Антенные решетки (стр. 2 из 4)
sitednl.narod.ru/1.zip - база сотовых по Петербургу
Программа для разрезания и сшивания файлов, шифрования, атакже удаления файлов с защитой от восстановления специальными утилитами.
acsoftware.narod.ru/download/demo/acdemo.zip
Если фазовые искажения становятся настолько велики, что фазапо раскрыву меняет знак, то ДН содержит более одного главного лепестка. Частотасканирования, при которой ДН распадается на несколько главных лепестков,называется критической.
Для того чтобы ДН не искажалась существенно, частотасканирования должна быть намного меньше критической. При этом отклонениефазового распределения от линейного будет меньше максимально допустимогозначения Dyмакс.
Допустимую частоту сканирования в секторе 2Jс, симметричном относительнонормали к антенне, можно определить по формуле
(20.7)где w— рабочая частота генератора; l —рабочая длина волны.
Антенные решетки с фазовымсканированием
Различают фазированные антенные решетки (ФАР) с фидерным питаниеми с пространственным (оптическим) питанием, а также с плавным изменением фазы ис дискретным (коммутационным) изменением фазы.
1. Фидерное питание может осуществляться по последовательной(рис. 20.2, а) или параллельной (ветвящейся) (рис. 20.2, б) схемам. Применяютсятакже смешанные схемы.
Наименьший сдвиг фазмежду токами в соседних излучателях соответствует главному лепестку нулевогопорядка и может быть определен по формуле (20.1), которую запишем в виде 
(20.8)Пусть сканирование происходит в пределах всей областидействительных углов -p/2 £Jгл£ p/2.Тогда Jс =±p/2,а условие единственности главного лепестка (20.2) примет вид d£l/2. Для обеспечения сканирования величина y должна изменяться в пределах -p£y£p.
При последовательной схеме питания нарастающее вдоль АР запаздывание фаз токов излучателей обеспечиваетсяблагодаря тому, что сигнал к каждому излучателю поступает после прохождениячерез все предыдущие фазовращетели. При этом фазовый сдвиг в каждомфазовращателе согласно (20.8) должен быть одинаковыми изменяться в пределах ±p, т е. интервал изменения фаз долженсоставлять 2p.
При параллельной схеме питания нарастающее вдоль антеннойрешетки запаздывание фаз токов излучателей обеспечивается благодаря тому, что вкаждом последующем (считая от середины) фазовращателе фазовый сдвиг изменяетсяв больших (на ±p) пределах, чем впредыдущем фазовращателе. Следовательно, в крайних фазовращателях фаза должнаизменяться в пределах ±0,5(N-1) p, т. е. в 0.5(N-1) раз больше, чем при последовательной схеме.
ДН антенны не изменится, если в любом излучателе фазу токаизменить на целое число раз по 2p.Поэтому и при параллельной схеме питания пределы изменения фаз в каждомфазовращателе могут составлять ±p, если применить фазовращатели со сбросомфазы на целое число раз по 2л.
Недостаток параллельной схемы - неидентичностьфазовращателей и вытекающая из нее сложность системы управления. Недостаткипоследовательной схемы - пониженная электрическая прочность, так как всямощность должна проходить через первый фазовращатель, и малая надежность, таккак выход из строя одного фазовращателя может нарушить работу всей антенны.
При большом числе излучателей фидерные схемы питанияотличаются сложностью и громоздкостью и в основном находят применение надециметровых и более длинных волнах. В сантиметровом диапазоне волн отдаютпредпочтение пространственной схеме питания.
2. Пространственное питание состоит в том, что энергия АРпоступает от облучателя, например рупора. Различают ФАР проходного (линзового)и отражательного (рефлекторного) типа. В первом случае (рис. 20 3, а)применяются две АР: собирающая и излучающая (рассматривается режим передачи).Излучатели обеих решеток попарно соединены линиями передачи через проходнойфазовращатель. Две решетки и фазовращатель образуют аналог линзы спринудительным ходом лучей. Наклонный луч от облучателя до линзы проходитбольший путь, чем центральный луч, и потому отстает по фазе на величину
(20.9) 
где x и y -прямоугольные координаты излучателя (начало координат О - в середине линзы; осьОу направлена на читателя); f - фокусное расстояниелинзы (от облучателя до точки О); k=2p/l. Для компенсации этой несинфазности, т. е.для формирования плоского фронта волны, нужно предусмотреть соответствующиезапаздывания по фазе в фазовращателях либо применить специальные линиизадержки. Кроме того, для сканирования луча фазовращатели должны обеспечитьсдвиг фаз между соседними элементами излучающей АР в соответствии с формулой(20.8).
В линзе отражательного типа (рис. 20.3, б) сигнал черезфазовращатели проходит дважды благодаря отражению от короткозамкнутых концов, афункции приема и излучения волн выполняются одной и той же решеткой.
3. Плавное изменение сдвига фаз между соседними излучателямиможно осуществить с помощью плавных (аналоговых) механических или электрическихфазовращателей. Первые обеспечивают высокую точность установки фазы, но могутприменяться лишь при сравнительно небольшой скорости сканирования. При большойскорости сканирования применяют плавные электрические фазовращатели, например,ферритовые. Недостатками ФАР с плавным электрическим изменением фазы являютсябольшие потери в ферритовых фазовращателях, сложность управляющих схем,трудность обеспечения высокой идентичности и стабильности работы ферритовыхфазовращателей, особенно при изменении температуры.
4. Дискретное изменениесдвига фаз между соседними излучателями можно осуществить с помощью коммутационныхфазовращателей. Простейший коммутационный фазовращатель на М позиций состоит изМ постоянных фазовращателей и M коммутаторов, припоочередном включении которых фаза напряжения на выходе фазовращателяизменяется скачками через дискреты, равные Dyи=2p/M. Например, при М=4 фаза может приниматьзначения 0, p/2, p, Зp/2.Предложен ряд вариантов коммутационных антенн [38, 39]. Дляпояснения принципа коммутационного сканирования обратимся к рис. 20.4, накотором изображена схема одного варианта коммутационной антенны с фидернымпитанием.
По линии питания (волноводу) распространяется бегущая волнас замедлением x=l/L, где L - длина волны в волноводе. На каждыйизлучатель прямолинейной решетки сигнал поступает через одну из четырех ветвейкоммутационного фазовращателя. Распределение фаз по антенне зависит от того,какие из коммутаторов находятся во включенном состоянии.
На рис. 20.5, а на оси абсцисс изображена решетка из Nизлучателей, а на оси ординат фазовое распределение. Линейный набег фазыпитания равен yл(х)=xkx, а возможные значения фаз излучателейрасполагаются на прямых, параллельных yл(х)и образующих сетку допустимых фазовых уровней (Dyи, 2Dyи, 3Dyи…). Расстояние между соседними уровнями равно дискрету фазы Dyи.
Согласно формуле (20.8)прямая y0(x)=kx sinJгл соответствуеттребуемому фазовому распределению, обеспечивающему отклонение лепестка отнормали на угол Jгл.Для наилучшего приближения к требуемому распределению фаз каждый фазовращательдолжен быть включен так, чтобы фазовая ошибка Dy не превышала 0,5Dyи.Распределение фаз по антенне при идеализированном (с ошибкой 0,5Dyи)непрерывном расположении излучателей описывается при этом ступенчатой кривой(рис. 20.5, а), а распределение фазовых ошибок представляет собой пилообразнуюфункцию (рис. 20.5, б).Наличие фазовых ошибок приводит к искажению ДН антенны,уменьшению ее КНД и росту уровня боковых лепестков. Следует отметить, что прикоммутационном сканировании главный лепесток перемещается скачками. Величинаскачка и фазовые ошибки тем меньше, чем меньше дискрет фазы Dyи.Однако, уменьшение дискрета фазы ведет к росту числа фазовращателей и усложняетантенну.
В варианте антенны,изображенной на рис. 20.4, число фазовращателей в цепи одного излучателя равночислу фазовых состояний этого излучателя, в данном случае четырем. Общее числофазовращателей в N раз больше. Его можно значительно уменьшить, применяякаскадное включение фазовращателей.Двухразрядный каскадный фазовращатель схематически изображенна рис. 20.6. Каждый каскад может находиться в двух состояниях, при этом одинкаскад может обеспечивать сдвиги фаз 0 и p/2,а другой — 0 и p. Нетрудно видеть, что,управляя каскадами с помощью двоичного кода, можно получить фазовые сдвиги 0, p/2, p,Зp/2. При трех каскадах дискрет фазыравен p/4, а число фазовых сдвигов 8 ит. д.
Двоичное управление осуществляют с помощью коммутаторов на pin-диодах или ферритовых коммутаторов с внутренней магнитнойпамятью.