9 Антенны кв диапазона

• Название: 9 Антенны кв диапазона
• Дата: 19.12.2021
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: 11.docx
• Тип: Документы; #309506
• страница: 5 из 6

часть общей мощности генератора),

снижены потери мощности и требования к стабильности работы и

идентичности параметров фазовращателей.

Недостатком параллельных схем являются сложность системы управления фазовращателями, так как в процессе сканирования ДН фаза в каждой из них изменяется по своему закону и большие сдвиги по фазе при сканировании ДН.

Уменьшение требуемых пределов изменения фазы в фазовраща- телях можно достигнуть путем усложнения системы управления – введением в нее устройства «сброса» фазы, равной или кратной 2. Фаза в каждом фазовращателе устанавливается в пределах от 0 до 2, т. е. вдоль решетки фаза изменяется по пилообразному закону.

Обычно применяются ФАР с излучающими системами из оди- наковых и одинаково ориентированных слабонаправленных излу- чателей. Очевидно, что с точки зрения упрощения конструкции, сни- жения ее общей стоимости следует стремиться к уменьшению числа излучателей (модулей) решетки. С другой стороны, наличие избы- точных элементов позволяет увеличить надежность ФАР.

315

Возможны различные варианты размещения элементов ФАР в излучающем раскрыве. Наиболее естественно с геометрической точ- ки зрения размещать фазовые центры элементов в узлах прямоуголь- ной или треугольной (гексагональной) сетки. В обоих случаях фазо- вые центры излучателей располагаются на одинаковых расстояниях и равномерно покрывают раскрыв.

Размещение элементов ФАР в узлах треугольной сетки оказыва- ется более экономным: на каждый элемент приходится площадь, на 15% большая, чем площадь на элемент при расположении их в углах прямоугольной сетки. Однако при треугольной сетке возникают трудности в управлении фазой каждого фазовращателя.

Тип и характеристики излучателей оказывают существенное влияние на показатели решетки. Поскольку ФАР обычно включают одинаковые и одинаково ориентированные излучатели, то применима теорема перемножения диаграмм, согласно которой ДН ФАР по мощности можно представить в виде

F² _,_  F² _,_ F² _   ,   _

(9.44)

0 cист m m

где

F_{0 },_

• 
  АДН элемента излучения;
  

F_{сист }  _m,  _m ^{– множитель системы, максимум которого}

ориентирован в направлении __m ,_{m }, меняющемся при сканирова- нии.

Согласно соотношению (9.44) коэффициент усиления ФАР Gв направлении __m,_m, называемый диаграммой сканирования,

G_ , _  G F² _,_{ }

 G F² _ , _

(9.45)

m m max 0

m

_m

max 0 m m

определяется АДН элемента излучения. Желательно, чтобы диаграм-

ма сканирования G__m,_m была симметричной относительно бис-

сектрисы сектора сканирования. Если биссектриса сектора сканиро-

вания совпадает с нормалью к решетке (т.е.

  ^ ), то согласно ра-

m ₂

316

венству (9.45) диаграмма направленности элемента излучения также должна быть симметричной относительно нормали к ФАР (рис. 9.55).



Рис. 9.55 Диаграмма сканирования ФАР

В этом случае коэффициент усиления ФАР G спадает к краям

сектора. Падение Gусиления является основным фактором, с од-

ной стороны, определяющим требования к АДН элемента излучения, а с другой – влияющим (при выбранной АДН элемента) на размеры сектора сканирования.

В качестве излучателей ФАР выбираются антенны с шириной

главного лепестка

^2∘0.5P

 70...90. Общее число модулей в ФАР,

обеспечивающих сканирование остронаправленных диаграмм в ши-

роком спектре, может быть значительным. Поэтому при построении системы управления фазовым распределением стремятся уменьшить число управляющих сигналов и упростить алгоритмы их формиро- вания.

В связи с этим разработан ряд специальных методов фазирова- ния и соответствующие схемы фазирующих систем. Применительно к плоским ФАР наибольшее распространение получили:

• 
  строчно-столбцевые системы секторного сканирования;
  
• 
  матричные многолучевые системы.
  

По характеру изменения управляющих сигналов и фазового рас- пределения в системах строчно-столбцевого фазирования современ- ных ФАР используется дискретный (коммутационный) метод фази- рования.

317

Рассмотрим для определенности ФАР с плоским прямоуголь- ным раскрывом и размещением излучающих элементов в узлах пря- моугольной сетки на расстояниях dx(вдоль оси ох) и dy(вдоль оси оy) друг от друга (рис. 9.56).



Рис. 9.56 Размещение элементов ФАР

Элементы образуют строки и столбцы. Общее число элементов

N N_x N_y. Каждый излучатель характеризуется координатами:

x_m dx m, y_n

 dy n^,

где m= 1…N_x; n= 1…N_y.

Для отклонения луча ДН на угол (_m,  _m) на каждом излучателе должен быть сформирован следующий фазовый сдвиг

 _ x_m,y_n  _ x_msin_mcos _m y_msin _msin _m^{. (9.46)}


ФР токов в излучающих элементах является разделяющимся:


_x

  ^2 sin_mcos_mdx

и  _y

  ^2 sin_msin_mdy. (9.47)

318

Рис. 9.57 Формирование фазовых сдвигов

^{По заданным углам} _m

^и _m

установки главного максимума

АДН в управляющей ЦЭВМ рассчитываются требуемые значения

 _x

и  _y

фазового распределения по строкам и столбцам ФАР.

Далее эти значения умножаются на все целые числа mи n, т.е.

_m m_x

и _n

 n _y. Установочные фазы

^mn

в модулях ФАР

согласно равенству формируются с помощью сумматоров (рис. 9.57):

_ x_m, y_n  _mn _m _n m_x n _y.

Общее число управляющих шин в ФАР с числом элементов MN с системой строчно-столбцевого фазирования равно только M + N, что делает управляющую систему простой и надежной и обеспечи- вает хорошее быстродействие.

В ФАР с треугольной сеткой расположения элементов непо- средственное применение системы управления по рядам и колонкам в координатах x и y требует примерно вдвое большего числа управ- ляющих шин.

В современных ФАР преимущественное распространение полу- чили фазовращатели, в которых фаза может иметь фиксированные значения с дискретом

  ^2 ,

M

(9.48)

319

где

M 2^m;m 1,2,3....

^{По заданным углам} _m

^и _m

установки главного максимума

АДН в управляющей ЦЭВМ рассчитываются требуемые значения

 _x

^и  _y

фазового распределения по строкам и столбцам ФАР.

^{Эти значения умножаются на все целые числа mи n, т. е.}  _m m _x

^и  _n

 n _y<sup>. Установочные фазы

</sup> mn

в модулях ФАР согласно

равенству формируются с помощью сумматоров (рис. 9.57) в сответсствии с алгоритмом

_ x_m,y_n  _mn

 _m _n

^{ m}_x^{ n} _y.

Число m характеризует количество двоичных разрядов фазов- ращателя. Обычно m = 2...4 и тогда М = 4…16. При этом, согласно равенству (13), величина фазового дискрета 90…22.5.



Рис. 9.58 Формирование ступенчатого фазового распределения

На раскрыве ФАР создается ступенчатое фазовое распределение (рис. 9.58) со средней длиной фазовых ступенек, в М раз меньше пе- риодов сброса (9.51),

D_x ^;

Msin_mcos_m

D_y ^.Msin_msin_m

(9.49)

320

В результате, линейное фазовое распределение на раскрыве ус- танавливается с периодической ошибкой. Фазовые ступеньки длиной

^D_x^и D_y

определяют субрешетки (подрешетки) с равномерным ФР.

Поскольку период субрешеток

D_x dxи

D_y dy^{, то возможно на-}

рушение единственности главного максимума, в результате чего по- являются паразитные (коммутационные) лепестки высокого уров- ня. Относительный уровень паразитных лепестков можно оценить с помощью соотношения

F_n

1 _.

M_n 1

(9.50)