Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Для увеличения направленности действия уже на первых этапах развития антенной техники стали применять систему внбраторов — антеллые рмаемхи (АР). В настоящее время антенные решетки — наиболее распространенный класс антенн, элементами которых могут быть как слабоиаправленные излучатели (металлические и щелевые аибраторы, волноводы, диэлектрические стержни, спирали и т.д.), так и остронаправленные антенны (зеркальные, рупорньге и др.). Применение антенных решеток обусловлено следующими причинами. Решетка из Аг элементов позволяет увеличить приблизительно в )г' рвз коэффициент направленного действия (КНД) (и соответствевно усиление) антенны по сравнению с одиночным излучателем, а также сузить луч для повышения точкости определения угловых координат источника юлучеиия в навигации, радиолокации и других ралиосистемах.
С помощью АР удается паднать электрическую прочность антенны и увеличить уровень излучаемой (принимаемой) мощности путем рюмсщения в каналах решетки независимых усгашслей высокочастотной энергии. Одним из важных преимуществ решеток является возможность быстрого (безынерционного) обзора пространства за счет качания луча антенны электрическими методами (электрического сканирования). Помехозащищенность радиосистемы зависит от уровня боковых лепестков (УБЛ) антенны и возможности подстройки (адаптации) его по помеховой обстановке.
Антенная решетка яввяется необходимым звеном для создания такого динамического лространственновремснного фильтра или просто для уменьшения УБЛ. Одной из важнейших задач современной бортовой радиоэлектроники является создание комплексироаанной системы, совмещающей несколько функций, например радионавигации, РЛС, связи и т.л.
Возникает необходимость создания антенной решетки с электрическим сканированием с несколькими лучами (многолучевой, моиоимпульсной и т.д.), работающей на различных частотах (совмещенной) н имеющей различные характеристики. Имеется ряд конструктивно-технологических преимуществ антенных решеток Лля бортовых и нщемных устройств по сравнению с лруглмн классами антенн. Так, улучшение массогабаршных характеристик бортовой аппаратуры щюнсходит за счет использования печатных антенных решеток Снижение сюимости больших радиоастроиомических телескопов достигается блшодаря примеиеюпо зеркальных антенных решеток.
Антенные решетки могут быть классифицированы по слелующим основным признакам: геометрии расположения излучателей в пространстве, способу их возбуждения, закономерности размещения излучаклцих элементов в самой решетке, способу обработки сигнала в решетке, амплитудно-фазовому распределению токов (поля) по решет- ка и типу юлучателей. В зависимости йт геометрии расположения излучатеВай АР подразделяются на лилгйиьэе, Шиоеые, кольцевые, лчапгие, ввтукгые бйилиндрические, конические, сфериВескнс и др.) и лрастраистеенные (трехмерные) (рис, 12.1). Пространст))анная решетка а простейшем случае ыредстааляет собой систему из двух ддаскнх решеток, параллельно распо)гаженньэх а пространстве.
Размещение излучателей а самой рчашетке мажет быть эквидистантное, р! Которого шаг (расстояние между изфчателями) — величина постоянная лпм. рис. !2,1,а-д), и неэквидистантпае, у которого шаг меняется па опреВбленному закону или случайным обритом (рис. 12.1,з). В плоской АР излулатели могут быть расположены а узйах прямоугольной (рис. 12.2,а) нли мкоугольной координатной системы. Если косоугольная сетка состоит Вш равносторонних треугольников, то Рнс.
12.1. Антенные решетки. Шастиугольиикп И наЗЫВается ггкеага- твиалркческв, г — коническая, лс — сферилччччт, э— 'нгыьиаб (рис. 12.2,б). нчэчвилитансээл По способу возбуждения (наталия) излучателей различают решетки с У 60 'последоаательным и параллельным ,Питанием. Возможен также пространэ)швенный способ возбуждения, като(рмй называют иногда оптическим или лкзфяриымээ (рис. !2.3,г).
В больших антенных решетках (Дрименяют комбинации последова- б тельно-параллельного питания излуча- л) б) .гелей, особенно а случае разделения ,'асей антенной решетки на подрешеткн Рис. 12.2. пэткт прямоугольная (и) '-(молули) меньших ргзмероа. При по- и гексаганатьна» (б) решетки 1 елеловательном питании элементы решетки возбуждаются падаюшей волной послелозжтельно друг за другом (рис.
12 3 а), а при параллельном — незааисимо (рис.!2 3 б). Частным случаем параллельного питания является схема типа келочквэ, обра'.ЗУгошаяся за счет каскадного деления подаодимой мошности ка две части (рис. 12.3,в). '-;В случае просгранстаенного возбуждения элементы решетки возбуждаются палаюшей э)годной от первичного облучателя (рис. 12.3,г). 163 В питающем антенную решетку тракте (фидере) возможна различная пространственно-временная обработка сигнала. Изменение фазового распределения в решетке с помощью системы фазовра. щателей а питающем тракте (рнс. 12.3,г) позволяет управлять максимумом диа.
граммы направленности, Такие решетки называются фазированными аитеинычи решетками (ФАР). Если к каждому излучателю ФАР нли к их группе подключается усилитель мощности, генератор или преобразоватеиь частоты, то такие решетки называются активным» фазираааиниРис. 122Ь Возбуждение излучателей а решетке: ми аптечными решетками (А ) АФАР) и-ппспеяпеатетпт течи б-пара»лель»штепа, (рис, 12 4 ад). Приемные АР с саморсгуг — »кека пптьипя тяпа »елочка», г — пепе»апис»»си- лнруеМЫМ аМплитудна-фпзовым Расцре. пт ппзбуиаеппе делением в зависимости от помеховой обстановки называются адатпиаиыми Приемные АР с обработкой сигнала методами когерентной оптики нюываются радиоотпичгскичи. Приемные АР, в которых вся обработка ведется цифровыми процессами, называются цифровыми АР. а) б) Совмещенные антенные решетки Рис. 12.4.
Активные фазировапиме решетки: имеют в своем нзлучыошем раскрыве два — »иге»»ив этеиепт» пьияпч пзгу»ачпь; б — »к- (или более) типа излучателей, кажлый из тпппия эяеиепт пь группу пэ»учатепеа (и»пульп»я которых работает в своем рабочем лиапапписгруктн) зоне. Антенные реше~ки, формирующие с одною излучающего раскрыва несколько независимых (ортогональных) лучей и имеющие соответствующее число выходов, называются миогсяучееыми. В зависимости от соотношения амплитуд токов возбужлеиия различают решетки с равномерным, эксионенциальиым и симметрично спадающим амплитудными распределениями относительно центра реше~ки.
Если фазы токов ищучателей изменяются вдоль линии их размещения по линейному закону, то такие решетки называет ртиеткачи с лииедиим фазоеым распределением Частным случаем таких решеток явтютсЯ синфазиые решетки, у которых фазы тока всех элементов одинаковы. 12.2. Методы расчета характеристик антенцьш решеток При рассмотрении общих методов расчета характеристик АР удобнее вначале остановиться на расчете АР, образованных системой полуволновых вибраторов.
В стрг той электродинамической постановке задача об излучении системы тонкнк полуволновых аибраторов аналогична ранее рассмотренной залаче об излучении одиночного вибратора. Различие состоит в замеье одного вибратора сисюмой аибраторов, каждый из которых возбуждается своим сторонним источником. Поступая, как при строгом ин задачи нзлучення симметричного внбратора, можно установить связи между нинин источиикамн н параметрами АР. Токи в излучателях АР могут быть найва совместного решения системы интегральных уравнений.
Такое решение ока. ся на порядок сложнее, чем ддя одиночного излучателя, н весьма затрудняет выие основных закономерностей антенных решеток. Н тсорнн антенн используют нженные методы, в которых общую задачу расчета АР условно разделяют на две : внешнюю н внутреннюю. Решенно внешней задачи состоит в нахождении хаистнк направленности антенны прн' известном амплитудно-фазовом распрелелеков (полей) по элементам АР. Это распределенне считается известным нз решенутренней задачи н дссгнгается соответствующим подбором сторонннх источннвозбужлення. Решенно внутренней задачи состоит в определении амплитудноого распределения в АР при заданных сторонних нсточниках, что необходимо збуждення (цнтання) АР.
Решение внешней задачи можно провести в общем вия различных АР н затем установить характеристики направленности. Поэтому подробно остановимся на обяпем приближенном методе расчета внешней задачи. ет заметить, что методы решения внутренней задачи оказываются разянчными взныл тнпов излучателей АР и будут рассмотрены далее Поле излучения антен$Ьй решетки представляет собой результат интерференции полей отдельных нзлучате,й.
Поэтому надо найти отдельно поле от каждого излучатели в данной точке про- ства, а затем — сумму полей всех излучателей при учете амплитудных и фазовых йпотношений, а также поляризации полей. Расчет диаграммы направленности таких антецн целесообразно проводить в слещем порядке: 1) определить амплнтудную л фазовую диаграммы нзлучсння отдельных элемен)Ьв, составляющих антенную решетку; 2) найти фазовый центр каждого излучателя н заменить излучатели воображаейщптн точечными излучателями, расположнв последние в фазовых центрах реальных (йзлучателей.
Каждому точечному излучателю приписать равномерную фазавую диазрамму и амплитудную диаграмму реального излучателя, тогда точечный излучатель ЦО внешнему лействюо будет полностью эквивалентен реальному излучателю; 3) вычислить амплитуды н фиы полей, создавасмме эканвалснтнымн нзлучате'Ргщш в произвольной точке прОстранства (каждым в отдельности), лри этом рассматри(вать поле на болыпом (по сравнению с размерами антенны н длиной волны) расстая'й)нн от точки наблюдения до всех излучателей (одинаковом н равном расстоянию до гщкого-ггибо излучателя).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
