Теория фазированных антенных решётокТеория фазированных антенных решёток
Фазированной антенной решёткой называют антенную решётку (множество излучателей, размещённых определённым образом в пространстве), фазой токов (поля) в каждом из элементов которой можно управлять. Введение в теориюНаправленность действия простейшей антенны — симметричного вибратора — невысокая. Для увеличения направленности действия уже на первых этапах развития антенной техники стали применять систему вибраторов — антенные решётки. В настоящее время антенные решётки — наиболее распространённый класс антенн, элементами в которых могут быть как слабонаправленные излучатели (металлические и щелевые вибраторы, волноводы, диэлектрические стержни, спирали и др.), так и узконаправленные излучатели. КНДОсновная статья: Коэффициент направленного действия Применение антенных решёток обусловлено следующими причинами. Решётка из N элементов позволяет увеличить приблизительно в N раз КНД (и соответственно усиление) антенны по сравнению с одиночным излучателем, а так же сузить луч для повышения точности определения угловых координат источника излучения в навигации и радиолокации. С помощью решётки удаётся поднять электрическую прочность антенны и увеличить уровень излучаемой (принимаемой) мощности путём размещения в каналах решётки независимых усилителей высокочастотной энергии. Электрическое сканированиеОсновная статья: Антенна с электрическим сканированием Одной из важных преимуществ решётки является возможность быстрого (безынерционного) обзора пространства за счёт качания луча антенны электрическими методами (электрического сканирования). ПомехозащищённостьПомехозащищённость системы зависит от уровня боковых лепестков антенны и возможности подстройки (адаптации) его по помеховой обстановке. Антенная решётка — необходимое звено для создания такого динамического пространственно-временного фильтра, или просто для уменьшения УБЛ. Одной из важнейших задач современной бортовой радиоэлектроники является создание комплексированной системы, совмещающей несколько функций, например радионавигации, РЛС, связи и т. д. Возникает необходимость создания антенной решётки с электрическим сканированием с несколькими лучами (многолучевой, моноимпульсной и т. д.), работающей на различных частотах (совмещённой) и имеющей различные характеристики. Конструктивно-технологические преимуществаИмеется ряд конструктивно-технологических преимуществ по сравнению с другими классами антенн. Так например, улучшение массогабаритных характеристик бортовой аппаратуры происходит за счёт использования печатных антенных решёток. Снижение стоимости больших радиоастрономических телескопов достигается благодаря применению зеркальных антенных решёток. КлассификацияКлассификация антенных решёток; а) линейная; б) дуговая; в) кольцевая; г) плоская; д) цилиндрическая; е) коническая; ж) сферическая; з) неэквидистантная Антенные решётки могут быть классифицированы по следующим основным признакам:
Обработка сигналаВ питающем антенную решётку тракте (фидере) возможна различная пространственно-временная обработка сигнала. Изменение фазового распределения в решётке с помощью системы фазовращателей в питающем тракте позволяет управлять максимумом диаграммы направленности. Такие решётки называют фазированными антенными решётками (ФАР). Если к каждому излучателю ФАР, или к группе подключается усилитель мощности, генератор, или преобразователь частоты, то такие решётки называются активными фазированными антенными решётками (АФАР). Адаптивные АРПриёмные антенные решётки с саморегулируемым амплитудно-фазовым распределением в зависимости от помеховой обстановки называют адаптивными. Приёмные антенные решётки с обработкой сигнала методами когерентной оптики называются радиооптическими. Приёмные антенные решётки, в которых обработка ведётся цифровыми процессорами, называются цифровыми антенными решётками. Совмещённые антенные решёткиСовмещённые антенные решётки имеют в своём раскрыве два, или более типа излучателей, каждый из которых работает в своём частотном диапазоне. Многолучевые антенные решёткиСм. также статью: Многолучевая антенна Антеные решётки, формирующие с одного излучающего раскрыва несколько независимых (ортогональных) лучей и имеющие соответствующее число входов, называются многолучевыми. По виду амплитудного распределенияВ зависимости от соотношения амплитуд токов возбуждения различают решётки с:
амплитудным распределением. Если фазы токов излучателей изменяются вдоль линии их размещения по линейному закону, то такие решётки называют решётками с линейным фазовым распределением. Частным случаем таких решёток являются синфазные решётки, у которых фазы тока всех элементов одинаковы. Методы расчёта характеристик антенных решётокПри рассмотрении общих методов расчёта характеристик АР рассматривают обычно систему полуволновых вибраторов. В строгой электродинамической постановке задача об излучении системы тонких полуволновых вибраторов аналогична задаче об излучении одиночного вибратора. Различие стостоит в замене одного вибратора системой вибраторов, каждый из которых возбуждается своим сторонним источником. Поступая так при строгом решении задачи излучения симметричного вибратора, можно установить связи между сторонними источниками и параметрами антенной решётки. Токи в излучателях антенной решётки могут быть найдены из совместного решения системы интегральных уравнений. Такое решение оказывается на порядок сложнее, чем для одиночного излучателя, и весьма затрудняет выявление основных закономерностей антенной решётки. С этой целью в теории антенн используют приближенные методы, в которых общую задачу расчёта антенной решётки условно разделяют на две задачи: Внутренняя задачаРешение внутренней задачи состоит в определении амплитудно-фазового распределения в антенной решётке при заданных сторонних источниках, что необходимо для возбуждения (питания) АР. Внешняя задачаРешение внешней задачи состоит в нахождении характеристик направленности антенны при известном амплитудо-фазовом распределении токов (полей) по элементам АР. Это распределение считается известным из решения внутренней задачи и достигнуто соответствующим подбором сторонних источников возбуждения. Решение внешней задачи можно провести в общем виде для различных антенных решёток и затем установить характеристики направленности. Следует заметить, что методы решения внутренней задачи оказываются различными для разных типов излучателей АР. Поле излучения антенной решётки представляет собой результат интерференции полей отдельных излучателей. Поэтому надо найти отдельно поле от каждого излучателя в данной точке пространства, а затем сумму полей всех излучателей при учёте амплитудных и фазовых соотношений, а также поляризации полей. Расчёт ДН антенных решётокРасчёт ДН таких систем целесообразно проводить следующим образом 1. Определить амплитудную и фазовую диаграммы излучения отдельных элементов, составляющих антенную решётку. 2. Найти фазовый центр каждого излучателя и заменить излучатели точечными излучателями, расположив их в фазовых центрах реальных излучателей антенной решётки. Каждому точечному излучателю приписать равномерную фазовую и амплитудную диаграммы направленности реального излучателя. Тогда точечный излучатель по внешнему действию будет полностью эквивалентен реальному излучателю. 3. Вычислить амплитуды и фазы полей, создаваемые эквивалентными точечными излучателями в произвольной точке пространства (каждым в отдельности). При этом надо рассматривать поле на большом расстоянии от точки наблюдения до всех излучателей. Расчёт фаз следует вести с учётом разницы в расстоянии до каждого излучателя. При определении разницы в расстояниях в целях упрощения необходимо считать направления на точку наблюдения параллельными для всех излучателей. При вычислении фаз надо определять фазы по отношению к фазе поля какого-либо одного излучателя, принимаемого за начальную. 4. Определить амплитуду и фазу поля всей антенны путём суммирования полей всех составляющих её излучателей, учитывая амплитудные и фазовые соотношения, а также поляризацию полей. Излучение линейной синфазной антенныПри расчёте поля излучения синфазной антенны с равномерным амплитудным распределением приходится иметь дело со сложением некоторого числа одинаково поляризованных гармонических колебаний с равными амплитудам и фазами, отличающимися друг от друга на одинаковый угол. Сумма таких колебаний определяется как сумма (ряд таких колебаний) членов геометрической прогрессии или геометрическим путём. Пусть имеется: Векторная диаграмма суммирования полей Представим каждое слагаемое вектором, имеющим модуль, равный амплитуде поля излучения, и расположенным соответственно фазе колебания . При суммировании векторов образуется правильный многоугольник. Опишем вокруг него окружность радиуса с центром в точке О. Тогда . А так как угол aod = N, из треугольника . Таким образом, амплитуда результирующего колебания: Фаза результирующего колебания по отношению к фазе начального колебания определяется величиной угла dab и равна . Сумма всех колебаний: (1)где — разность фаз между соседними колебаниями. Фаза результирующего колебания опережает фазу исходного на угол Линейные антенные решётки а)решётка вертикальных вибраторов;б) решётка горизонтальных вибраторов; в) к расчёту ДН линейных АР Получили распространение антенные решетки, составленные из вертикальных или горизонтальных полуволновых вибраторов. Такие антенны состоят из питаемых синфазно полуволновых вибраторов, одинаково ориентированных и расположенных на одинаковом расстоянии d друг от друга. Направление расположения образует прямую линию. Для расчёта диаграмм направленности заменим каждый вибратор эквивалентным точечным излучателем, расположив его в фазовом центре, то есть в середине вибратора. Тогда независимо от того, горизонтальные или вертикальные вибраторы в решетке, схема примет вид, показанный на рисунке справа. Поле такой антенны — результат интерференции полей вибраторов. Будем считать, что все излучатели в решетке имеют одинаковые ДН. Так как вибраторы параллельны, то поля одинаково поляризованы, а следовательно, можно пользоваться полученной выше формулой для суммарного поля. Рассматривая поле далеко от антенны[1], можно считать, что r1r2r3…rn. Пусть мгновенное значение тока в пучности каждого вибратора описывается уравнением i = Jsin(t). Тогда суммарное поле в точке наблюдения от всей антенны будет: Сумарное поле антенны, (2)где — диаграмма направленности эквивалентного излучателя в решетке, которую примем в рамках приближенной теории, одинаковой для всех излучателей; A — постоянный (амплитудный) множитель, не зависящий от углов ,; rn — расстояние от n-го излучателя до точки наблюдения. Примем фазу поля от наиболее удаленного излучателя (в рассматриваемом случае 1-го) за начальную. Тогда для определения фазы поля n-го излучателя необходимо предварительно выразить расстояние от этого излучателя до точки наблюдения через расстояние r1. Из рисунка видно, что: ;
Источник: Русская Википедия, 2010 | ||||||
Вы можете разместить ссылку на этот материал у себя на сайте, блоге или форуме
Похожие статьи Проектирование фазированных антенных решётокПроектирование фазированных антенных решёток Содержание 1 Введение в теорию 2 Методы расчёта характеристик антенных решёток 2.1 Внутренняя задача 2.2 Внешняя задача 2.3 Расчёт ДН антенных решёток 3 Излучение линейной синфазной антенны 3.1 Суммарное поле антенны 3.2 Амплитудная диаграмма направленности 3.3 Фазовая диаграмма направленности 3.4 Фазовый центр антенны 3.5 Боковые лепестки ДН 3.6 Главный лепесток ДН антенны 3.6.1 Ширина главного лепестка ДН 3.7 КНД решётки 4 Излучение плоской и пространственной синфазных решёток 4.1 Выбор шага размещения Проектирование фазированных антенных решёток Проектирование фазированных антенных решёток Содержание 1 Введение в теорию 2 Методы расчёта характеристик антенных решёток 2.1 Внутренняя задача 2.2 Внешняя задача 2.3 Расчёт ДН антенных решёток 3 Излучение линейной синфазной антенны 3.1 Суммарное поле антенны 3.2 Амплитудная диаграмма направленности 3.3 Фазовая диаграмма направленности 3.4 Фазовый центр антенны 3.5 Боковые лепестки ДН 3.6 Главный лепесток ДН антенны 3.6.1 Ширина главного лепестка ДН 3.7 КНД решётки 4 Излучение плоской и пространственной синфазных решёток 4.1 Выбор шага размещения Проектирование фазированных антенных решёток Проектирование фазированных антенных решёток Содержание 1 Введение в теорию 2 Методы расчёта характеристик антенных решёток 2.1 Внутренняя задача 2.2 Внешняя задача 2.3 Расчёт ДН антенных решёток 3 Излучение линейной синфазной антенны 3.1 Суммарное поле антенны 3.2 Амплитудная диаграмма направленности 3.3 Фазовая диаграмма направленности 3.4 Фазовый центр антенны 3.5 Боковые лепестки ДН 3.6 Главный лепесток ДН антенны 3.6.1 Ширина главного лепестка ДН 3.7 КНД решётки 4 Излучение плоской и пространственной синфазных решёток 4.1 Выбор шага размещения Проектирование фазированных антенных решёток Проектирование фазированных антенных решёток Содержание 1 Введение в теорию 2 Методы расчёта характеристик антенных решёток 2.1 Внутренняя задача 2.2 Внешняя задача 2.3 Расчёт ДН антенных решёток 3 Излучение линейной синфазной антенны 3.1 Суммарное поле антенны 3.2 Амплитудная диаграмма направленности 3.3 Фазовая диаграмма направленности 3.4 Фазовый центр антенны 3.5 Боковые лепестки ДН 3.6 Главный лепесток ДН антенны 3.6.1 Ширина главного лепестка ДН 3.7 КНД решётки 4 Излучение плоской и пространственной синфазных решёток 4.1 Выбор шага размещения Проектирование фазированных антенных решёток Проектирование фазированных антенных решёток Содержание 1 Введение в теорию 2 Методы расчёта характеристик антенных решёток 2.1 Внутренняя задача 2.2 Внешняя задача 2.3 Расчёт ДН антенных решёток 3 Излучение линейной синфазной антенны 3.1 Суммарное поле антенны 3.2 Амплитудная диаграмма направленности 3.3 Фазовая диаграмма направленности 3.4 Фазовый центр антенны 3.5 Боковые лепестки ДН 3.6 Главный лепесток ДН антенны 3.6.1 Ширина главного лепестка ДН 3.7 КНД решётки 4 Излучение плоской и пространственной синфазных решёток 4.1 Выбор шага размещения Искать все статьи, похожие на текущую (Теория фазированных антенных решёток) |
| Универсальная энциклопедия 2012 Карта сайта Страница создана за 0.113316 сек. Всего документов включено в базу знаний: 5150576 |