Или вход антенной решетки

– с пространственным возбуждением, реализуемым облучением решетки пер­вичным облучателем;

– с фидерным возбуждением, реализуемым с помощью фидеров, подсоединен­ных к излучающим элементам;

– с комбинированным возбуждением, сочетающим пространственное и фидер­ное возбуждение.

Пространственное возбуждение решетки реализуется в двух вариантах: проходном и отражательном.

В проходной ФАР электромагнитные волны от первичного, как правило, слабонаправленного облучателя (вибратора, рупора, волновода, щели и т. д.) падают на коллекторную антенную решетку (рисунок 7.19, а), предназначенную для приема этой энергии, проходят через фазовращатели, трансформирующие выпуклый фазовый фронт волны от первичного облучателя в фазовый фронт заданной формы (как правило, плоский), который излучается элементами с раскрыва ФАР.

Отражательной антенной решеткой называется решетка с пространствен­ным или комбинированным возбуждением, у которой прием электромагнитных колебаний от первичного облучателя и их излучение в пространство осуществ­ляются одними и теми же элементами. В отражательной ФАР (рисунок 7.19, б) энергия первичного облучателя принимается элементами ФАР, проходит через отражательные фазовращатели, обеспечивающие требуемую поверхность излу­чаемого ФАР фазового фронта, и излучается в пространство теми же элементами.

Заданная форма амплитудного распределения решетки с пространственным возбуждением реализуется выбором первичного облучателя с соответствующей диаграммой.

Преимуществами отражательных решеток перед проходными решеткам» являются отсутствие коллекторной части (т. е. меньшее число элементов и меньшие продольные размеры), конструктивно – эксплуатационная простота (из-за наличия легкого доступа к любому фазовращателю с тыльной, неизлучающей стороны решетки).

Рисунок 7.19 – Схемы построения фазированных антенных решеток с

пространственным возбуждением проходной (а) и

отражательной (б): 1 – первичный облучатель; 2 –

излучающие элементы; 3 – проходные фазовращатели; 4 –

отражательные фазоврвщатели; 5 – излучающие элементы

коллекторной решетки; 6 – фронт волны; 7 – вход антенной

решетки; 8 – фронт волны от первичного облучателя

Недостатком отражательной решетки является затенение ее раскрыва первичным облучателем, что приводит к снижению КПД и росту боковых лепестков, как и в зеркальных антеннах. Преимуще­ствами проходной решетки перед отражательной являются возможность от­дельной оптимизации коллекторной и излучающей части, отсутствие затене­ния раскрыва первичным облучателем.

Фидерное возбуждение ФАР реализуется соединением источника колебаний с фазовращателями и элементами с помощью отрезков фидерных линий, волноводных и коаксиальных тройников, мостов, направленных ответвитвлей и т. п.

Различают следующие виды фидерного возбуждения: параллельное, последовательное и смешанное. При параллельном возбуждении решетки возбуждение происходит разветвлением на два или более фидеров, каждый из которых соединяется с одним элементом. Схемы решеток с параллельным возбуждением приведены на рисунке 7.20, а, б, в.При последовательном возбуждении решетки элементы в последовательности, определяемой их расположением, со­единяются с общим фидером. При последовательном возбуждении ФАР фазо­вращатели могут находиться как в общем фидере между боковыми ответвле­ниями к соседним элементам (рисунок 7.20, г), так и в боковых ответвлениях, не­посредственно перед элементом (рисунок 7.20, д).

Рисунок 7.20 - Схемы построения фазированной антенной решетки с

фидерным возбуждением: а – параллельное возбуждение

каналов; б – двоично-этажная схема (елочка), в – этажная схема

(не двоичная); г – последовательная схема с фазовращателями в

общем фидере; д – последовательная схема возбуждения с

фазовращателями в канале каждого излуча­ющего элемента; е –

смешанное фидерное возбуждение; ж – смешанное фидерное

возбуждение; 1– излучающий элемент; 2 – фазовращатель; 3 –

фидерная канализирующая система

Смешанное возбуждение осуществляется сочетанием параллельного и последовательного возбуждений, например, как это показано на рисунке 7.20, е, ж.

Преимуществами фидерного возбуждения перед пространственным являются большая гибкость и создание требуемых амплитудных распределений и меньшие продольные размеры.

Однако при фидерном возбуждении решетка становится конструктивно более сложной, увеличивается ее масса.

Управление фазовым распределением ФАР осуществляется с помощью фазовращателей и системы управления лучом (СУЛ), подающей на них коман­ды управления.

Фазовращатели, число которых в ФАР составляет от единиц до сотен и даже до десятков тысяч, являются одними из основных элементов ФАР, определяющих стоимость и характеристики направленности ФАР.

В большинстве случаев в ФАР используются фазовращатели с дискрет­ной установкой фазового сдвига. Она обладает следующими преимуществами перед установкой непрерывных значений фазы: большая стабильность установленной фазы, простота управления, большая совместимость с цифровым управлением.

Наибольшее применение в антенных решетках нашли ферритовые (управляемые постоянным магнитным полем) и p-i-n диодные фазовращатели (управляемые постоянным током).

Наиболее про­стая схема четырехступенчатого отражательного фазо­вращателя на p-i-nдиодах показана на рисунке 7.21, а [9]. В этом фазовращателе с помощью коммутационных p-i-n-диодов осуществляется электрическое управление положением плоскости короткого замыкания в линии передачи.

Рисунок 7.21– Схема четырехступенчатого отражательного

фазо­вращателя на p-i-nдиодах

Короткое замыкание для СВЧ колебаний устанавлива­ется в месте расположения того диода, через который пропущен постоянный управляющий ток величиной I _упр ≈ 0,03–0,5 А при напряжении около 1 В (цепь управления на рисунке не показана). Обесточенные p-i-nдиоды имеют очень низкую проводимость для СВЧ колебаний и почти не влияют на распространение волны по отрезку линии передачи.

Фазовращатели проходного типа на p-i-nдиодах могут быть образованы из отражательных фазовращателей с помощью циркуляторов (рисунок 7.21, б) В этих схемах поданные на вход СВЧ ко­лебания без ослабления подаются на отражательные фазовращатели. При отражении от нихСВЧ колебания получают один из двух возможных фазовых сдвигов и со­гласно известным свойствам циркулятора беспрепятственно проходят на выход и не попада­ют на вход. Про­пускаемая мощность может составлять десятки ватт в непрерывном и десятки киловатт в импульсном режиме.

При повышении частоты электрические па­раметры p-i-n диодных фазовращателей ухудшаются и при длине волны 5–8 см начинают уступать параметрам фазовращателей на ферритах. Общим недостатком p-i-n диодных фазовращателей является необходимость непрерывной подачи управляющего тока в открытые диоды (отсутствие внутренней «памяти»).

В ферритовых фазовращателях используется зависимость магнитной проницаемости феррита от приложенного постоянного подмагничивающего поля. На рисунке 7.22 показан фазовращатель, в котором ферритовый стержень распола­гается по оси прямоугольного волновода и подмагничи- вается продольным полем, создаваемым катушкой, на­мотанной непосредственно на волновод.

Рисунок 7.22 – Ферритовый фазовращатель

Этот фазовраща­тель позволяет получать довольно большие фазовые сдвиги при малых управляющих полях; сдвиги являются взаимными, т. е. их величина не зависит от направления распространения. По принципу действия фазовращатель является аналоговым, т. е. фазовый сдвиг может плавно регулироваться путем увеличения или уменьшения под- магничивающего тока. Главным не­достатком фазовращателя является сильная зависимость вносимого фазового сдвига от тем­пературы феррита.

Ферритовые фазовращатели могут успешно выдержи­вать импульсную мощность СВЧ порядка 500 кВт и сред­нюю мощность около 100 Вт, а также допускают значи­тельные кратковременные перегрузки.

Фазированные антенные решетки могут использоваться как элементы, вхо­дящие в другие антенные системы, которые называют гибридными, а также, как управляемые облучатели или отражатели зеркальных и линзовых сканирующих антенных систем (рисунок 7.22).

Рисунок 7.22 – Фазированные антенные решетки в качестве облучателей

зеркальных и линзовых антенн: 1 – первичный облучатель: 2 –

проходная фазированная антенная решетка: 3 – зеркало; 4-лннза; 5 –

Дата добавления: 2017-02-01