Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 71
Текст из файла (страница 71)
В матрице Батлера имеется ()од Л')Дт,т2 постов и (1од(дт -1))/2 фюовращателей. 32П з 12 (О при тян, ) Р„(В,( ) Р (О, Е ) Впф ор оО =- 0 — 12 О„ (18.15) Здесь ΄— КНД для л-го луча. Условие ортогонатьности (18.15) позволяет установить максимальное число независимых лучей в МА. Так, если рассматривать остронаправленные антенны с равномерным амнлитудным и линейным фазовым распределениями, то ю (18.15) можно найти допустимый уровень пересечения ортогональных парциальных ДН. Этот уровень лля линейной н плоской антенн в главных плоскостях составляет 2(к ( — 4 дБ). В диагональных плоскостях уровень пересечения пацает до 0,4 ( — 9 дБ).
Этот уровень пересечения определяет число )Г лучей в секторе В (рнс. 1822). Уровень переРпа!822. Пересечение лучей в секторе сечения определяет падевие КНД дла одного входа антенны в рабочем секторе углов. Входы МА будут развязаны, если выполнены условна (18.15), ДОС обеспечивает необходимые амплитудно-фазовые распределения и согласование, а лискретнзация раскрыва проведена в соответствии с теорией ФАР. В приемных антенных решетках с различной обработкой сигнала (активных, цифровых, радиооптическнх и др.) условия формирования независимых лучей существенно изменяются (5).
Функциональные возможности ФАР расширяются с помощью так называемых совмещенных ФАР, в которых, как и в МА, из одного раскрыва формируются лвз (или 821 В матрице Бласса используется большее число направленных отаетвителей, согласованнъ~е нагрузки, вносящие дополнительные потери, и питающие линии разной длины. Различные фазовые распределении лля парпнзльных лучей в ДОС Бласса (последовательного типа) реализуются за счет разных углов наклона горизонтальных ли. ний передач (рис.
18.21,0). Матрица Бласса позволяет использовать различное число излучателей и спадающие к краям амплитудные распределения, а также уменьшать по сравнению с матрицей Батлера число входов. Существуют различные модификации ДОС последовательного и параллельного типов. Так, модифнпированная ДОС Бласса устраняет согласованные нагрузки, уменьшает Ллину линий передач путем включешш фазоврашателей (рис.
! 8.21,в) Теоретически для МА важно установить возможное количество лучей, что соответствует допусппчому уровню пересечения паршюльных ДН, и учщовия независимости входов, т.е. развязки между отдельными входами. Если нюестен излучающий раскрыв антенны и сектор формирования лучей В, то можно создать У амплитудно фаювых распределений для формирования лучей, каждому из которых соответствует ларциальная комплексная ДН Р„(В, д), где л = 1 2,3,...,)т'. Из математики известно, что система функций Р„(В, Р) абразует систему ортогональных функций, если выполнжотся условия больше) независимых луча. Независимое электрическое сканирование в совмещенной ФАР обеспечивается работой на разнесенных частотах для каждого луча.
Частопюе разделение входов (выходов) совмещенной ФАР может быть дополнено размещением излучателей н поляризационным разделением каналов. В качестве примера, показывающего необходимость построения подобных антенн, можно привести ФАР, устанавливаемую в носовой части самолета.
Она должна обеспечивать работу носового радиолокатора, управление полетом, опознавание («свой — чужойв). Совмещение работы на несколыгкк частотах в остронаправленных антеннах впервые стали применять в больших дорогостоящих зеркальных антеннах. Так, в радиотелескопе РТ-22 использовали совмещенньгй облучатель, работающий в миллиметровом, сантиметровом н дециметровом диапазонах волн. В настоящее время наиболее распространены двухчастотные совмещенные ФАР в СВЧ-диапазоне. Остановимся на возможных принципах построения этих совмещенных ФАР диапюона СВЧ.
Совмещаемые решетки можно расположить одна над другой на некотором расстоянии (рнс. 18.23). Причем верхняя решетка является вибраторной, а излучателями нижней решетки могут быть волноводы, щели, внбраторы и др. Буквами ую ут на рисунке отмечены соответствующие рабочие частоты ФАР.
Рис. !8.23. Двухчастотнаа совмещен пав ФАР, образованна» решеткой внбраторов, размещенных над второй вибраториой нлн волноводнай решеткой зад Рис. ! 8.24. Двухчастатная совиешени а» ФАР. обрюовавны авкладыванием» одной решетки в другую в одном раскрыве (плоскости) Совмещение решеток можно выполнить в одном излучающем раскрыве, размещая излучатель од. лого диапазона между излучателями другого диапазона. Такое совмещение удобно проводить для шелевьш, волноводных н вибраторных излучателей (рис. 18.24). Имеется принципиальная возможность ностроення совмещенных ФАР на одной излучающей решетке, обладшощей широкополосными свойствами, достаточными для работы на частотах у', н Гт. Однако здесь возникает проблема рвзме- щения в решетке системы направленных частотно-разделительных фильтров, помимо фазовращателей для каждого диапазона Известны и другие принципы построения этих антенн с различными гибридными антеннами гй].
Совмещение двух решеток одна над другой или одна в другой првводит к ухудшению их элеатродинамических характери стик. Проведенные исследования таких антенн показывают, что совмещение приводит к падению усиления, увеличению УБЛ и ограничению сектора сканирования. При со. отношении частот,1;/уз 2...4 особенно ухудшмотси характеристики выаокочастотной решетки. Разработаны различные методы ослабления взаимного влияния при совмещении и расчете совмещенных ФАР гй]. 18.7.
Активные ФАР Фазированные антенные решетки и построенные на их основе антенные системы с прастрансгвенншвременной обработкой сигнала обладают болылнми функциональными возможноатями и широко применяются. Одним из существенных недостатков ФАР являются значительные потери. В бортовых ФАР применение полосковой техники позволяет снизить стоимость, повысить надежность и уменьшить массу и габариты. Полосковые и микрополасковые устройства примеюнаюя для канализируюших систем, делнюлей мощности, направленных ответвителей, излучателей, фазоерашателей и т.д. Существенным недостатком полосковой техники жшяются значительные потери в сантиметровом диапазоне и особенно в коротковолновой его части, которые еще более увеличивмот общие потери в ФАР.
Включение акпшного элемента (генератора, усилителя, преобразователя частот) в тракт СВЧчплучателей ФАР позволяет не только устранить потери, но и существенно изменить систему возбуждения, формирования луча и его управления. Активный элемент (или прибор) в тракте возбуждения превращает антенную решатку ю пассивного взаимного устройства в активную фазированную решетку, в которой при приеме и передаче используют различные акпшные элементы. Последнее объясняется невзаимностью активных элементов.
Практическое применение нашли приемные, передающие и приемопередаюшие АФАР, имеющие одну антенную решетку с ащенными переключателами или циркуляторами для каждого излучателя. Наличие активного элемента в передагощих АФАР ПО] позволяет поднять КПД и достичь очень больших мощностей излучения, упростить требования к фазоврашателям, поднять надежность и получить ряд других преимуществ. Активный элемент в приемных АФАР позволяет не только понизить шумовую температуру шпенны 1подвпь чувствительность), но и провести обработку сигнала на час. татах принимаемого сигнала или на более низкой промежуточной либо более высокой частоте при голографических методах обработки. При этом в приемной АФАР можно проводить пространственно-временную обработку сигнала, используя аналоговые, пифровые, корреляционные, радиооптические и другие известные методы обработки сигнала. Становится также возможным существенное улучшение некоторых антенных характеРистик Однако зто неизбежно будет связано с ухудшением других характеристик.
Выбор системы и методов пространственно. временной обработки сигнала приемных АФАР выходит за пределы настоящего курса н рассматривается в курсах радиотехнических систем. 18.8. Проежгироввние излучнтелн ФАР. Аитомвтнзвции проектнроввнни Важнейшие хармпиристнки ФАР такие, как коэффициент усиления и его юменение в секторе сканирования, УБЛ антенны, предельные отклонения луча и рабочая паласа частот 323 в первую очередь определяются характеристиками излучателя в решетке. К этим харакгернликам относятся коэффициент направленного действия излучателя Ом, его диаграмма направленности г(9 Р) по палю, входное сопротивление ишучателя Е (9 Р) полностью возбужденной решетки в зависимости от фазового распределения при формировании луча в направлении 9, и и рабочая полоса частот.
Межву характериспшамн одиночно возбужденного излучателя в решеше Р(9, р) и О,„(прн этом все остальные излучатели нагружены на согласованные нагрузки) и характериспшой полностью возбужденной решетки Е(9, Р) существует проема связь. При теоретическом анализе оказывштся удобнее рассматривать коэффициент отрзжения Г(9, р) от входа ишучателя, возбуждаемого линией передачи с волновым сопротивлением (К Как известно, Г(9„Р)= ( 7(9,Р)+)Р При расчетах ФАР широко использугот две модели: большие решетки и малоэлементные решетки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
