Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 69
Текст из файла (страница 69)
х Зная У.,' или соответственно шаг излучателей и римеры раскрыва, можно найти число управляемых элементов плоской ФАР Дяя получения малых УБЛ необходимы, как л известно, плавные, спадающие к краю раскрыва амплитудные распределения. Изменение амплитудного распределения в АР производится дискретно и зависит от шага размещения и формы апертуры излучателя (рис. 18.13). Дискретность обусловливает появление допел- Рнс.18.13.3авнснмосгьизменення нительных боковых лепестков квантования, которые амплитудного рюорелеления могут быть уменьшены треугольной сеткой располо- в раскрыае ФАР от размещения пения и частичным перекрытием апертур элементов.
н формы излучателя Изменение ллрлллм)гнслшк лалрааленностн а сеюпоре сканирования. В рабочем диапазоне частот и секторе сканировшия происходят изменения ширины ДН (см. рис. 18.10), КНД и уровня боковых лепестков. В юпениах с круговой или управляемой поляризацией изменяема поларизационная характеристика. Наиболее вюкным для радиотехнической системы является коэффициент усиления (КУ) ФАР в секторе сканирования. Коэффициент усиления является иитеграяьиым параметром, учитывающша все изменения направленности и асе тепловые потери в фазоерашателях, излучаюяях и системе вгобужд ения.
На стадии проектирования ФАР произвести точный расчет ожидаемого КУ в секторе сканирования и диапазоне частот затруднительна. Это связано с трудностями нахождения в фидерной системе возбуждения тепловых потерь и рассогласования, а при пространственном способе возбуждения — дополнительных потерь на рассеивание облучателем и коллекторной решеткой. Можно приближенно оценить изменение КУ в секторе сканирования из соотношения тз (18.12) Лз ( Л/2 Здесь Я вЂ” площадь излучмощего раскрыва; К вЂ” апертурный коэффициент использовашш, учитывающий амплитудное распределение; Р(9,„) — ДН излучателя в решетке с учетом взаимолейстеия элементов; ц — КПД ФАР, учитывающий асс потери в излучателях, фюоврашателях и системе возбуждения.
811 Диаграмма направленности излучателя в решетке Г(9) существенно отличается от идеальной ДН Е(В) =;'сззаО наличием провалов в ДН для некоторых направлений н меньшим КНД для углов В Д 45' (см. Рнс. 18.8). Зги обстоятельства приводят к значи. тельному падению КУ прн отклонении луча. Провалы в ДН элемента (парциальной ДН) вызывают так называемое «ослепление» ФАР для определенных направлений луча. Зто сопровожлается резким возрасщиием УБЛ. Ослепление ФАР недопуствмо, поэтому лля исключения этого явления проводится оптимжжпия парциальной ДН с помощью выбора типа иэлучвтыш, его размещения, диэлектрического заполнешш или укрытия и т.д.
Коэффициент почезного действия ФАР существенно зависит от рабочего диапазона вола (УКВ, СВЧ, КВЧ и т.д.) и элементной биы. На СВЧ потери могут составлять в фазовршцателях приблизительно 1-1,5 лБ; потери в системе возбуждения, включая формирователи суммарно-разностиых ДН антенны, того же порядка. В результате КПД может составить 50 — 60У». Для определения уровня достигнутых результатов при проектировании и шготовлении ФАР их характеристики направленности сравнивают с эквивалентной зеркальной антенной, которая является эталоном.
Харвюиериетияи уиравлеиия и общегяеяличяекие характеристики. Темп обзора прошранства, время установки луча в произвольную точку сектора сканирования, точность установки луча (илн нуля ревностной ДН моноимпульсной антенны) и потребляемая мощность управления лучом относятся к характеристикам управления ФАР, Зги харакюристики, в свою очередь, зависят от параметров фазоврашателей, выбранной схемы построения, прюмтых конструктивных решений и системы управления лучом.
Между этими характеристиками имеется взаимосвязь. Так, быстродействие фазовращателя может быть увеличено за счет большей мощности управления. Прн движении луча требуемая скорость переюпочения фазовращателей зависит от начальной точки фаэирования. При выборе ее в центре раскрыва скорость уменьшается в два раза по сравнению с начальной точкой фазирования на кржо, точность установки луча тоже может быть изменена выбором начальной точки фазироввния нли алгоритмом управления. Алгоритмы фазироваиня системы управления лучом зависят от размещения нэ.
лучателей в решетке, схемы построения, конструктивных решений и т.д. Так, размеше. ние излучателей в узлах прямоугольной сетки координат (рис. 18.13,«) допускает строчно-столбцовый способ управления лучом по двум угловым координатам. Неэквидистантное размещение излучателей приводит к позлементному управлению фиоврашателями, что может уменьшить быстродействие, Удаление от фиовращателей системы управления лучом вяияет иа ее характери. стики. В полотне ФАР с плотным размещением элементов, не допускающим расположения между фазоврашателями элементов системы управления, последняя удалена от ФАР и связана с ней системой линий передач управляющих команд. Зто обстоятельство ухудшает рассматриваемые характеристики и усложняет ФАР. Отражательная Решетка лишена этих недостатков, так как позволяет разместить систему управления на обратной стороне отражающего полотна.
Отмеченные взаимосвязи хотя и влюпот на характеристики управления, но зависят от быстролействия фазоврашателя, мощности управления и дискрета фазирования. Так, на стадии предварительного проектирования время установки луча, находят как время переключения фщовращателей с учетом системы управления.
зсй Основная часть моспности управления потребляется фазовращателямн. Хотя мощность управления одним фазовращателем может составлять от долей до единиц ватт, мощность, поступающая к полотну ФАР от системы управления, достигает киловатт. Эта мощность плюс мощность потерь СВЧ в ФАР определюот температурный режим. В передающих ФАР возникает необходимость системы теплоотвода.
Изменение температуры полотна при работе влияет на характеристики ФАР. Точность установки луча (нуля разностной ДН) может быть достаточно высокой при большом числе излучателей У, как это следует из (13 9). Точность определения угловых координат делей радиотехнической системой зависит от дальнейшей обработки сигнала. Как и любая другая радиосистема, ФАР имеет следующие общетехнические характеристики: стоимость, габариты, массу, надежность, боевую живучесть, ремонтопригодность, условна эксплуатации, электромагнитную совместимость и т д. Этн системные характеристики зависят как от антенны, так и от всей системы, технологии, производства, развития элементной базы н т.п.
Однако можно выделить ряд параметрое ФАР, наиболее влияющих на рассматриваемые характеристики. Так, стоимость ФАР, в первую очередь, определяется стоимостью фазовращателя с управляющим элементом и их числои в решетке. Массогабаритные характеристики зависят от используемой элементной базы, которая может состоять из волноводов, полосковых и микро- полосковых линий, интегральных схем СВЧ и т.д. Схема построения (проходная, отражательная, с фидерным возбуждением н т д.) и конструктивное исполнение отдельных элементов и всей системм определяют надежность, ремонтопригодиость, живучесть и т,д. Излучатели с фазовращателями или их группа могут быть выполнены в виде отдельных устройств — модулей (или печатных плат).
Такое модульное исполнение имеет ряд преимуществ, например, простоту замены вышедшего из строя элемента. 18.4. Антенны с частотным сканиронанием Из всех элеюрически сканирующих антенн частотно-сканирующие являются наиболее простыми, экономичными и надежными. Они могут работать а любом диапазоне частот, В них отсутствует система управляемых фазовращателей, и изменение фазового распределения достигается изменением частоты переданицего (приемного) устройства. Метод частотного сканирования принципиально позволяет электрически сканировать в лвух щзссксстях, но практическое применение нашло частотное сканирование а одной плоскости, а в лругой плоскости — фазовое, коммутационное нли механическое сканирование.
Антенна с частотным сканированием применяется в системах обзора воздушного пространства и управления воздушным движением Бьшн созданы современные РЛС с частотным сканированием по углу места и другими методами сканирования по аэимугу Такие антенны могут быть использованы для решения широкого круга задач: воздушной разведки, обзора земной поверхности, слепой посадки и военной техники.
Антенны с частотным сканированием имеют определенные преимущества перел ФАР. Онн просто осу~цесталятот многолучевое сканирование: для получения многолучевой ДН необходимо излучать и принимать одновременно сигналы на нескольких частотах. Другим преимуществом является возможность мгновенного обзора пространства путем нзтучения широкополосного сигнала с линейным изменением несущей.
Специальная обработка в приемной системе (метод частотного летектироваиия, фильтра сжатия и т.д.) позволяет провести селекцшо целей и определить их угловое 313 гэ — 2035 положение. Недостатком антенн с частотным сканированием является слабая помехозащищенность: отсутствует возможность адаптации ДН к помеховой обстановке, нет возможности уйти от помехи сменой рабочей частоты. В антеннах СВЧ с частотным сканированием нътучатели, как правюто, расположены на возбуждающей системе. Линейная решетка юлучателей может иметь парах.
лельную или последовательную схему возбуждения коаксиалом, волиоводом, змейкой (зигзагообразной линией) нли другой замедляющей системой (рис. 18.14). Для получения управляемой карандашной ДН необходима двухмерная решетка, образуемая системой линейных решеток на плоскости, цилиндре нли другой поверхности. Один из методов формирования узкого луча заюпочается в исполюовании цилиндрического зеркала, облучаемого линейной решеткой (гибридная антенна). Рис.
18.14. Возбужлсиие линейной решетки излучателей: а — по пврвлвелвлоа схеме, 6- па послеловвтсльиоя схеме, е — ив основе волиоволиоя псреолическоа звмелллюпив сиаимм Уравнение качания луча (12.14) при частотном способе сканирования приобретает аид мпВи — -р —, у( Л (18ЛЗ) с( где бв — угол отклонения луча от нормали к оси решетки; у = сЬ вЂ” замедление фазо. вой скорости в канаяизнр)юшей системе (с= 3.10 м(с); л — длина волны генератора: Ф Р=пл.—, р=О,я1,я2,8 ..
— номер луча; Ф вЂ” фиксированный сдвиг по фазе между 2я соседними излучателями, обусловленный включением дополнительных фазоврашателей (рис. 18.14,п); („— ' геометрическая разность длин канализируюших систем двух со. седних излучателей; с(- шаг решетки. Дпя сканирования в зацанном секторе углов необходимо соответствуюшее изменение 1.
Рабочая полоса длтл обычно ограничена элементной базой и должна составлять не более 10-20%. дли оценки характеристики сканирования вводят понятие углочастотной чувствительности, под которой понимают отногцеиие прирашения по- ложения луча антенны в пространстве к изменению рабочей длины волны, т,е А=сбз)дЛ. Удобнее рассматривать углочастотную чувствительность в гралусвх на пропент изменения частоты: )а уч ма9- — —— А= =0573 гтЛ,'Л где 0,573 — переводной коэффипиент размерности входящих величин, у =с/и — замедление гр)лловой скорости. Ллу Замедление групповой и фазовой скоростей связаны выражением у = у —— АЛ Если известна днсперсионная характеристика, то у, можно легко найти )3).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
