1 Structura matricei fazate.
Formele, dimensiunile și desenele modelelor FAR moderne sunt foarte diverse; diversitatea acestora este determinată atât de tipul radiatoarelor utilizate, cât și de natura locației lor.
În funcție de forma dorită a modelului de radiație și a sectorului spațial necesar pentru scanare, FAR utilizează un aranjament reciproc diferit al elementelor:
- de-a lungul liniei (drept sau arc);
- pe suprafață (de exemplu, plat # 150; în așa numita matrice plană; cilindric; sferice) sau într-un volum dat (reele volumetrice).
Uneori, forma suprafeței radiative a unei matrice fazate # 150; Deschiderea este determinată de configurația obiectului pe care este instalată matricea fazată. PHA cu o formă de dezvăluire, asemănătoare cu forma unui obiect, sunt uneori numite conformale. Matrice multiple pe scară largă; în ele fasciculul poate scana din direcția normalului spre deschidere spre direcția de-a lungul deschiderii. Coeficientul de directivitate al unei tablouri plane fazate scade atunci când fasciculul deviază de la normal la deschidere. Pentru a oferi unghi larg de scanare în unghiuri spațiale mari # 150; până la 4 (s), fără o reducere semnificativă a efectului de direcționare, este utilizată o rețea fazată cu o deschidere nonplanară (de exemplu, sferică) sau un sistem de rețele plane planificate orientate în direcții diferite. Scanarea în aceste sisteme se efectuează prin excitarea unor radiatoare orientate în mod corespunzător și a fazelor acestora.
Prin natura distribuției radiatoarelor în deschidere, se disting matrice echidistante și non-echidistante în fază. În FAS echidistant, distanțele dintre elementele învecinate sunt aceleași în timpul deschiderii. În radiatoarele pliabile, cu etaj fiziologic, sunt amplasate cel mai adesea la nodurile unei rețele rectangulare (aranjament dreptunghiular) sau în noduri ale unei rețele triunghiulare (aranjament hexagonal). Distanțele dintre radiatoarele în mese echidistante în fază sunt de obicei alese suficient de mici (adesea mai mici decât lungimea de undă de lucru), ceea ce face posibilă generarea în sectorul scanării a unui model de direcție cu un singur lob principal, fără maxime de difracție accidentale # 150; așa-numitele raze parazitare și nivelul scăzut al lobilor laterali. Cu toate acestea, pentru a forma un fascicul îngust (adică într-un AFD cu deschidere mare), este necesar să se utilizeze un număr mare de elemente. Elemente FAS nonequidistant poziționate la distanțe inegale unul față de altul (distanța poate fi de exemplu o valoare aleatoare). Într-o astfel de matrice pe etape, chiar și cu distanțe mari între transmițătoare învecinate se pot evita raze parazite și pentru a primi fascicul de model cu un lob principal. Acest lucru face posibilă, în cazul deschiderilor mari, formarea unui fascicul foarte îngust, cu un număr relativ mic de elemente. Cu toate acestea, astfel de deschidere mare non-echidistantă etape matrice cu un număr mic de emițătoare au un nivel mai ridicat de lobilor laterali și, în consecință, un coeficient mai mic de directivitate decât fazată cu un număr mare de elemente. In fazate nonequidistant cu distanțe scurte între transmițătorii la puteri valuri egale emise de elemente separate, pot fi obținute ca rezultat al distribuției inegale a densității de radiație în deschiderea modelului antenei directivitate cu lobi laterali mai mici decât matrice echidistante pe etape, cu aceeași deschidere și același număr de elemente .
2 Controlul schimbărilor de fază.
Prin metoda schimbării schimbărilor de fază se disting următoarele FAS:
- cu scanare electromecanică, efectuată, de exemplu, prin schimbarea formei geometrice a ghidului de undă radio excitant;
- cu scanare de frecvență, bazată pe utilizarea dependenței de deplasări de fază pe frecvență, de exemplu datorită lungimii alimentatorului între radiatoarele vecine sau dispersiei de unde în ghidul de undă radio;
- cu scanare electrică, realizată cu ajutorul circuitelor de schimbare a fazei sau a schimbătorilor de fază. controlată de semnale electrice cu o schimbare continuă sau discretă a schimbărilor de fază.
Cele mai mari posibilități sunt cele cu scanare electrică. Acestea asigură crearea unei varietăți de schimbări de fază de-a lungul deschiderii și o rată semnificativă de schimbare a acestor schimbări cu pierderi de putere relativ mici. La frecvențele cu microunde în rețelele moderne în fază, schimbătorii de fază cu ferită și cu semiconductori sunt utilizați pe scară largă cu o viteză de ordinul μs și pierderile de putere
20%. Controlul schimbătorului de faze este controlat de un sistem electronic de mare viteză care, în cele mai simple cazuri, controlează grupuri de elemente (de exemplu, rânduri și coloane în mese plane cu o configurație rectangulară de radiatoare) și în cele mai complexe # 150; fiecare schimbător de faze separat. Lovitura unei raze în spațiu poate fi făcută atât în conformitate cu o lege predeterminată, cât și în conformitate cu un program dezvoltat în timpul funcționării întregului dispozitiv radio în care intră FAR.
3 Caracteristicile construirii unei matrice fazate.
emițători Excitația PAR produse fie utilizând legăturile feeder sau prin valuri liber de înmulțire (așa-numitele cvasi-PAR). Feedlines excitație împreună cu defazoare uneori conțin dispozitive electrice complexe (așa numita grindă-circuit) care asigură agitarea emitatori de la mai multe intrări, care le permite să creeze în spațiul corespunzător acestor intrări de scanare simultană grinzi (în PAR multibeam). Quasioptical PAR principal, sunt de două tipuri: comunicarea (obiectiv) în care defazoare și principalele radiatoare sunt excitate de emițători valuri auxiliare de înmulțire pe hrana totală și reflectorul # 150; Radiatoarele principale și auxiliare sunt combinate, iar reflectorii sunt instalați la ieșirea schimbătorilor de faze. Multiplele matrice cvasioptice cu etape multiple conțin mai multe iradiatoare, fiecare având propriul fascicul în spațiu. Uneori dispozitivele de focalizare (oglinzi, lentile) sunt utilizate în PAF pentru a forma un model de radiații. FAS-urile menționate mai sus sunt uneori numite pasive.
Cele mai puternice caracteristici sunt PA-urile active, în care fiecare transmițător sau modul este conectat la un transmițător sau receptor care este controlat de fază (uneori de amplitudine). Controlul de fază în PAA active poate fi efectuat în căi de frecvență intermediare sau în circuite de excitație ale emițătoarelor coerente, heterodyne de receptor și așa mai departe. Astfel, în traductoarele de fază activă, schimbătorii de faze pot funcționa în benzi de undă diferite de domeniul de frecvență al antenei; pierderile în schimbatorul de faze în unele cazuri nu afectează în mod direct nivelul semnalului principal. Transmiterea matricelor active în fază permite adăugarea în spațiu a puterilor de undă electromagnetică coerentă generată de transmițătoare individuale. În primirea FAS activă, prelucrarea în comun a semnalelor primite de către elementele individuale permite obținerea unor informații complete despre sursele de radiație.
Ca urmare a interacțiunii directe a emițătorilor, caracteristicile matricei fazate (coordonarea emițătorilor cu alimentatoarele captivante, CPR, etc.) variază în funcție de oscilația fasciculului. Pentru a combate efectele nocive ale influenței reciproce a radiatoarelor în PHA, uneori se folosesc metode speciale pentru a compensa legătura reciprocă dintre elemente.
4 Perspective de dezvoltare a matricelor pe etape.
Cele mai importante domenii pentru dezvoltarea ulterioară a teoriei și tehnologiei FAR sunt:
1) introducerea pe scară largă în dispozitivele de radiocomunicație a unei matrice pe etape cu un număr mare de elemente, dezvoltarea elementelor de noi tipuri, în special pentru matricea activă pe etape;
2) dezvoltarea de metode de construire a FAS cu dimensiuni mari de deschideri, incluzând matrice nefiind echidistante, cu antene foarte direcționale, amplasate în întreaga emisferă a Pământului (telescop radio global);
3) dezvoltarea în continuare a metodelor și a mijloacelor tehnice de atenuare a efectelor dăunătoare ale interconexiunii dintre elementele PHA;
4) dezvoltarea teoriei sintezei și a metodelor de proiectare a mașinilor în FAR;
5) dezvoltarea teoriei și punerea în aplicare a unor noi metode de prelucrare a informațiilor primite de elementele de matrice pe etape, și de a folosi aceste informații pentru a controla PAR, în special pentru elementele automate pe faze (samofaziruyuschiesya PAR) și schimbarea formei modelului radiație, nivelul de exemplu lobilor laterali de coborâre în direcția sursei interferență (matrice adaptivă în fază);
6) dezvoltarea metodelor de control al mișcării independente a grinzilor individuale în FAR-urile multipate.
5 Aplicarea reelelor fazate.
Antena cu matrice în fază este utilizată în sistemele de orientare, deoarece acesta poate urmări mai multe ținte în același timp.
Matricea fazică constă dintr-o multitudine de radiatoare (antene) cu parametri identici, fiecare dintre ele fiind alimentată prin propriul schimbător de faze. Datorită acestui fapt, expunând fiecărui radiator propriile schimbări de fază, este posibilă modificarea modelului direcțional al întregului sistem aproape instantaneu. Acest lucru se explică prin faptul că nu este nevoie să rotiți antena pentru a viza ținta. Ea însăși, rămânând nemișcată, va găsi un gol și o va însoți. pentru că modelul de directivitate al matricei faze se schimbă aproape instantaneu, devine posibil să însoțească simultan mai multe ținte.
Primele antene cu array fazate au fost folosite la luptătorii MiG-16. Datorită acestui fapt, aeronava ar putea conduce simultan până la 16 ținte, datorită cărora a devenit cel mai bun luptător din timpul său.
Antenele de tip fazat sunt extrem de dificil de fabricat. Calitatea sistemului depinde de calitatea radiatoarelor. Este necesar să se obțină parametrii cei mai identici pentru toate radiatoarele, iar acest lucru este foarte dificil din punct de vedere tehnologic. Ca urmare, FAR-urile sunt încă cele mai scumpe, dar cele mai eficiente în sistemele de ghidare, antenele. În viitor, cu o producție mai ieftină de arhitecturi pe etape, acestea vor găsi aplicații în domenii non-militare ale activității umane. De exemplu, în casele noastre. PHAR - acesta este următorul pas în dezvoltarea antenelor receptoare de televiziune prin satelit. O astfel de antenă nu ar trebui direcționată către un satelit, ci poate fi plasată într-un unghi semnificativ față de sursa de semnal. Antena va detecta independent toți sateliții de interes, își va aminti direcțiile către ele și va comuta între ele. Utilizatorul nu va observa chiar momentul comutării între sateliți. Problema vibrației antenei de recepție va fi, de asemenea, eliminată. În prezent, un vânt puternic poate deflecta antena parabolică în lateral. Din acest motiv, va exista o deteriorare a calității imaginii televizorului sau o pierdere completă a semnalului. Matricea fazică va detecta automat decalajul semnalului sursă și va corecta modelul de direcție. Ca urmare, nu va exista o deteriorare a calității semnalului recepționat.
Nava proiectului 11356 "Talvar".
Radar multifuncțional "Don-2N" # 150; monopulse cu radar multifuncțional de câțiva centimetri, cu antene cu array fazate cu modulare grosieră.
EPOFET poate fi folosit pentru diverse aplicații, cum ar fi un sistem de antenă miniatural cu control al fasciculului cu electroni (parametrii de bază: zona de scanare # 150; ± 45 °. greutate # 150; 5 kg, consum de energie # 150; 15 W, timpul de reglare a fasciculului # 150; 2 μs).
6 Calcularea caracteristicilor unei rețele triunghiulare rectangulare cu o rețea dreptunghiulară de ghiduri de undă dreptunghiulare, a cărei excitație este uniformă în fază.
Să presupunem că există m = 12 rânduri de ghiduri de undă simetrice. Fiecare serie cuprinde n = 36 ghiduri de undă simetrice. Distanța dintre centrele de ghiduri de undă învecinate este: distanța dintre rândurile adiacente de ghiduri de undă este. lungime de undă
Modelul directivității fiecărui ghid de undă este determinat de formula:
Modelul direcțional al întregului sistem este determinat în următoarea formă:
Modelul de radiații normalizat are forma:
Luați în considerare secțiunea transversală a modelului de radiație în plan. atunci
La o scară logaritmică, acest model de radiație are forma:
Luați în considerare secțiunea transversală a modelului de radiație în plan. atunci
La o scară logaritmică, acest model de radiație are forma:
Luați în considerare secțiunea transversală a modelului de radiație în plan. atunci
La o scară logaritmică, acest model de radiație are forma:
Luați în considerare secțiunea transversală a modelului de radiație în plan. atunci
La o scară logaritmică, acest model de radiație are forma:
Calculam lățimea fasciculului modelului fasciculului pentru
Calculam lățimea fasciculului modelului fasciculului pentru
Să calculăm numărul lobilor laterali la
Să calculăm numărul lobilor laterali la
Luați în considerare o matrice de scanare fază în plan.
Concluzia.
În această lucrare am calculat caracteristicile unui FAS dreptunghiular cu o rețea rectangulară de ghiduri de undă dreptunghiulare, a cărei excitație este în uniformă de fază și, de asemenea, sunt construite diagramele de directivitate ale acestei matrice fazate.