sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 83
Текст из файла (страница 83)
д.), по диапазону (от коротких волн до волн оптического диапазона) й 15ДС ФАЗИРОВАННЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ Фазированные антенные решетки (ФАР) это наиболее распространенный класс антенных решеток, позволяющий создавать сканирующие антенные системы как средних, так и очень больших электрических размеров. Различают активные и пассивные ФАР. В активных фазированных антенных решетках (АФАР) каждый элемент возбуждается от отдельного фазируемого генератора или усилителя мощности, а также снабжается переключателем приема-передачи и каскадами, осуществляющими преобразование частоты и предварительное усиление принятых сигналов.
Все перечисленные элементы образуют приемопередающий модуль АФАР. Модуль должен иметь небольшие поперечные размеры (0,6Л вЂ” 0,7Л), допускающие его размещение в пределах участка площади раскрыва, приходящейся на один элемент решетки. Модули АФАР часто выполняют по технологии интегральных схем, на основе мнкрополосковых линий передачи и микрополосковых излучателей. Несомненными преимуществами АФАР являются высокая технологичность, надежность конструкции многоэлементной антенны и кардинальное сокращение длины трактов СВЧ между излучателями и приемопередающей аппаратурой. В пассивных ФАР все излучатели возбуждаются от общего генератора (илн работают на общий приемнин). Поэтому неотъемлемой частью пассивной ФАР является распределитель мощности между элементами решетки.
Распределители в виде закрытого тракта. Разводка мощности СВЧ н излучателям решетки в распределителях этого типа осуществляется с помощью пассивных многополюсников, состоящих из а) Рис. 15.1. Схемы последовательного питания излучателей ФАР отрезков линий передачи, тройников, направленных ответвителей и т. п. Различают распределители с последовательным и с параллельным питанием излучателей. Классическая схема последовательного питания линейной эквидистантной решетки показана на рнс. 15.1, а. Мощность к каждому излучателю ответвляется от главного тракта, н одинаковые проходные фазовращатели включаются в главный тракт между отводами и соседним излучателям. В качестве ответвляющих элементов могут использоваться реактивные тройники со слабой связью в боковое плечо, а танже направленные ответвителн с малой связью (развязанное плечо ответвителя замыкается на согласованную нагрузку).
Схема компактна, все фазовращателн управляются по одному и тому же закону, так как для отнлонения луча на определенный угол фазовый сдвиг между соседними излучателями должен быть одинаковым по длине решетки. В результате упро1цается система управления фазоврагцателями.
Однако последовательная схема имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, происходит накопление н возрастание фазовых ошибон и потерь к концу решетки, в связи с чем допустимо использование только точных фазовращателей с очень малыми потерями. Во-вторых, через ближайший ко входу фазовращатель проходит почти вся излучаемая мощность и, таким образом, требуются фазовращатели с повышенной электрической прочностью. В-третьих, электрическая длина путей сигналов от общего входа до каждого излучателя оказывается существенно различной, и это может приводить к нежелательному расфазированию решетки на краях рабочей полосы частот.
Для выравнивания электрических длин в линии питания излучателей <д „„~ , следует включать компенсирующие отрезки линий (штриховые линии иа рис. 15.1), что увеличивает размеры распределителя, а потому ои уже не является компактным. Фазовращателя в последовательной длФ схеме могут включаться в боРпс 1Зд. С еяа парплп ковые отводы от главного ; флр тракта (рис. 15.1, б), однако при этом теряется простота схемы управления. Параллельная схема питания У-элементной решетки показана иа рис. 15.2. Зтасхема имеетрядважныхпреимуществ. Во-первых, можно использовать сравнительно маломощные фазовращатели, так как через каждый нз иих проходит только 1/й излучаемой мощности.
Во-вторых, общие потери мощности в управляющих устройствах определяются ослаблением лишь одного фазовращателя, и поэтому .можно использовать фазовращатели с ослаблением, достигающим 1,0 — 1,5 дБ. Важным преимуществом параллельной схемы является отсутствие накопления фазовых ошибок вдоль раскрыва и возможность выравнивания длины отдельных каналов для обеспечения широкополосности. Недостатком параллельной схемы является сложность системы управления, так как фазовые сдвиги в каждом фазовращателе различим.
Кроме того, имеются трудности хорошего согласования входа распределителя при одновременном делении мощности иа много каналов. Особым случаем схемы параллельного питания является показанная на рис. 15.3, и двоично-этажная схема типа «елочка», в каждом узле которой происходит каскадное деление мощности на две части (возможны варианты схемы с каскадным делением и на большее число частей). В качестве делителей мощности в узлах «елочки» можно использовать простые тройники, мосты, кольцевые резистивные делители мощности.
Положительным свойством «елочки» является равенство электрических длин всех каналов, а недостатком †некотор громоздкость. Используя «елочку» можно упростить схему управления решеткой, если включить фазовращатели в каждый этаж (рис. 15.3„б). В этом случае для получения линейного фазового распределения с шагом 2йз, между соседними излучателями все фазовращатели каждого этажа должны отрабатывать одинаковый фазовый сдвиг тр (с точностью до знака) и число управляющих сигналов уменьшается до числа этажей схемы При создании двумерных сканирующих антенных решеток возможны различные комбинации последовательных и параллельных, схем питания, особенно если вся решетка и еэ предварительно разбита на подрешетки меньших размеров.
При выборе той или иной схемы закрытого трак- дхаа та вопросы определения допустимых ослаблений управляюп1нх элементов, пропускаемой моп1ностн, точности и Ю фазирования и допустимой сложности системы управления решают компромиссно. Неоспоримым преимуществом закрытых трактов является возможность .равномерного распределения мощно- йтаа :. сти между излучателями й) . (или создание иного задан- Рис.
153. Дноично-этажная схема питания ' ного амплитудного распре- излучателей ФАР деления) и отсутствие пара. зитного неуправляемого излучения, присущего схемам оптического ': питания. Распределители оптического типа. Существует два варианта :-схем оптического питания решеток: проходная н отражательная . В ФАР, выполненных по проходной схеме (рис. 15.4), специальный :,-''облучатель направляет излучаемую мощность на собирающую ': антенную решетку приемных элементов.
Принятая мощность про'::ходит через систему фазовращателей и после фазирования излу:, чается в нужном направлении другой решеткой излучающих зле!;ментов. Между приемными элементамн и фазовраэцателями иног';да включают дополнительные отрезки линий (штриховые линии на !'рис. 15.4), уравнивающие электрическую длину пути сигналов до э;.различных элементов излучающей решетки. Этн отрезки могут 1:быть также использованы для создании нелинейного начального !эфазового распределения (фазовой подставки), применяемого для (арабы с паразитными боковыми лепестками при дискретном фази- 1)рованин (см.
$15.3). По принципу действия проходная ФАР экви- валентиа линзе с принудительным ходом лучей и с электрически управляемым фазовым распределением возбуждения в раскрыве. Рис. 15.4. Проходная схема оптического питания налучателей ФАР ФАР, выполненная по отразсательной схеме (рнс. 15.5), состоит из облучателя и прнемопередающей решетки, каждый элемент которой снабжен отражательным фазовращателем.' Между излучателями и фазовращателямн могут быть включены дополнительяые емеле Рис. 15.:5. Отражательная схема оптического питания иалучателей ФАР линии задержки для выравнивания электрической длины пути сигналов, проходящих через различные элементы решетки и для создания начального фазового распределения.
В отражательной ФАР излучатели решетки выполняют двойную функцию: 1) собирают могцность, идущую от облучателя; 2) переизлучают ее в нужном направлении после фазировання. По принципу действия отражательная ФАР эквивалентна зеркальной антенне с электрическим управлением фазой коэффициента отражения различных участков поверхности. К преимушествам обеих схем оптического питания относятся сравнительная простота при большом числе элементов решетки, удобная возможность управления формой амплитудного распределения в раскрыве путем подбора формы ДН облучателя, а также возможность применения сложных моноимпульсных облучателей для создания суммарных н разиостных ДН в радиолокационных станциях с автоматическим угловым сопровождением целей. Общим недостатком схем оптического питания является увеличение размероз по сравнению с закрытым трактом, поскольку отношение чфокус~ого расстояния» 1 к размеру раскрыва Е обычно находится в пределах 0,5)~/).ъ1.
Кроме того, в оптических схемах часть мощности облучателя не перехватывается приемной решеткой, что приводит к возрастанию фона бокового излучения и снижению общего коэффициента использования поверхности антенны, Для устранения этого неприятного явления в ФАР проходного типа вся облучающая система может быть помещена в большой рупор, простирающийся от облучателя до приемной решетки, или выполнена в виде закрытой со всех сторон зеркальной антенны в форме параболического цилиндра с боковымн металлическими стенками. По конструктивным признакам отражательная ФАР имеет ряд преимуществ по сравнению с проходной: легкий доступ к любому фазовращателю с тыльной стороны решетки, что упрощает монтаж и эксплуатацию, и, кроме того, отражательные фазовращатели по ' конструкции проще проходных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
