Антенные решетки с электрическим сканированием

Многолучевую антенную систему

Вся система облуча­телей с линзой образует многолучевую антенную систему, способную одновре­менно обслуживать широкий сектор углов, осуществляя в нем непрерывный радиолокационный контроль пространства, а также вести направленную радио­связь одновременно с различными корреспондентами, находящимися в разных направлениях.

Стремление повысить точность определения угловых координат, ско­рость перемещения луча в пространстве, необходимость в создании управляе­мых диаграмм направленности, позволяющих обеспечить подавление помех, привели в ряде случаев к отказу от применения традиционных апертурных антенн и использованию вместо них антенных решеток с электрическим управ­лением диаграммой направленности [8].

Антенной решеткой называется антенна, представляющая собой совокуп­ность отдельных антенн, расположенных в определенном порядке и возбуждае­мых одним или несколькими когерентными источниками. Когерентными назы­ваются источники колебаний, разность фаз которых не изменяется в течение достаточно длительного периода. Отдельные антенны, из которых состоят ре­шетки, обычно называются излучающими элементами, независимо от того, ра­ботают ли они в режиме передачи или приема.

В качестве излучающих элементов антенных решеток применяют вибра­торные, щелевые, волноводные, рупорные, зеркальные, линзовые антенны, а также антенны бегущей волны – спиральные, волновые каналы, стержневые диэлектрические и пр.

Главным преимуществом антенных решеток по сравнению с антеннами других типов является возможность гибкого управления их характеристиками направленности и возможность параллельной обработки сигналов от каждого элемента.

Современные антенные решетки могут иметь самые разнообразные про­странственные структуры, из которых следует выделить следующие, наиболее часто используемые на практике:

– поверхностные антенные решетки, излучающие элементы которых располо­жены на некоторой поверхности (сферической, цилиндрической, конической и на поверхностях подвижных объектов: кораблей, самолетов, ракет и т. д.) (рисунок 7.18, а б, в);

Рисунок 7.18 – Пространственные структуры антенных решеток:

а –сферическая; б – цилиндрическая; в – коническая;

г – плоская; д – кольцевая дуговая; ж –

эквидистантная; з – неэквидистантна

– плоские антенные решетки, у которых излучающие элементы лежат в од­ной плоскости (рисунок 7.18, г);

– криволинейные антенные решетки, излучающие элементы которых распо­ложены на кривой линии (в частном случае – замкнутой), например, кольце­вые и дуговые антенные решетки, излучающие элементы которых расположены на окружности или ее части соответственно (рисунок 7.18, д, е);

–линейные антенные решетки, излучающие элементы которых расположены на прямой линии (рисунок 7.18, ж, з), причем выделяются два типа антенных реше­ток: эквидистантные антенные решетки, представляющие собой линейную ан­тенную решетку с одинаковыми расстояниями (шагом решетки) между со­седними излучающими элементами (рисунок 7.18, ж) и неэквидистантные антенные решетки, представляющие собой линейную решетку с неодинаковым расстоя­нием между соседними излучающими элементами (рисунок 7.18, з).

Реальные излучающие элементы обладают направленными свойствами. Их диаграмма направленности оказывает влияние на диаграмму антенной решетки.

Диаграмма направленности плоской решетки с излучающими элементами, имеющими диаграммы f_э(θ), равна произведению диаграммы направленности излучающего элемента f_э(θ) на диаграмму той же решетки f_n(θ), но из изо­тропных (ненаправленных) элементов:

f(θ) = f_э(θ) f_n(θ),(7.30)

где f_n(θ) – мно­житель антенной решетки.

Введение понятия множителя антенной решетки обусловлено тем, что для большинства используемых решеток диаграммы на­правленности элементов можно считать одинаковыми для всех излучающих элементов решетки, представляющими собой медленно меняющиеся функции угла θ (по сравнению с множителем решетки), и поэтому некоторые основные характеристики направленности (такие, как уровень боковых лепестков, ши­рина и точность установки луча) во многом определяются множителем антен­ной решетки.

Для синфазной решетки заданной длины Ɩ уровень боковых лепестков оп­ределяется амплитудным распределением по ее раскрыву. Ширина диаграммы синфазной линейной антенной решетки определяется размерами и видом ампли­тудного распределения по ее раскрыву и обратно пропорциональна ее длине, выраженной в длинах волн (Ɩ/λ).

Равноамплитудное синфазное распределение, позволяющее при заданной длине решетки обеспечить максимальные КНД и коэффициент использования площади, равный единице, обладает большим уров­нем боковых лепестков, приблизительно равным –13,2 дБ. Спадающие к краям решетки амплитудные распределения характеризуются меньшими уровнями бо­ковых лепестков и меньшими значениями КНД и коэффициента использования поверхности, а также большей шириной диаграммы по сравнению с равноамплитудным распределением.

Электрическое сканирование обеспечивает наибольшую скорость перемещения луча в пространстве и управление характеристиками направлен­ности антенны. Существуют три способа электрического сканирования: 1) фазовый способ путем регулирования только фазовых сдвигов возбуждения элементов решетки (изменения фазы радиосигналов в элементах); 2) амплитуд­ный способ путем коммутации парциальных диаграмм направленности в многолучевой антенной системе; 3) спо­соб частотного сканирования, когда фазовые сдвиги в из­лучающих элементах решетки регулируются за счет изменения частоты колебаний.

Фазированная антенная решетка (ФАР) состоит из канализирующей системы, обеспе­чивающей возбуждение ее раскрыва, фазовращателей, изменяющих фазу сиг­налов, поступающих к элементам через фазовращатели от канализирующей сис­темы и непосредственно элементов, излучающих и (или) принимающих энергию электромагнитных колебаний. Функционирует ФАР совместно с системой управ­ления лучом (СУЛ), подающей управляющие сигналы на фазовращатели (рисунок 7.18).

По типу канализирующей системы различают следующие виды антенных решеток:

Рисунок 7.18 - Структура фазированной антенной решетки:

1 - излучающие элементы; 2 - фазовращатели; 3 - система

управления лучом; 4 - канализирующая система; 5 - выход

Дата добавления: 2017-02-01