Антенные решетки

4. Наименьшее допустимое число излучателей АР. Пусть сектор сканирования лепестка расположен симметрично относительно нормали к АР и составляет ±Jс. При сканировании ширина лепестка не должна превышать заданную величину. Наибольшую ширину лепестка (на границах сектора сканирования) определим для равноамплитудной синфазной АР, подставляя в (13.30) вместо L величину Lэ из (13.34)

(20.5)

Из формул (20.2) и (20.5) получим следующее соотношение:

(20.6)

Следовательно, чем уже лепесток и чем больше сектор сканирования, тем большим должно быть число излучателей АР.

Формулы (20.2) и (20.6) справедливы для случая, когда излучатели АР являются изотропными. Если излучатели обладают направленностью, то можно увеличить расстояние d между соседними излучателями, а следовательно, уменьшить общее число излучателей N. Это объясняется тем, что хотя отношение d/l не удовлетворяет условию (20.2), однако ближайший главный лепесток высшего порядка, переместившийся из области мнимых углов в область действительных углов (§ 13.2, п. 2), будет ослаблен из-за направленных свойств одиночного излучателя [12].

5. Наибольшая допустимая частота сканирования. Электрическое сканирование может производиться с большой угловой скоростью. Анализ показывает, что при этом могут происходить искажения ДН из-за нестационарных процессов в раскрыве антенны. Действительно, если период сканирования сравним с временем распространения волны от одного конца раскрыва к другому, то при сканировании распределение фаз в раскрыве не будет «успевать» устанавливаться по линейному закону. Отклонение фазового распределения от линейного закона приводит к искажению ДН. Следовательно, мгновенная ДН (зависимость напряженности поля в равноудаленных от антенны точках в данный момент времени при сканировании) будет отличаться от статической ДН (при отсутствии сканирования).

sitednl.narod.ru/1.zip - база сотовых по Петербургу

Программа для разрезания и сшивания файлов, шифрования, а также удаления файлов с защитой от восстановления специальными утилитами.

acsoftware.narod.ru/download/demo/acdemo.zip

Если фазовые искажения становятся настолько велики, что фаза по раскрыву меняет знак, то ДН содержит более одного главного лепестка. Частота сканирования, при которой ДН распадается на несколько главных лепестков, называется критической.

Для того чтобы ДН не искажалась существенно, частота сканирования должна быть намного меньше критической. При этом отклонение фазового распределения от линейного будет меньше максимально допустимого значения Dyмакс.

Допустимую частоту сканирования в секторе 2Jс, симметричном относительно нормали к антенне, можно определить по формуле

(20.7)

где w — рабочая частота генератора; l — рабочая длина волны.

Антенные решетки с фазовым сканированием

Различают фазированные антенные решетки (ФАР) с фидерным питанием и с пространственным (оптическим) питанием, а также с плавным изменением фазы и с дискретным (коммутационным) изменением фазы.

1. Фидерное питание может осуществляться по последовательной (рис. 20.2, а) или параллельной (ветвящейся) (рис. 20.2, б) схемам. Применяются также смешанные схемы.

Наименьший сдвиг фаз между токами в соседних излучателях соответствует главному лепестку нулевого порядка и может быть определен по формуле (20.1), которую запишем в виде

(20.8)

Пусть сканирование происходит в пределах всей области действительных углов -p/2 £Jгл£ p/2. Тогда Jс =±p/2, а условие единственности главного лепестка (20.2) примет вид d£l/2. Для обеспечения сканирования величина y должна изменяться в пределах -p£y£p.

При последовательной схеме питания нарастающее вдоль АР запаздывание фаз токов излучателей обеспечивается благодаря тому, что сигнал к каждому излучателю поступает после прохождения через все предыдущие фазовращетели. При этом фазовый сдвиг в каждом фазовращателе согласно (20.8) должен быть одинаковыми изменяться в пределах ±p, т е. интервал изменения фаз должен составлять 2p.

При параллельной схеме питания нарастающее вдоль антенной решетки запаздывание фаз токов излучателей обеспечивается благодаря тому, что в каждом последующем (считая от середины) фазовращателе фазовый сдвиг изменяется в больших (на ±p) пределах, чем в предыдущем фазовращателе. Следовательно, в крайних фазовращателях фаза должна изменяться в пределах ±0,5(N-1) p, т. е. в 0.5(N-1) раз больше, чем при последовательной схеме.

ДН антенны не изменится, если в любом излучателе фазу тока изменить на целое число раз по 2p. Поэтому и при параллельной схеме питания пределы изменения фаз в каждом фазовращателе могут составлять ±p, если применить фазовращатели со сбросом фазы на целое число раз по 2л.

Недостаток параллельной схемы - неидентичность фазовращателей и вытекающая из нее сложность системы управления. Недостатки последовательной схемы - пониженная электрическая прочность, так как вся мощность должна проходить через первый фазовращатель, и малая надежность, так как выход из строя одного фазовращателя может нарушить работу всей антенны.

При большом числе излучателей фидерные схемы питания отличаются сложностью и громоздкостью и в основном находят применение на дециметровых и более длинных волнах. В сантиметровом диапазоне волн отдают предпочтение пространственной схеме питания.

2. Пространственное питание состоит в том, что энергия АР поступает от облучателя, например рупора. Различают ФАР проходного (линзового) и отражательного (рефлекторного) типа. В первом случае (рис. 20 3, а) применяются две АР: собирающая и излучающая (рассматривается режим передачи). Излучатели обеих решеток попарно соединены линиями передачи через проходной фазовращатель. Две решетки и фазовращатель образуют аналог линзы с принудительным ходом лучей. Наклонный луч от облучателя до линзы проходит больший путь, чем центральный луч, и потому отстает по фазе на величину

(20.9)

где x и y - прямоугольные координаты излучателя (начало координат О - в середине линзы; ось Оу направлена на читателя); f - фокусное расстояние

линзы (от облучателя до точки О); k=2p/l. Для компенсации этой несинфазности, т. е. для формирования плоского фронта волны, нужно предусмотреть соответствующие запаздывания по фазе в фазовращателях либо применить специальные линии задержки. Кроме того, для сканирования луча фазовращатели должны обеспечить сдвиг фаз между соседними элементами излучающей АР в соответствии с формулой (20.8).

В линзе отражательного типа (рис. 20.3, б) сигнал через фазовращатели проходит дважды благодаря отражению от короткозамкнутых концов, а функции приема и излучения волн выполняются одной и той же решеткой.

1	2	3	4	5