sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 84
Текст из файла (страница 84)
С другой стороны, преимуществом проходной ФАР в отношении электрических характеристик являются. "1) возможность раздельной оптимизации собирающей и излучающей решеток (в каждой нз иих можно применять элементы разного типа н расположения); 2) отсутствие затенения раскрыва облучателем и реакции решетки иа облучатель. При проектировании схем оптического распределения мощности в ФАР с успехом используются расчетные методы и способы оптимизации облучателя, разработанные для линзовых и зеркальных антенн, и сохраняют значение многие факторы, определяющие эюэффициент использования поверхности зеркальных и линзовых антенн.
$35.3. УПРАВЛЕНИЕ ФАЗИРОВАНИЕМ СКАНИРУЮЩИХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК Применение формул фазирования (см. 2 12.6) к антенным решеткам с плоским раскрывом приводит к следующим требуемым фазовым сдвигам излучателей, находящихся в точках раскрыва с координатами хме у„: Ф(хч Уа)= р(хм з(п зосозЧо+Уа з)п воз(п 9а) (16.1) (л-г)л где йа„гро — направление максимального излучения, или направление фазирования. В ФАР с прямоугольной сеткой расположения излучателей для быстрого расчета фазовых сдвигов всех излучателей удобно вначале вычислить разности фаз между соседними элементами вдоль осей х Е Е Е и у ЛФ„= — (2п/Х)и з(ПОо сов ~ро* (я+ила ЛФУ вЂ” — (2пВ)т(у з!п Оо з!п 4РО.
После этого может быть произведено последовательное умножение этих фалл4) зовых сдвигов иа все целые числа лт и л вплоть до максимальных номеров М и У, соответствующих числу Е Е Е колонок и рядов решетки. И накоФт нец, суммирование найденных кратных значений дает требуемые фазы каждого элемента: Ф „=птЛФ,+ а+лЛФ„, где т (номер колонки) н п Рис. 15.6. Способ упраалеиая фа- (номер строки) определяют положезироввннем по рядам и колонкам ние излучателя в решетке, Подобный способ вычисления фаз позволяет построить очень изящную систему управления решеткой (рис.
15.6), обычно называемую системой управления по рядам и колонкам (или по строкам и столбцам). К элементу с номером гип по двум независимым каналам подводятся два сигнала, содержащие закодированные значения тЛФ и пЛФР Сумматоры, расположенные в непосредственной близости от фазирующих устройств, осуществляют сложение гпЛФ„и пЛФ„. Полное число управляющих шин (т. е. управляющих сигналов) в ФАР с числом элементов МХ л',)т' равно только М+)т', что делает управляющую систему простой и надежной и обеспечивает хорошее быстродействие. В ФАР с треугольной сеткой расположения элементов непосредственное применение системы управления по рядам и колонкам в координатах х, у требует примерно вдвое большего числа управляющих шин по сравнению с ФАР с прямоугольной сеткой.
Уменьшение числа шин возможно при косоугольном расположении рядов н колонок, однако это создает некоторые затруднения при вычислении управляющих кодов. В решетках с нерегулярным расположением излучателей управление по рядам н колонкам не эффективно, и приходится предусматривать индивидуальное вычисление требуемых фаз для каждою элемента. Особенности дискретного фазировання элементов, Прн создании ФАР используются дискретные фазирующие устройства, с помощью которых фаза возбуждения в каждом излучателе может быть изменена только скачком на величину ЛФ, называемую дискретом фазирования.
Обычно ЬФ=2п/М, где М=2» (р — целое 5 п=г ш р лыха йя' .зрг . нн ш,п (йп (О, /1 Рис. 15.7. Бинарный принцип управления фазой числа). Управление включением необходимого фазового сдвига обычно строится по бинарному принципу (рис. 15.7), Проходной фазовращатель разбивается на р каскадов, каждый из которых может находиться в одном из двух состояний, характеризуемых азовой задержкой О или и/2 -', где лт — номер каскада, Для выора любого из М=2» возможных фазовых состояний фазовращателя достаточно использовать только р управляющих сигналов, принимающих услонные значения О или 1. Важнейшим преимуществом дискретных фазирующих устройств по сравнению с плавными (так называемыми аналоговыми) является улучшенная стабильность.
Это объясняется тем, что управляющие устройства работают в переключательном режиме с использованием только двух крайних областей их характеристик. Другим преимуществом дискретных фазирующих устройств является удобство управления ими с помощью ЭВМ. При дискретном фазироваиии решетки в направлении Оа, фо для каждого излучателя по формуле (15,1) рассчитывается точное («идеальное») значение фазы Ф„а, которое затем округляется до ближайшего дискретного значения Ф: Фа=ЬФЕ(О,5+Ф а/1МИ=Ф а — ВФ ° где Е1х) — операция выделении целой части числа х; бФ„(Ф о) = =Ф а — Ф вЂ” систематическая фазовая ошибка из-за дискретности фазирования. Зависимость этой ошибки от значения «идеальной» фазы Ф о представляет пилообразную функцию с периодом ЛФ (рнс. 15.8).
Множитель направленности любой (линейной, плоской или произвольной формы) дискретно фазируемой решетки, согласно (12.2), может быть представлен в виде Га=~~~ !у„(е~( л ла)е ) ., л.-1 где Й„сон а — разность хода, зависящая от координат излучателя и направления наблюдения; и — единая последовательность чисел, обраэующнх номера излучателей. Разложим входящую в эту формулу последнюю экспоненту в Юа ряд Фурье по переменной Ф,о.. е — )а л ~~~~ С ет (~ало!ии) (!5 2) где коэффициенты разложения ьид С = — ~ е — тм<т '!аи! е — дЮ= ! аФ вЂ” аид ( — !) и!п (ЬФ/2) 15 5 ( АФ~2+ тн Рис. !8.8.
Систематнчесиая фаэо иая ошибка и элементе решетки при .дискретном фаэироиании С учетом (15.2), выражение для множителя направленности решетки принимает внд С Г, (В,р);Ра„=~~)') т'„)ехр ( !'(фе(„сои а + (15.4) + Ф, (1+2плт/аФ)И. =з(н~ — ) / !1 — )! раз, что свидетельствует о снижении КНД.
Дру- гие слагаемые в (!5.4) дают дополнительное паразитное излучение из-за дискретности фазирования. С уменьшением дискрета фазы до нуля интенсивность паразитиых составляющих стремится к нулю. Попытаемся найти направление, в котором паразнтная ДН с номером т имеет максимум. Для этого следует положить равным Подставляя в эту формулу конкретные значения разности хода н идеальной фазы, можно получить развернутые выражения для множителей направленности линейной, плоской или произвольной антенной решетки с дискретным фазированием. Этот множитель оказывается представленным бесконечной суммой парциальных ДН гас(6.
тр). Главный вес в этой сумме имеет нулевой член га (О, !р), представляющий ДН решетки с идеальным фазнроааннем. Однако главный максимум этой ДН уменьшен в Сс —— нулю показатель экспоненты в (15.4) и тем самым исследовать возможность синфазиого сложения полей от всех излучателей решетки для данного т. Для плоской антенной решетки условие рЯ сока +Ф а(1+2пш/АФ) =О эквивалентно равенству Р з!и ()м (х«соз 'Ьи+ У«з!и В«) Р з!и За(х«соз 'Ра+ У«з1о та) Х х (1+ 2пт/йФ) =О, (15.5) где 6«, (га — направление фазирования решетки; х„, у„— координа- ты излучателя с номером и; 6, ч~ — направление максимального излучения паразитиой ДН. Так как (15.5) должно одновременно выполняться для любых х„, у„, то решение имеет вид з!и З„=(1+2птйФ) з1п 6; айп йа >» 0; г=~+8 т; В= 11 при т <.О, (О при т)0.
Таким образом, максимумы паразитных ДН при любых лтчьО рас- полол е~ ы а плоскости отклонения луча от нормали к раскрыау, а сами царазитные ДН представляют собой ДН плоской решетки, идеально сфазированной а направлении 6, ~р„. Абсолютный уровень наибольших паразитных максимумов т=--!-1, со~звено (15.3), составляет Мп (йФ/2) . Например, в слуя ~ йФ!2 чае ЬФ=п/2 (четыре положения фазы) уровень наибольшего па- разитного максимума может составлять примерно — 9,6 дБ, а при АФ=п/4 — примерно — 16,6 дБ. Паразитные лепестки заметного уровня характерны лишь для линейных и плоских ФАР с дискрет- ным фазированием. В неплоскнх ФАР уравнение (15.5) не имеет одинакового решения для всех пар элементов решетки и происхо- дит своеобразное рассеивание мощности паразитиых ДН в широ- кой зоне углов.
Аналогичного эффекта можно добиться и для ли- нейных и плоских ФАР путем создания нелинейного начального фазового распределения — фазовой подставки. Естественно, что начальное фазовое распределение должно компенсироваться фазо- вращателями при сканировании. Снижение коэффициента использования поверхности ФАР с дискретным сканированием дается приближенной формулой а|па (йФ!2) К = , справедливой как при наличии начальной фа(йв/2)з вовой подставки, так и при ее отсутствии.
й !Ь4. МНОГОЛРЧЕВЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКН Миоголучевыми называют антенны с несколькими независимы,м и входами„каждому из которых соответствует своя ДН, для краткости называемая «лучом». Наиболее простым и наглядным при- мером многолучевой аитеииы является линза Люиеберга с системой независимых облучателей (см. рис. 14.11). Моиоимпульсные аитенны с суммарными и разностными ДН, формируемыми общим раскрывом зеркала, являются также примером многолучевой антенны. Миоголучевые аитеины можно строить и иа основе аитеииых решеток с помощью специальных проходных миогополюсников, часть входов которых присоединяется к излучателям решетки, а другая часть входов соответствует независимым каналам с различающимися ДН. Проходной многополюсиик, примеияемый для питания многолучевых аитеииых решеток, носит назваиие диаграм.иообразующей схемьс (ДОС).
Обычно с целью сохранения высокого КПД антенны ДОС выполняются из реактивиых элемеитов: напр авлеииых отнетвителей, фиксироваиных фазосдвигателей, отрезков ливий передачи и др. Однако иногда в ДОС вводят и поглощающие нагрузки. Как правило, в миоголучевой антенне стремятся получить систему остронаправленных лучей, равномерио заполняющих заданный сектор пространства. Г1ереключением этих лучей реализуют амплитудиый способ сканирования. Система управления при амплитудиом способе сканирования получается зиачительио проще, чем при фазовом способе, так как иеобходимые амплитуднофазовые возбуждения различных лучей «запоминаются> в ДОС, а роль системы управления сводится только к выбору ДН с иужиым номером. В многолучевых антеннах возможна одновременная параллельная обработка информации, поступаюшей по различным каналам, и это позволяет существенно увеличить быстродействие радиотехнической системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
