Антенные решетки (стр. 3 из 4)
Достоинством коммутационной антенны по сравнению с ФАР, вкоторых применяются фазовращатели с плавным изменением фазы, является болеепростое управляющее устройство, которое при необходимости относительно легкосопрягается с цифровой вычислительной машиной. Кроме того, коммутационнаяантенна отличается большей стабильностью электрических параметров.
Антенные решетки с частотнымсканированием
Различают два типа АР с частотным сканированием: споследовательным и параллельным питанием. На практике преимущественноприменяется первый тип. Поясним принцип действия такой антенны с помощью рис.20.7, на котором изображен змейковый волновод, питающий решетку излучателей.
Ориентация главного лепестка определяется формулой (20.1), акоэффициент замедления может быть вычислен по формуле (13.24).
Следовательно,
(20.10)Важным параметром антенны с частотным сканированием являетсяуглочастотная чувствительность, равная величине поворота лепестка (в градусахили радианах), приходящейся на относительное (например, на один процент)изменение частоты (длины волны). Дифференцируя (20.1), можно получить
(20.11)Величина fdx/df характеризуетдисперсию в волноводе. Следовательно, углочастотная чувствительность растет сувеличением замедления и дисперсии и, кроме того, зависит от направленияглавного лепестка.
Расчеты показывают, что при использовании прямолинейногоотрезка прямоугольного волновода максимальный сектор сканирования лепестка приотсутствии лепестков высших порядков находится в пределах углов от -90 до +14°.При этом средняя углочастотная чувствительность составляет лишь 1°, 61 на 1%изменения частоты.
 |
Для того чтобы можно было осуществлять сканирование в пределах большого сектораи при этом мало менять частоту генератора, нужно использовать антенны с большимзамедлением. Это достигают, увеличивая отношение l/d (например, применяязмейковые волноводы или спиральные волноводы) либо уменьшая L (помещая внутрь волновода замедляющую,например, ребристую структуру).
Анализ показывает, что при увеличении x падает к. п. д. антенны из-за роста потерьв линии питания АР. Это ограничивает длину антенны, а следовательно, иминимально достижимую ширину главного лепестка.
Многолучевые антенные решетки
Принцип действия многолучевой антенны можно пояснить спомощью рис. 20.8. На нем изображена АР, состоящая из N излучателей. Сигнал отгенератора подается на любой из М входов и распределяется между излучателями спомощью пассивного многополюсника. Он представляет собой схему, обеспечивающуюлинейное изменение фазы вдоль АР, причем величина сдвига фаз y между соседними излучателями, аследовательно, и ориентация главного лепестка определяются номером входа, накоторый поступает сигнал.
Таким образом, диаграмма направленности антенны зависит оттипа схемы, получившей поэтому наименование диаграммоообразующей или матричнойсхемы. Предложено много разновидностей таких схем [38].Рассмотрим две из них.
На рис. 20.9, а изображена антенна последовательного питанияв которой линии передачи, подсоединенные ко входам антенны, и линии передачи,присоединенные к излучателям, связаны в местах пересечения с помощьюнаправленных ответвителей. Направления ответвления энергии показаны стрелками.
К каждому излучателю по сравнению с предыдущим излучателемсигнал проходит дополнительный путь, равный
(20.12)где b— угол между линией передачи и осью антенной решетки (рис.20.9).
Тогда согласно формуле (20.10) ориентация главного лепесткаможет быть определена с помощью выражения
(20.13)Следовательно, каждому значению b (каждому входу антенны) соответствует свой главный лепесток(рис. 20.9, б). Переключая (механически или электрически) входы антенны, можноосуществить скачкообразное сканирование луча. При подаче питания одновременнона несколько входов можно сформировать веер лучей.
На рис. 20.10, а изображен вариант антенны параллельногопитания. Диаграммообразующая схема содержит отрезки волновода, длина которых отвхода к выходу одинакова, два постоянных фазовращателя и четыре делителямощности, у каждого из которых на двух выходах сигналы одинаковы по величине,но сдвинуты по фазе на p/2.
В качестве таких делителей мощности могут быть использованыщелевые мосты. Можно считать, что при прохождении сигнала через делитель впрямом направлении фаза не меняется, а в диагональном направлении она отстаетна p/2.
При подаче сигнала на любой вход антенны распределение фазна АР является линейным, но сдвиг фаз yмежду соседними излучателями зависит от номера входа. Например, при подачесигнала на вход 1 распределение фаз на АР соответствует рис. 20.10, а, т. е.сдвиг фаз j=p/4. Если d=l/2, то лепесток (нулевого порядка) согласноформулам (20.1) и (13.9) отклонен от нормали к антенне на угол Jгл=arcsin0,25 (рис. 20.10, б). При подаче сигнала на вход 4, симметричный входу 7, лучотклонится на угол Jгл=-arcsin 0,25.
Нетрудно показать, что при подаче сигнала на входы 2 или 3сдвиг фаз между соседними излучателями составляет соответственно ±3p/4,а лепесток отклонен от нормали на угол Jгл=±arcsin 0,75.
При возрастании числа излучателей резко растет необходимоечисло делителей и фазовращателей, что является недостатком многолучевых антеннтакого типа.
Антенные решетки с обработкойсигнала
1. Методы обработки сигнала. Во всех рассмотренных вышетипах АР сигналы, принятые отдельными излучателями, складывались на выходеантенны (рассматривается режим приема). Это простейший вид обработки сигналов.АР с такой обработкой сигналов называются аддитивными. Предложен ряд другихметодов обработки сигналов» в результате чего удается создать антенны, имеющиеизвестные преимущества в сравнении с аддитивными антеннами.
Из этих антенн рассмотрим корреляционные, самофокусирующиесяретрансляционные антенны и антенны с логическим синтезом.
2. Корреляционные (мультипликативные) антенны. Рассмотримпростейшую АР, состоящую из двух ненаправленных излучателей (см. рис. 20.11).Пусть на решетку под углом J падаетплоская волна. Напряжения на выходе излучателей можно записать в виде
(20.14) 
(20.15)где
(20.16)Произведем над сигналами последовательно операции умноженияи усреднения, тогда результирующий сигнал будет иметь вид
 |
Операции умножения и усреднения двух функций определяют корреляционнуюфункцию, откуда следует название антенны. Функция
(20.18)есть ДН двухэлементнойкорреляционной антенны. Сравнивая формулы (20.18) и (12.23), заключаем, чтокорреляционная двухэлементная антенна имеет такую же ДН, как и обычная (аддитивная)двухэлементная синфазная антенна с вдвое большим расстоянием между элементами.Таким образом, корреляционная обработка сигнала привела к сужению ДН.
Аналогичные результаты можно получить с многоэлементными АР.Предложен ряд методов разбиения АР на секции с последующим перемножением иусреднением сигналов.
Заметим, что выражение (20.18) определяет величину постоянногонапряжения. Для того чтобы получите на выходе антенны переменное напряжениечастоты W, можно в канал одногоизлучателя включить переменный фазовращатель и осуществлять фазовую модуляциюсигнала с частотой W.
Если излучатели 1 и 2 являются направленными, торезультирующий сигнал будет пропорционален произведению ДН излучателей. Этооткрывает дополнительные возможности для формирования остронаправленнойдиаграммы.
3. Антенная система с логическим синтезом ДН состоит изнескольких, чаще всего двух антенн. Логическое синтезирование состоит всравнении амплитуд сигналов от отдельных антенн и использовании логическихустройств типа «ДА—НЕТ» для отпирания или запирания приемника, либоподсоединения его к одной из антенн.