Диссертация (785868), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Приэтомнеобходимоиметьсоответствующиехарактеристикисигнальногопроцессора: объем памяти и быстродействие. Так как сигнальный процессоробеспечивает формирование луча или лучей (при многолучевом режиме работы),управление ими и функционирование РЛС. В отличие от существующих ФАРсамолетных РЛС антенная решетка должна быть конформной с компактнойраспределительной системой, реализованной на основе модифицированных ППМсцифровойобработкойсигналаицифровымдиаграммообразованием.Применение широкополосных излучателей, широкополосных малошумящихусилителей (МШУ) и твердотельных усилителей мощности позволяет в такойантеннойсистемеобрабатыватьпомиморадиолокационнойидругуюинформацию, т.е.
совместить дополнительные функции. Возможен и другой путьсовмещения функций бортовых РЛС, работающих в диапазонах частот,существенно отличающихся от диапазона частот РЛС, без изменения их рабочихчастот и с сохранением существующих антенн, например антенн ОГП, АРК, GPSи включением информации, поступающей от них в центральный процессоркомплекса с помощью фотоники. Применение волоконно-оптических линийпередачи взамен коаксиальных кабелей, волноводов и различных фидеров другихтипов упрощает ЭМС системы и существенно уменьшает вес.Следует отметить также один из возможных путей сокращения «антенногожелеза» с помощью бортовых ИРЭС, касающийся применения новых технологий.На борту самолета имеются системы инструментальной посадки – курсовыеглиссадные антенны.
Современные системы GPS позволяют с высокой точностьюопределять три координаты положения объекта в пространстве. Созданы антеннывысокоточного позиционирования, имеющие точность доли сантиметра и даже домиллиметра [53]. Поэтому сокращение количества антенн возможно также за счетприменения глобальных систем связи.221.3 Выводы по главе 1Обзор материалов, опубликованных в открытой печати, показываетнеобходимость повышения функциональных возможностей антенных системпутем расширения сектора сканирования и рабочей полосы частот. Дляулучшения отмеченныххарактеристик в настоящее время используютсяконформные антенные решетки и различные их модификации.
Однако, из-засложности практической реализации распределительной системы, они имеютограниченное применение.Совершенствование элементной базы распределительных систем, разработкаППМ и цифровых систем формирования и управления лучом, определяют новыенаправления развития антенной техники.Наиболее перспективными схемамипостроения при широкоугольном сканировании широкополосной работе являютсяконформная и пространственная схемы построения антенного полотна. Поэтомуна современном этапе развития теории антенн, актуальна проблема разработкиметодов расчета и синтеза характеристик направленности таких схем построения.При ограниченном секторе обзора пространства актуальнапроблемаразработки антенных систем с моноимпульсной и косекансной формой диаграммнаправленности, работающих в одном или нескольких диапазонах частот.232. БОРТОВЫЕ ФАР С КРУГОВЫМ ОБЗОРОМ2.1 Схемы построения ФАР с широкоугольным сканированиемВрядепрактическихзадачвозникаетнеобходимостьпостроениямногофункционального антенного полотна с возможностью моноимпульснойпеленгации и широкоугольным сканированием.
К таким задачам относятсяпроблемы создания совмещенных бортовых АР с полусферическим обзоромпространства, антенн телекоммуникационных систем, устанавливаемых на бортукосмических аппаратов, антенных решеток мониторинга и т.д. Каждая из этихсистемимеетпроектированииширокоугольногосвоииособенностивыбореработы,технологиисканированиякоторыеизготовления.используютцилиндрические,конические)идругиеобеспечивающиедиапазоннуюработуАР.учитываютсяДлявыпуклыеобеспечения(сферические,геометрическиеВозможенпритакжеповерхности,подходсприменением купольных схем построения антенных систем, сочетающие вконструкции плоскую облучающую АР и одну из неплоских металлопрозрачных(например, волноводных) или диэлектрических линз, расширяющих секторсканирования.Перспективным направлением является использование пространственныхантенных систем.
Если принять пространственный (телесный) угол обзора в 4стерадиан, то из условий центральной симметрии антенная решетка должна бытьсферической, состоящей из изотропных излучателей числом N, равным численнокоэффициенту направленного действия (КНД):4 2 R 2N2(1)При условии исключения явлений сверхнаправленности минимальныйрадиус сферы Rmin при размещении излучателей только на поверхности будет:R min N2(2)24Если воспользоваться известным соотношением максимального КНДапертуры, то линейный шаг излучателей на сферической поверхности составит0,57 длины волны.
Антенные решетки сферической формы с минимальнымчислом излучателей и размерами обладают высоким уровнем бокового излучения,когда формирование луча осуществляется всеми ненаправленными излучателями.Дляобеспечения(сферические,широкоугольногоцилиндрические,сканированияконические)ииспользуютдругиевыпуклыегеометрическиеповерхности, обеспечивающие диапазонную работу АР [54,55]. Возможен такжеподход с применением купольных схем построения антенных систем [56-64],сочетающие в конструкции плоскую облучающую АР и одну из неплоскихметаллопрозрачных(например,волноводных)илидиэлектрическихлинз,расширяющих сектор сканирования.Обеспечения заданного уровня бокового излучения и существенногоувеличения шага излучателей, а также расширения рабочей полосы частот можнодостичь увеличением размеров излучающей выпуклой поверхности по сравнениюс Rmin, а также применением направленных излучателей в антенной решетке.
Приэтом следует отметить, что число одновременно работающих излучателей(фазируемые одновременно) приблизительно сохраняется, в то время как общеечисло излучателей на сфере увеличивается пропорционально радиусу сферы R(при одновременном росте шага и направленности излучателя). Хорошо известнызависимости минимально необходимого числа управляемых элементов ФАР взависимости от телесного сектора сканирования и направленности [65].
В плоскихФАР с ростом сектора обзора и КНД число элементов катастрофически нарастаети превышает минимум. С целью уменьшения числа элементов в АР и увеличенияшага между элементами необходимо отказаться от направленных элементов вФАР и размещать их не только на внешней поверхности, но и в объеме.При обеспечении требуемого уровня боковых лепестков (УБЛ), возможнатеоретическая модель антенной решетки с 2-х мерным сканированием во всемпространстве (4 стерадиан).
Исходя из простых физических предпосылок будем25полагать, что эквивалентный излучающий раскрыв круглыйс заданнымамплитудным, спадающим к краям распределением и симметрией размещенияизлучателей в антенной решетке. Тогда получаем трехмерную сферическуюрешеткуссимметричнорасположеннымипоконцентрическимсферамизлучателями. Шаг по окружности в сфере (и число излучателей) выбирается изусловия требуемого спадающего амплитудного распределения в эквивалентнойапертуре. Если допустить, что поляризация у всех излучателей одинакова иамплитуды излучающих токов равны, то луч управляется в пространстве толькофазировкой излучателей, образующих решетку. Возбуждение излучателей такойрешетки возможно выполнить, например, пространственным способом.Для решения задачи о построении пространственной трехмерной решеткинеобходимо исследовать составную часть этой решетки, систему источников,расположенных на концентрических окружностях.
Такая система являетсяплоскостной АР с элементами, равномерно размещенными по концентрическимокружностям, и обеспечивает широкоугольное одномерное сканирование поазимуту, а также в секторе 30°-40° по углу места. Сектор сканирования вугломестной плоскости ограничивается ДН элемента в этой плоскости. Приограниченном секторе сканирования в азимутальной плоскости и применениинаправленных элементов, сектор сканирования в угломестной плоскости можетбыть расширен.Подкольцевымиконцентрическимиантеннымирешетками(ККАР)понимается система кольцевых излучателей, размещаемых на концентрическихокружностях рис.1. Антенная решетка, показанная на рис.1, образовананесимметричными вибраторами, размещенными над проводящим диском.Излучатели распределены по поверхности апертуры эквидистантно с шагомd=1,5λ и возбуждаются коаксиальными линиями.
Возбуждение элементов в такойантенной решетки можно также реализовать в полосковом исполнении или наоснове волноводных распределительных систем.26Рис.1. Общий вид ККАР.Кольцевыеконцентрическиеантенныерешеткиобеспечиваютширокоугольное сканирование в пределах 360 , практически без искаженияхарактеристик при сканировании, но в отличие от цилиндрических антенныхрешеток, управление лучом может быть выполнено только с помощьюфазовращателей без коммутаторов. Кольцевые концентрические антенныерешетки позволяют существенно уменьшить минимально необходимое числофазовращателей.ПрименениевФАРминимальнонеобходимогочислауправляемых излучателей приводит формированию заданной ширины луча содновременным возрастанием УБЛ. В отличии от плоских ФАР, УБЛ впростейших ККАР не убывает с ростом угловой координаты и наблюдаетсяобратное излучение (в направлении, противоположном формированию главногомаксимума).
Минимизация УБЛ в ККАР возможна известными методами, как и вплоских ФАР, а также оптимизацией размещения колец и излучателей на них.Выбор методов синтеза характеристик направленности зависит от техническихтребований, предъявляемых к антенной системе.Для сравнения преимуществ ККАР с другими вариантами антенн показанрис.2, на котором приведены зависимости необходимого числа излучателей N, отсектора сканирования. График рассчитан для линейной системы с одномернымсканированием (аналогично можно построить график для плоских антенныхрешеток).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
