sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Недостатками амплитудного способа сканироваиия являются необходимость примеиеиия сравиительно сложиых ДОС и некоторое ограиичеиие возможностей создания ДН иной формы, отличной от формы имеющихся лучей. Рассмотрим иаиболее распростраиенные ДОС, используемые для возбуждения линейных эквидистантных аитениых решеток. Последовательная диаграммообразующая схема (матрица Бласса). Эта ДОС состоит из двух взаимно пересекающихся систем линий передачи, связаииых в местах пересечеиий направленными ответвителями со слабой связью (рис. 15.9, а).
Выходы вертикальных линий присоединяются к излучателям, входы горкзонтальной и наклонных ливий представляют собой входы антенны. Свободные концы линий нагружены на согласованные поглотители. Пусть источник колебаиий подключеи к входу 1 антенной системы. Высокочастотная мошиость распространяется по горизоитальиой линии передачи, частично ответвляясь в каждом пересечении в стороиу излучателей.
Излучатели оказываются возбужденными с линейным фазовым распределением. Коэффициент замедления фазоаой скорости возбуждения зависит от длины линий задержки (фиксированных фазосдвигателей), устаиовленных иа входах излучателей. Если коэффициенты связи в направленных ответвителях одинаковы, то амплитудное распределение возбуждения экспоненциально спадает к правому концу решетки, причем некоторая часть мощности ()Π— 20%) поглощается в оконечной нагрузке. Вся остальная мощность идет на формирование остронаправленного излучения с ориентацией главного максимума в б1 Рис.
15.9. Многолучеиая антенная решетка с послелоиательиыи пита- нием направлении 1 (рис. (5.9, б), а другие входы антенной системы и остальные согласованные нагрузки остаются невозбужденными. Таким образом, с входа 1 многолучевая антенна работает как простая линейная решетка, питаемая по последовательной схеме от горизонтальной линии передачи через направленные ответвители.
Пусть теперь источник колебаний подключен к входу 2. Так как идущий от входа 2 тракт имеет наклон по отношению к первому тракту, то на излучателях решетки создается распределение возбуждения с иным коэффициентом замедления фазовой скорости, поскольку возбуждения левых излучателей происходят с дополнительным запаздыванием по отношению к правым излучателям. Поэтому в пространстве появляется остронаправленное излучение с ориентацией главного максимума в направлении 2 (рис, )5.9, б). При возбуждении входа 2 мощность, распространяющаяся в вертикальных линиях передачи в сторону излучателей, проходит через ряд направленных ответвителей верхнего этажа ДОС.
С перВого взг да то должно ослабить мощность, поступающую к излу- чателям, а кроме того, должна появкться волна, движущаяся вправо в горизонтальном тракте верхнего этажа, часть мощности которой может теряться в нагрузке. На этом основании можно было бы ожидать ухудшения КПД второго луча по отношению к первому и точно так же третьего по отношению ко второму и т. д.
Однако имеется благоприятный фактор, который мешает проявлению этих нежелательных последствий. Горизонтальные тракты верхних этажей возбуждаются одновременно многими расфазированнымн сигналами нижних этажей, причем расфазироваиие вызвано взаимным наклоном соседних горизонтальных линий. При достаточном смещении максимумов соседних лучей (не менее ширины одного луча по половинной мощности) суммы ответвившихся расфазированных сигналов в согласованных нагрузках верхних этажей оказываются близкими нулю. Поэтому верхние этажи практически не уменьшают мощности, идущей к излучателям от нижних этажей, и только создают небольшие искажения амплитудно-фазового распределения возбуждения излучателей решетки, Расчеты показывают, что вследствие влияния верхних этажей амплитудное распределение в раскрыве решетки для всех входов, кроме верхнего, выравнивается, а фазовая ошибка, т.
е. отклонение фазы от линейного закона, хотя и увеличивается для нижних входов, но все же остается незначительной. Аналогичное рассмотрение можно провести для каждого последующего входа. Итак, с помощью последовательной ДОС имеется возможность создать систему одновременно существующих и не взаимодействующих между собой остронаправленных лучей, причем их число не должно превышать числа элементов решетки (во избежание снижения КПД схемы). Известны примеры применения многолучевых решеток с последовательными ДОС в аэродромных радиолокационных станциях определения высоты самолетов (в секторе углов места 0,5 в 40' располагается до 110 независимых лучей).
Преимуществом последовательной ДОС является возможность ее реализации при любом числе элементов решетки и такого подбора длин линий на входах излучателей и между направленными ответвителями, при котором направления лучей оказываются не завнсяшими от частоты.
Недостатком последовательной ДОС является слишком большое число направленных ответвителей и снижение КПД из-за потерь мощности в нагрузках. Параллельная диаграммообразующая схема (матрица Батлера). Для этой ДОС характерно, что прохождение высокочастотной мощности от каждого входа многолучевой антенны к излучателям решетки напоминает прохождение мощности в схеме двоично-этажного питания, т. е. в «елочке». Проще всего уяснить принцип действия параллельной ДОС на конкретном примере, ограничив число излучателей эквидистантной линейной решетки восемью (рис. 15.10, а, б). Основными «строительными элементами» ДОС являются квадратурные 3-дВ направленные ответвителн. В каждом ответвителе мощность с любого нижнего входа поровну распределяется между верхними входами с дополнительной задержкой по фазе и/2 при прохождении мощности «по диагонали» ответвителя.
Наряду с ответвителямн в параллельной ДОС используются также фиксированные фазосдвигатели (линии задержки), показанные квадратиками с вписанной в иих величиной фазовой / т' Х е Х 6 у Л Уl а 2 ал Гл Ь) ал ал гл Ат Фл Юханы а) Рис. 1ЬЛО. Мнотплучевая антенная решетка с параллельным пита- нием задержки в радианах. Электрические длины всех остальных отрезков линий передачи для простоты можно условно считать нулевыми.
Осуществляя мысленно подачу колебаний ВЧ иа любой вход ДОС и прослеживая пути движения мощности к каждому излучателю решетки, можно легко найти возникающие амплитудно-фазоаые распределения возбуждения. Для примера на рис. 15.10, а заптрихованы ответвители, через которые мощность к излучателям передается при возбуждении входов с номерами 1п и 4л. Во всех :лучаях мощность делится поровну между всеми излучателями >ешетки и все нижние входы оказываются развязанными между :обой огласованными (если пренебречь возможными отраже- н с анямн от излучателей). На излучателях создаются линейные ф з|ые распределения возбуждения, приведенные в табл.
15.1, для поочередного возбуждения четырех правых входов ДОС. В последнем столбце табл. 15.1 указаны значения фазового сдвига ЛФ, между двумя любыми соседними излучателями, Распределения фаз для левых входов легко устанавливаются из условия симметрии правой и левой половин ДОС.
Таблица 15.1 Номер лллучвхелл л о входа а~11т 5 х1 8 9 10 — я — я 8 8 !! — я 8 8 — Я 8 5 и 8 8 11 — я — я 8 8 !Π— — и 8 1 4 — я — я 8 8 3 Л 8 14 — Я 8 9 — я 8 10 15 — — и — — и 8 8 16 — я 8 6 я 8 11 и 8 15 — я 8 5 Ж 8 1 л 8 4 11 — л — и 8 8 13 — Л 8 Множитель направленности при возбуждении входа параллель. ной ДОС с номером «и имеет вид ~м= ., Ч' =0,51т'8П'~ГСОЗ8 — — "~, в!и %;„ 31з!в(В' ух11 ' ' ' (, 8 ) ' где Ж вЂ” число излучателей; е( — шаг решетки; р=2п/Х; лх — угол, отсчитываемый от оси решетки. Фазовый сдвиг между соседними излучателями в общем случае определяется формулой ЛФ~= =~(п+2п(т — 1)!/И, т=1, 2, ..., )у/2, где знак «+з берется для правых входов и знак « — в — для левых. Положения максимумов излучения отдельных лучей находятся из соотношения соз 6 =ЛФ„/(рИ).
Пользуясь приведенными формулами, можно установить, что любые два луча пересекаются между собой на уровне 2/и, или — 3,92 дБ. Положение лучей 8-элементной решетки схематично показано на рис. !5.10, б. Параллельная ДОС выгодно отличается от последовательной, во-первых„принципиальным отсутствием поглощающих элементов, во-вторых, идеальными равноамплитудиыми и линейными фазовыми распределениями возбуждения, в-третьих, гораздо меньшим числом направленных ответвителей (всего ()х/2)1опаУ вместо )ед в последовательной схеме при У лучах!. Однако параллельная ДОС относительно проста только при числе элементов решетки, У=2р, где р — целое число.
Определенным недостатком параллельной схемы является также изменение положения лучей в пространстве при изменении частоты. Интересна аналогия между графом прохождения сигналов в параллельной ДОС и графом выполнения вычислительных операций в алгоритмах быстрого преобразования Фурье. Изучение свойств параллельной ДОС позволяет лучше уяснить идеи, лежашие в основе алгоритма быстрого преобразования Фурье. С другой стороны, разнообразные реализации этих алгоритмов, в том числе с основанием, отличным от двойки, подсказывают способы построения параллельных ДОС.
Сушествует и более общая матричная теория многолучевых антенных решеток [151, определяющая общие способы построения реактивных ДОС для произвольной системы взаимодействующих излучателей. Оказывается, что в многолучевой антенне без потерь с развязанными и согласованнымн входами для отдельных лучей могут быть реализованы только ортогональные между собой ДН отдельных каналов: б~ ( 0 прн тфт', 14п/й при и=т', =( где ьт н ш' — номера лучей; О,— КНД луча с номером нт; ой= = з1г1 йбййр. При частотном способе сканирования фазовые сдвиги возбуждения излучателей и направление луча решетки регулируются с помощью изменения частоты колебаний.
Наиболее' распространенной частотно-сканируюшей антенной является эквидистантная нинейная антенная решетка с последовательной схемой возбуждения элементов 1рис. 15.11). Мощность к излучателям отводится небольшими дозами из точек главного тракта, отстоящих одна от.
Гпайяыо траки Рис. 15ЛК Линейная антенная решетка с частотным сканирова- нием другой на расстояние 1; на конце главного тракта для поддержания режима бегущей волны включена согласованная нагрузка. На рис. 15.11 в линиях, идущих к излучателям, находятся фиксированные частотно-независимые фазосдвигатели, учитывающие способ связи излучателя с трактом.
Если излучатели одинаковы и одинаково связаны с трактом, то фиксированные фазосдвигатели исключаются из схемы. Они появляются, например, когда главный тракт перекрещивается между соседнимн элементами нли когда соседние щели в прямоугольном волноводе возбуждаются переменно-фазно. Излучатели решетки располагаются вдоль оси г с шагом й, причем исходи нз условия отсутствии побочных главных максимумов (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
