Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Для получення больших секторов сканнрования возможно применение снстемы плоских решеток (рис. 18.9) нли выпуклой ФАР. Необходимое число управляюшнх фюоврашателей в плоской ФАР будет найдено нз условия днскретнзапни нзлучаюшего раскрыва. Полоса прапусквння ФАР. Рассмотрим частотные свойства, связанные с построением ФАР, в предположении, что элементная база (фазовращатель, излучатель, линна передачи и т.д.) не ограничивает полосу пропускання. Рнс.
18 1О. Ширнна луча е зависимости В ФАР с параллельным пита- "шпшнгельнои аланы Реш"ки и Угла сканиРованиа лри равномерном возбуждении ской длины начальное фаювое распределенне не зависит от частоты н может быть равномерным. Широкополосные (диапазонные) фазоарашатеяи созлают фазовые сдвиги, также независимые от частоты. Нрн отклонении луча от нормали с гьзоской решеткой на угол Ф,,„необходим фазовый сдвиг Р между двумя произвольными нзлучателами, отстояшнми Шзуг от друга на расстояние г( в плоскости сканирования, определяемый по 2гп( 5)а О„„ формуле Сг= "" Изменение длины волны Л на величину ЬЛ приведет к от- Л клоненню луча на Ь Ф,„, определяемому нз условия ЗОУ В качестве критерия рабочей полосы может быть принято изменение уровня боковых лепестков.
При определении полосы необходимо также учитывать характеристики сигналов (очень короткие импульсы, длинные импульсы с меняющейся частотой и т.д.) [3) . Переход к пространственному илн последовательному возбуждению элементов АР мало изменяет полосу пропускания. Незначительная рабочал полоса и ее уменыпение с ростом направленности явлшотся существенными недостатками ФАР. Известим два способа построения широкополосных ФАР. При первом способе фазовращатели в ФАР заменяют управляемыми линиями задержки: отрезками линий с волной типа Т, плавно (дискретно) измеюпощими длину в пределах половины длины раскрыла антенны (ктромбоннымиэ фазоврашателями). В такой антенне разность хола лучей компенсируется длиной питающих линий.
Такие устройства реализуются в КВ- диапазоне и мапо пригодны на СВЧ. Второй способ основан на использовании выпуклых ФАР. Как следует из соотношений (13.3) н (1К4), раапиреиие полосы пропускания достигаетсв уменьшением Ю . В этих ФАР широкоугольное сканирование обеспечивается коммутацией излучающей части антенны, а формирование луча происходит в условиях, блюких к излучению по нормали в шзоских АР. В осеснмметричных выпуклых ФАР удается не только ослабить илн устранить частотный ход луча в,широкой полосе частот, но и уменьшить частотное изменение ширины ДН (2) Однако конструкция таких антенн значительно сложнее по сравнению с конструкцией плоских антенн, так как кроме фаювращателей необходима система коммутаторов, управляющая излучающим сектором, и растет число управляемых элементов ФАР Дискретность фазироваиия и расиолопсеиие ишучашелей.
Управление фазовым распределением в ФАР возможно с помощью фвзоврашателей, дискретных или непрерывных с плавным изменением фазы. Применение тех или других фазоврашателей приводит к появлешпо фазовых ошибок в раскрыве ФАР и ухудшению КНД УБЛ и точности установки луча. В непрерывных фазоврашателях эти ошибки вызваны различными дестабюшзируюшнми факторами (старением, повышенной температурой, флуктуацией управляющих токов, напряжений и т.д.).
для борьбы с ними требуются специальные меры. Это является основным недостатком непрерывньгх фазовращателей. Указанные недостатки в значительной степени устраняются применением дискретно-коммутационного способа сканирования, предложенного профессором МАН Л,Н. Дерюгиным в 1960 г. При этом способе фюирование осуществляется с помощью коммутаторов нли дискретных фазовращателей, имеющих фиксированные значения фазы, устойчивых к различным дестабилюирующим факторам, что достигается применением в полупроводниках, ферритах и других управляемых средах соответствующих режимов работы, прн которых используются устойчивые (крайние) участки их характеристик (насышения, гистерезиса н т.д.).
управление лучом в этом случае сводится к простейшим операциям включения или выюпочения отдельных коммутаторов. Этот способ сканирования приводит к появлению коммутационных фазовых ошибок, рав. ных половине лискрета изменения фазы в фазовращателе, те. А) 2. коммутационные фаювые ошибки вызывжот снижение КНд, увеличение уБЛ и дискретность лвижения луча при сканировании. Аналогичное ухудшение направленное~и имеет место в ФАР с непрерывными фазовращателями а результате дискретности фазнроаания от сопряженна с системой управления луча ЭВМ тоже дискретной. Рнс.
18.11. Фюоеее распределение (18.7) в раскрыве лрн дискрегио- коммутационном управлении Влияние коммутационных ошибок на характеристики антенны зависит от началь ного фазового распределения в ФАР, положения точки начала отсчета фаз и числа из. лучателей. при начальном фазовом распределении Ф(х) =солж для направления луча В', при котором требуемый фазовый сдвиг между соседними излучателями кратен дискрету фазирования, те. уэ= Ымпф',„=дг (где и — целое число), фазовые ошибки в ФАР и ухудшение характеристик отсутствуют.
Для направлений луча, при которых Л имеет место аг=Ыв)пВ' =Ь~ э —, возникают максимальные фазовые ошибки, пе- 2 риодически повторяющиеся цо раскрыву (рис. !8.11). В этом случае резко (зачастую недопустимо) возрастает один из боковых лепестков и значительно падает КНД. В теории коммутационных антенн показана [2) возможность уменьшения УБЛ путем размывания их б р-возцежиое вслежение в широком секторе углов при различных положе. элементов ниах луча.
Это достигается в плоских АР квадра- 4 тичным начальным фазовым распрелелеиием; 2 Фюовея д~л вэ гэ и ошибка ~л (18.б) .2 М Д~ шп в- Здесь и, т — номера излучателей с прямоуголь- д ным раэмешением излучателей в решетке из Л' Расчетный фазовый столбцов и Бг строк и с и =ш=б в центре АР. -4 сдвиг Действительный Из-за наличия коммутационных фазовых фазовый сленг ошибок КНД антенны уменьшается: .М и -М =( 5)л Л)2) Номе элементаМ О= О Л!2 Здесь О, — КНД эквивалентной антенны бе мутационных фазовых ошибок.
Уровень бокового юяучения (по полю) обусловлен комьгушциониыми фазовыми ошибками плоской АР с равномерным распределением поля: (18.8) (юа Дискретность изменения фазы приводит к скачкообразному перемешению луча в пространстве и определяет точность установки луча. На точность влияет положение начала отсчета фазы (в центре или крайний излучатель). Среднее значение Лискретного неремешения луча при расположении начала отсчета фазы в центре 2907Е Ь (18.9) 2к)У Разрядность фазоврацателя, т.е. дискретность фазирования Д, может быть установлена из условна максимума коэффициента усиления антенны О = Оц, где э) — КПД антенны, яключаюшнй потери в фазоврашателе. увеличение разрядности лискретного фюоврашателя приводит к увеличению потерь, т.е, паценшо ц, но возрастанию КНД.
В зависимости от рабочего диапазона частот, уровня технологии, требований к УБЛ, 309 Ьйш и т.д. могут использоваться фазоврашатели с разрядностью от 2 до 5. Значение разрядности определяскя а каждом конкретном случае. Квантование амплитудного распределения я раскрыве связано с размещением из- лучателей в аперту)м антенны. Квантование по амплитуде, как и по фазе, обусловлива- ет нарушение непрерывности распределения поля, которое может носить периодиче- ский характер и вызывать возинкновеняе дополнительного уровня боковых лепесткоа, аналогичных по структуре дифракционным лепесткам ДН.
Исходным фактором дис- кретжшпии излучающего раскрыла является практически реализуемый шаг в решетке. Размеры поперечного сечения фиояращателя с элементами крепления и упршизяющи- ми цепями е СВЧ-диапазоне оказываются такого же порядка, как допустимый шаг, оп- режпшемый из режима одиолучевого сканирования (12.15) в КВЧ и на более высоких частотах. Возможно увеличение е 2Я3 раза шага а решетке с треугольной сеткой раз- мещения излучателей, щзи которой условие имеет вид ,)с 2 (18.10) ,/ЗГ+Виеш Второй возможный путь увеличения шага излучателей — применение неэквн- дистантного рюмешения излучателей.
В остронапраяленной антенне допустимый шаг может быть также увеличен путем ограничения сектора сканирования Ош В этом случае применяется направленный элемент АР с шириной ДН 2Эш, в качестве ко- торого может быть использована направленная антенна (апертурный излучатель) или группа синфазно возбуждениьш слабонапраяленных элемеитоа, называемая «одрешет- клй и управляемая одним фиоерашателем. Размеры Е, подрешеток выбирают в соответствии с заданным сектором сканису рования и допустимым уровнем дифракпиоииых максимумов высших порядков. По- следнее можно пояснить следующим образом, Рне. 1$.12.
диаграмма направленности ядезльиого (1) и резльяого (2) кзлучзтелеи решеткя и глазные лепестки ыиожктеля решепгя (3) Ззо При отклонении луча ФАР к кршо сектора сканирования начинается возрастание урошш дальнего бокового лепестка, вызванное наличием в множителе решетки с большим шагом побочных главных лепестков и излучением за пределы сектора сканирования элемента АР (рис. 183 2). Размеры подрешеток Е„'о вдоль осей х у соответственно можно определить иэ соопюшения 2 (183 1) А (1 ь ь ) 5(п 0 где 4 — допустимый УБЛ дальнего боковою лепестка '(дифракционнОго максимума высшего порядка).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
