Сканирующая антенная решетка с фазовым сканированием

Система представляет собой плоскою моноимпульсную фазированную антенную решетку (ФАР) с волноводно-распределительной системой для распределения высокочастотной энергии между излучателями, в схему которой подключены каналы, осуществляющие сканирование по кресту.

ФАР в общем случае содержит:

1) Излучатели.

2) Фазовращатели.

3) Волноводно-распределительную систему.

4) Устройства сравнения.

5) Направленный ответвитель для ввода КС.

Устройство состоит из множества излучателей, каждый из которых соединен со своим одним фазовращателем. Излучатели с фазовращателями расположены в узлах квадратной сетки с определенным шагом.

Распределение высокочастотной энергии между излучателями осуществляется с помощью волноводно-распределительной системы. При этом весь раскрыв ФАР разделен на четыре равные части (квадранты), объединенные системой тройников, имеющей суммарный и два разностных канала. Такая схема построения волноводно-распределительной системы (ВРС) позволяет формировать суммарную и разностные диаграммы направленности (ДН) в азимутальной и угломестной плоскостях. С помощью ВРС создано амплитудное распределение для обеспечения уровня бокового излучения ФАР.

Этот метод отличается тем, что требуемое для сканирования изменение фазового сдвига между токами (полями) соседних элементов достигается перестройкой включенных в систему фазовращателей без изменения несущей частоты сигнала.

Фазированная антенная решетка (ФАР) может быть включена по параллельной, последовательной или смешанной схеме питания. В параллельной схеме (рис. 3.63)передатчик и приемник соединяются с каждым элементов решетки А1, А2, А3, … через отдельные фазовращатели. Система управления обзором должна создавать различные сдвиги в фазовращателях.

Рис. 3.63. Параллельная схема включения питания.

В последовательной схеме (рис. 3.64) все излучатели отделяются элементами, создающими одинаковые фазовый сдвиги.

Рис. 3.64. Последовательная схема включения питания.

Смешанная схема питания (рис. 3.65) является сочетанием последовательной и параллельной схем. Примером может служить показанная на рисунке плоская решетка с комбинированным сканированием и смешанной схемой питания: по азимуту сканирования частотное, а питание последовательное через отрезки линии задержки, создающие одинаковые фазовые сдвиги, угломестное сканирование фазовое при параллельной схеме питания. Управление фазовращателями, сдвигающими фазу на , не зависит от перестройки частоты. Следовательно, сканирование по азимуту и углу места независимое.

Рис. 3.65. Смешанная схема включения питания.

В параллельной схеме более сложная система управления из-за необходимости создания значительно отличающихся между собой фазовых сдвигов, особенно для крайних элементов решетки. Это, естественно, ограничивает скорость сканирования.

Вместе с тем параллельная схема имеет свои преимущества: а) более высокий к.п.д. и более высоких уровень допустимого излучения, так как при фазовращателях через каждый из них проходит только -я часть общей мощности излучения; б) большая точность сканирования за счет того, что ошибки любого фазовращателя сказываются на работе одного элемента решетки, тогда как в последовательной схеме – и на работе всех последующих.

В смешанной схеме меньше сказываются недостатки последовательной и параллельной схем: мощность излучения, к.п.д. антенны и точность управления повышаются за счет уменьшения числа последовательно включенных фазосдвигающих элементов, а уменьшение ответвлений от фидера снижает диапазон измерения фазовых сдвигов, производимых фазовращателями, и это позволяет повысить скорость сканирования.

Система управления фазовращателями, которая является важнейшей частью ФАР, может быть непрерывной, дискретной или коммутационной. Первая вырабатывает непрерывные сигналы управления, необходимые для плавного сканирования диаграммы направленности. Реализация такой системы при параллельной схеме питания, где на каждый фазовращатель подается отдельный управляющих сигнал, связана с большими трудностями, особенно если решетка многоэлементная.

При дискретном управлении каждый фазовращатель рассчитан на фиксированное значение фазового сдвига, например 0, , и , вводимого по команде устройства управления обзором. Коммутационное управление наиболее простое: указанные фиксированные сдвиги создаются в каждом элементе решетки одинаковыми комплектами нерегулируемых фазовращателей, причем каждый из них включается через отдельный коммутатор. Управляющие сигналы посылаются из вычислительного устройства согласно требуемого закону сканирования. Очевидно, что при дискретном коммутационном управлении неизбежны фазовые ошибки, так как только при непрерывном управлении можно получить именно те фазовые сдвиги во всех элементах решетки, которые необходимы для точного отклонения луча на заданный угол. Из-за фазовых ошибок расширяется главный лепесток и повышается уровень боковых лепестков диаграммы направленности. Так как коммутационное управление наиболее простое, поэтому наиболее перспективное, особенно для многоэлементных решеток, потребность в которых растет в связи с повышением требований к точности и разрешающей способности РЛС по углам. Так, для формирования луча шириной антенная решетка должна содержать элементов, а луча шириной - около элементов.

Заметим, что даже при точном фазировании решетки ширина главного луча диаграммы направленности измеряется обратно пропорционально , где: - угол отклонения луча от перпендикуляра к решетке. Это можно объяснить тем, что размер решетки, видимый под углом , составляет от истинного размера. Расширение главного лепестка диаграммы заставляет ограничить сектор обзора углами .

Вывод: Важнейшей функцией антенны являются: концентрация излучения в определённых направлениях при заданной поляризации радиоволн в режиме передачи или преимущественный приём приходящих с определённых направлений радиоволн заданной поляризации в режиме приёма.

В современных ФАР, особенно крупноапертурных, число излучателей очень велико (сотни, тысячи и даже десятки тысяч). Использование неэквидистантных решеток позволяет уменьшить количество излучателей без существенного ухудшения параметров антенны и получить дополнительные возможности для оптимизации ДН за счет изменения параметра d. Однако расчет таких решеток значительно сложнее, чем эквидистантных. Он базируется на использовании ЭВМ и методов статистической траектории антенн.