает широкополосное сканиоование, используется редко, п 2.3. Уиравление лучом и леиестки квантования левую задержку, а нечетные — задержку, включающую предыдущие биты фазовращателя и все младшие биты задержки.
На рис. 2.22 приведен пример 16-элементной антенной решетки с сектором сканирования 45'. В данной топологии используется вдвое меньше линий задержки, чем в идеальном варианте; при этом количество фазовращателей остается тем же. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Элементы Фааоаоащател и Глава 2. Основные характеристики антенных решеток 2.3.4. Лепестки квантования фаэовращателей Большинство фазовращателей имеют цифровое управление независимо от того, как в них осуществляется фазовый сдвиг — аналоговым или цифровым образом. У таких фазовращателей имеется наименьший фазовый сдвиг, соответствующий одному разряду.
М-разрядный фазовращатель обеспечивает фазовые сдвиги, равные 2к~2м, 2л/2м-',, к. При электронном сканировании идеальная линейная фазовая характеристика аппроксимируется ступенчатой фазовой кривой, что порождает пилообразную кривую ошибок (см. рис. 2.24).
2.3. Уиравление лучам и леиестки квантования ~р "д бопьщим уменьшени~.м кочййи11и~.нтск ~тиленид Среднеквадратичный уровень (КМЯ) бокового лепестка (коммутационного лепестка) составляет ст2/6. При равномерном возбуждении антенной решетки среднеквадратичный уровень бокового лепестка равен о2/Ж. На рис. 2.25 приведено среднеквадратичное значение уровня бокового лепестка, обусловленное случайной погрешностью квантования фазы при поперечном излучении. При угле сканирования Оо основной лепесток уменьшается примерно в соз200 раз, поэтому среднеквадратичный уровень бокового лепестка относительно основного уменьшается.
Увеличение боковых лепестков сопровождается не- Глава 2. Основные характеристики антенных решеток Во втором случае на фазовую ступеньку приходятся два или более элементов, и дискретная антенная решетка аппроксимируется непрерывной. Это квантование порождает ряд лепестков, называемых лепестками квантования ((Н.)„имеющих предсказуемые амплитуды и угловые положения. Изменение фазы между концами Ф-элементной антенной решетки равно (Ж вЂ” 1) Ы яп Оо.
Количество элементов У, приходящееся на фазовую ступеньку при М-разрядном изменении фазы, составляет: ут (Ж вЂ” 1)2мф~ / Х) чп0~1 2.3. Управление лучом и лепестки квантования При Р = к/2 амплитуды основного луча и первого лепестка квантования равны, что, несомненно, является плохим вариантом. Но это происходит только в предельном случае, когда используются однобитовые фазовращатели.
В табл. 2.5 приведены значения уровней лепестков в зависимости от разрядности фазоврашателей, Таблица 2.5. Амплитуды лепестков квантования фазовращателей 2.3. Управление лучом и лепестки квантования Б 1 2.3.5. Лепестки квантования подрешеток Антенная решетка, состоящая из смежных подрешеток, при сканировании имеет ступенчатое фазовое распределение, при этом на каждую подрешетку приходится одно значение фазы.
Как и в случае цифровых фазовращателей, это приводит к возникновению лепестков квантования, однако подрешетка имеет, по крайней мере, два элемента. Поэтому лепестки квантования здесь всегда детерминированы. Обозначим, как и прежде, ширину ступеньки (ширина подрешетки) через И~, а пиковое значение ошибки для пилообразной Глава 2. Основные характеристики антенных решеток жителя в положении первого ДЛ: ~ = ~о — 1. Следующий лепесток квантования наблюдается при втором ДЛ: ~ = ~о — 2, при этом япс-образная диаграмма направленности боковых лепестков задает уровень лепестка квантования.
Для точного определения пиков лепестков квантования потребовалось бы дифференцирование уравнения (2.42) с последующим приравниванием результата к нулю. При больших значениях Ж ширина луча ДЛ будет небольшой по сравнению с шириной япс-образного луча, и приводимые здесь результаты будут точны.
Если основной луч Ж-элементной антенной решетки оказывается в нуле япс-образной диаграммы направленности подрешетки, лепесток кванто- 2.3. Управление лучом и леиестки квантования Гаава 2. Основные характеристики антенных решеток му для каждого фазовращателя. Затем случайные числа таблицы укорачиваются до М бит и сохраняются отдельно. После вычисления значений управляющих разрядов фазовращателей для данного направления сканирования к ним прибавляются случайные Ю-разрядные числа, по одному к каждой управляющей кодовой группе фазовращателя. Затем кодовые группы фазовращателей укорачиваются до М бит, и из них вычитаются случайные М-разрядные числа по одному для каждой кодовой группы фазовращателя.
После чего полученные кодовые сигналы используются для управления фазовращателями. Результатом тякого попхоля явпяется пдсфазиповвние лепестков кван....ж.:д.'.....~ ~ Глава 2. Основные характеристики антенных решеток Замена всех угловых переменных на и дает 6= (2.48) | Дlь-81п2 1- ИКСИИ О яП2! Ыи Это выражение допускает интегрирование с помощью разложения в ряд: Я2Д/~, ~ ~ ~! ~ Ю + 2 У (% — п) сок иЫи 1 Ри = Ф вЂ” ~- — ~ ~Ю вЂ” л) япс п~И.,....,,...,~~...491.... 2.4. Наиравленность На этих графиках не показано, что при дальнейшем увеличении шага КНД возрастает до тех пор, пока не появляется второй дифракционный лепесток, в точке возникновения которого наблюдается второй спад КНД до значения, примерно равного наблюдаемому при полуволновом интервале ~5~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
