PAR struktur. Formene, størrelsene og designene til moderne HODLYS er svært forskjellige; deres mangfold bestemmes både av typen emittere som brukes og av arten av deres plassering ( ris. 1 ). PAR-skanningssektoren bestemmes av antennemønsteret til dens sendere. I et faset array med en rask vidvinkelstrålesving, brukes vanligvis svakt retningsbestemte emittere: symmetriske og asymmetriske vibratorer, ofte med en eller flere reflektorer (for eksempel i form av et speil som er felles for hele PAR); åpne ender radiobølgeledere, slisset, horn, spiral, dielektrisk stang, log-periodisk, etc. antenner. Noen ganger består HODLYS i store størrelser av separate små HEDLYS (moduler); DN til sistnevnte er orientert i retning av hovedstrålen til hele PAR. I en rekke tilfeller, for eksempel når en langsom avbøyning av strålen er tillatt, brukes sterkt retningsbestemte antenner med mekanisk rotasjon (for eksempel de såkalte full-sving reflekterende antenner) som emittere; i slike HOVEDLYS utføres avbøyningen av strålen i en stor vinkel ved å rotere alle antenner og fase bølgene som sendes ut av dem; fasingen av disse antennene gjør det også mulig å raskt sveipe PAA-strålen innenfor deres BP.
Avhengig av den nødvendige formen til mønsteret og den nødvendige romlige skanningssektoren i den fasede arrayen, brukes forskjellige relative posisjoner av elementene: langs en linje (rett eller bue); på en overflate (for eksempel flat - i de såkalte flate HEDLYS; sylindriske; sfæriske) eller i et gitt volum (volumetriske HEDLYS). Noen ganger er formen på den utstrålende overflaten til HODELYSATEN blenderåpning (se. Stråling og mottak av radiobølger ), bestemmes av konfigurasjonen av objektet som HODELYSATEN er installert på (for eksempel formen på satellitten). PAR-er med en form som ligner på formen til objektet kalles noen ganger konforme. Flate HODLYS er utbredt; i dem kan strålen skanne fra retningen til normalen til blenderåpningen (som i vanlig modus antenne ) til retningen langs blenderåpningen (som i reisebølgeantenne ). Retningsvirkningskoeffisient (direktivitet) til et flatt HODELYKT når strålen avviker fra normalen til blenderåpningen minker. For å gi vidvinkelskanning (i store romvinkler - opptil 4 ( slettet) uten merkbar reduksjon i retningsbestemmelsen, bruk en faset array med en ikke-plan (for eksempel sfærisk) blenderåpning eller et system med flat phased array, orientert i forskjellige retninger. Skanning i disse systemene utføres av spennende hensiktsmessig orienterte emittere og fase dem.
Faseskiftkontroll. I henhold til metoden for å endre faseforskyvningene, skilles en faset matrise ut med elektromekanisk skanning, utført for eksempel ved å endre den geometriske formen til den spennende radiobølgelederen ( ris. 2 , a); frekvensskanning, basert på bruk av faseskiftes avhengighet av frekvens, for eksempel på grunn av lengden mater mellom tilstøtende sendere ( ris. 2, b) eller forskjell bølger i radiobølgelederen; med elektrisk skanning, implementert vha faseskiftende kretser eller faseskiftere, styrt av elektriske signaler ( ris. 2 , c) med en jevn (kontinuerlig) eller trinnvis (diskret) endring i faseskift.
En faset array med elektrisk skanning har de største egenskapene. De gir etableringen av en rekke faseskift gjennom blenderåpningen og en betydelig endringshastighet for disse skiftene med relativt små effekttap. Ved mikrobølgefrekvenser i moderne HEDLYS er ferritt- og halvlederfaseskiftere mye brukt (med en hastighet i størrelsesorden ca. mikrosekunder og effekttap ~ 20 %). Faseskifterne styres av et høyhastighets elektronisk system, som i de enkleste tilfellene styrer grupper av elementer (for eksempel rader og kolonner i flate HOVEDLYS med et rektangulært arrangement av emittere), og i de mest komplekse tilfellene, hver faseskifter hver for seg. Svingningen av strålen i rommet kan utføres både i henhold til en forhåndsbestemt lov, og i henhold til programmet utviklet under driften av hele radioenheten, som inkluderer HEDLYS.
Funksjoner ved konstruksjonen av HODLYS. Eksitering av HEDLYS-emittere ( ris. 3 ) produseres enten ved hjelp av matelinjer, eller ved hjelp av fritt forplantende bølger (inkludert kvasi-optisk PAR), sammen med faseskiftere, inneholder mateeksitasjonsbaner noen ganger komplekse elektriske enheter (såkalte diagramdannende kretser) som gir eksitasjon av alle emittere fra flere innganger , noe som gjør det mulig å skape i rommet samtidig skannestråler tilsvarende disse inngangene (i multistråle PAR). Kvasi-optiske HOVEDLYS er hovedsakelig av to typer: transmisjon (linse), der faseskiftere og hovedemittere eksiteres (ved hjelp av hjelpesendere) av bølger som forplanter seg fra en felles strøm, og reflekterende - hoved- og hjelpesendere er kombinert, og reflektorer er installert ved utgangene til faseskifterne. Multi-stråle kvasi-optiske HODLYS inneholder flere feeds, som hver tilsvarer sin egen stråle i rommet. Noen ganger brukes fokuseringsenheter (speil, linser) i PAR for å danne et mønster. PAR-ene diskutert ovenfor kalles noen ganger passive.
De største mulighetene for å kontrollere egenskapene har aktiv PAA, der en sender eller mottaker ( ris. 4 ). Fasekontroll i aktiv faset array kan utføres i mellomfrekvensbanene eller i eksitasjonskretsene til koherente sendere, mottakers lokale oscillatorer, etc. Således kan faseskiftere i aktive fasede grupperinger operere i andre bølgeområder enn frekvensområdet til antennen; tap i faseskiftere påvirker i noen tilfeller ikke nivået på hovedsignalet direkte. Overføring av aktiv faset array tillater tillegg i rommet av kraftene til koherente elektromagnetiske bølger generert av individuelle sendere. Ved mottak av aktive fasede array-systemer gjør felles behandling av signaler mottatt av individuelle elementer det mulig å oppnå mer fullstendig informasjon om strålingskilder.
Som et resultat av den direkte interaksjonen mellom emitterne med hverandre, vil egenskapene til PAR ( forsoning emittere med spennende matere, LPC osv.) endres når strålen svinger. For å bekjempe de skadelige effektene av gjensidig påvirkning av emittere i en faset oppstilling, brukes noen ganger spesielle metoder for å kompensere for den gjensidige forbindelsen mellom elementene.
Utsikter for utvikling av PAR. De viktigste områdene for videreutvikling av teorien og teknologien for phased array er: 1) utbredt introduksjon av phased array-enheter med et stort antall elementer i radiotekniske enheter, utvikling av nye typer elementer, spesielt for aktive phased array; 2) utvikling av metoder for å konstruere HODLYS med store åpninger, inkludert ikke-ekvidistante HODLYS med sterkt retningsbestemte antenner plassert innenfor hele jordens halvkule (global radioteleskop ), 3) videreutvikling av metoder og tekniske midler for å svekke de skadelige effektene av den gjensidige forbindelsen mellom PAR-elementene; 4) utvikling av teorien om syntese og metoder for maskindesign av faset array; 5) utvikling av teori og implementering i praksis av nye metoder for informasjonsbehandling, tatt i bruk av elementene i den fasede matrisen, og bruken av denne informasjonen for kontroll
HODELYS, spesielt for automatisk fasing av elementer (selvfasende HODELYS) og endring av formen på mønsteret, for eksempel senking av nivået på sidelobene i retning av interferenskilder (adaptive HODELYS); 6) utvikling av metoder for å kontrollere den uavhengige bevegelsen av individuelle stråler i multi-beam phased array.
Litt.: Vendik OG, Antenner med ikke-mekanisk bevegelse av strålen, M., 1965; Skannemikrobølgeantennesystemer, pr. fra engelsk, v. 1–3, M., 1966–71.
Artikkel om ordet " Fasert antennegruppe"i Great Soviet Encyclopedia ble lest 6842 ganger
Dedikert til antenner. For å fortsette emnet, vil jeg fortelle HabraSociety om prinsippene for drift av phased array-antenner (PAR). PAR-er er mye brukt i radarsystemer, missilforsvar, romkommunikasjon; bruk i sivile objekter (kommersielle) er komplisert av kompleksiteten til produksjon og høye kostnader. Kanskje noen vil være interessert i temaet og komme opp med en effektiv bruk av PAR til kommersiell bruk.
Hva er det?
En PAR er en gruppe av emittere (faseskiftere, PV), der de relative fasene til signalene endres på en kompleks måte i henhold til en bestemt lov slik at den effektive behandlingen av PAR forsterkes i ønsket retning og undertrykkes i alle andre. PAR er en matrise, der elementet i matrisen er PV, men selvfølgelig kan PV i rommet ha andre konfigurasjoner. Figur 1 viser sektorradaren "Ginger", som er en del av S300V-luftvernmissilsystemet. Du kan se både PAR og det bestrålende hornet.
Bilde 1.
Hvordan fungerer innfasing?
Det er en enkel formel fra fysikkkurset: V = c / sqrt (mu * eps). I denne formelen er V fasehastigheten til en elektromagnetisk bølge, c c er lysets hastighet i vakuum, mu er den magnetiske permeabiliteten, eps er den dielektriske konstanten. Det kan sees fra denne formelen at fasehastigheten avhenger av mu og epsilon, og ved å endre disse verdiene kan vi introdusere forsinkelsen til EM-bølgen gjennom PV. Derfor er PV-er ferritt (vi kan endre deres magnetiske permeabilitet) og ferroelektriske (vi kan endre deres dielektriske konstant). Strøm til faseskifterne utføres gjennom luftbanen (som i fig. 1) eller ved hjelp av bølgeledere (for eksempel i små luftvernmissilsystemer, fig. 2).
Figur 2. SAM "Tor".
Det fasede array-diagrammet i fig. 4: antennen er en linje med radiatorer, en PV er koblet mellom strømdeleren og radiatorene. Ferrite PV er en sylindrisk analog ferritt som kontrollviklingene er viklet på. Endring av strømmen i kontrollviklingene (innstilt av PV-kontrollenheten) endrer den magnetiske permeabiliteten og følgelig fasehastigheten til EM-bølgen i PV. Ved å sekvensielt endre nivået på kontrollsignalet i viklingene, kan prosessen med bølgefrontdannelse representeres som vist i figur 3, 4 (endimensjonalt tilfelle). Vi kan tegne en analogi med småstein som vi konsekvent kaster i vannet. En annen analogi for arbeidet til en PAR kan være en linse. Figur 5 viser endringen i formen til bølgefronten ved bruk av en linse.
Figur 3. Dannelse av en bølgefront.
Figur 4. HOVEDLYSSKEMA.
Figur 5.
Figur 6. Typisk strålingsmønster.
Elektrisk skanning gir opprettelsen av en rekke faseforskyvninger gjennom blenderåpningen og en betydelig endringshastighet av disse skiftene med relativt små effekttap. Faseskifterne styres av et høyhastighets elektronisk system, som i de enkleste tilfellene styrer grupper av elementer (for eksempel rader og kolonner i flate HOVEDLYS med et rektangulært arrangement av emittere), og i de mest komplekse tilfellene, hver faseskifter hver for seg. Svingningen av strålen i rommet kan utføres både i henhold til en forhåndsbestemt lov, og i henhold til programmet utviklet under driften av hele radioenheten, som inkluderer HEDLYS.
Jeg skynder meg å fjerne enhver mulig skepsis til å avle "snør" om byrdene til innovatører i Russland. Det vil handle om fantastisk og avansert teknologi.
Svært følsomme antenner basert på en rekke kontrollerte passive scatterere
Denne teknologien kan brukes på ulike typer antenner over et veldig bredt frekvensområde fra hundrevis av megahertz til 10 GHz. Teknologien er helt ny og har ingen analoger.
Som du vet, har antenner med en faset antennegruppe (PAR) ennå ikke funnet bred anvendelse i trådløse kommunikasjonssystemer tilgjengelig på massemarkedet for telekommunikasjonsutstyr (i WiMax, LTE, 3G, WiFi, etc.). Det har vært isolerte forsøk på å lage slike kommersielle antennesystemer, men resultatene var ikke egnet for massebruk.
Og årsaken til dette er de betydelige kostnadene for slike enheter, assosiert med den høye prisen på mikrobølgeelementer (faseskiftere, bølgeledere, etc.), som de fleste moderne antennesystemer med kontrollerte strålingsmønstre er bygget på og, enda viktigere, programvare, som er en veldig ikke-triviell oppgave innenfor rammen av denne teknologien.
I mellomtiden vil bruken av slike antenner føre til et kvantesprang i mulighetene til trådløs kommunikasjon.
Ser jeg fremover vil jeg si at det allerede er en løsning, men om alt i orden.
Jeg vil gi de viktigste fordelene, en skjematisk beskrivelse av teknologien, alternativer for mulig anvendelse av teknologien, og jeg vil kort oppsummere.
Fordeler
Antenner laget ved hjelp av denne teknologien har følgende fordeler:
- Lave kostnader - opptil $ 500 for basestasjoner og opptil $ 100 for klientstasjoner;
- Automatisk dannelse av distribuerte trådløse nettverk med mange noder;
- Minimere påvirkningen fra kilder til interferens på kvaliteten på kommunikasjonen;
- Minimering av den negative innvirkningen på kommunikasjonskvaliteten til signalrefleksjoner fra omkringliggende objekter;
- Bestemmelse av retningen til en bevegelig signalkilde;
- Lavt energiforbruk;
- Høy hastighet på veksling av slutttilstander;
- Rask kommunikasjonsgrensesnitt med en dataenhet;
- Høy nøyaktighet av utgangssignalet (spenning);
- Mulighet for omkonfigurering.
Beskrivelse av teknologi
Våre antenner kan lages i to versjoner: med sektorskanning og med sirkulær skanning.
Sirkulære skanningsantenner.
Konseptuelle diagram av en svært følsom 2,4 GHz-antenne med høy forsterkning og sektorskanningsevne:
Antennen består av et speil (a), dannet av en tredimensjonal rekke kontrollerte diffusorer, og et transceiverelement (mating) (b).
Bruken av elektriske vibratorer belastet i sentrum av en kapasitiv impedans, hvis verdi kan endres, antas som kontrollerte spredere. Variasjon av lastimpedansen lar deg justere fasen til bølgen spredt av vibratoren. Samtidig med dette endres også amplituden til det spredte feltet. Den foreslåtte utformingen (der sprederene er plassert i rommet, ikke på et plan) lar deg vilkårlig endre den relative posisjonen til sprederne, noe som utvider mulighetene for å optimalisere strukturen for å oppnå visse egenskaper.
Driftsprinsipp:
Driftsprinsippet for produktet er som følger - for effektiv mottak av stråling bør verdiene til belastningene til sprederne velges på en slik måte at fasene til bølgene generert av sprederne sikrer optimal tilsetning av disse bølger ved plasseringen av sender/mottakerelementet (bestråler).
For å implementere det beskrevne konseptet ble utformingen av diffusoren - en elektrisk dipol - beregnet, samt arkitekturen til hele speilet dannet fra diffusorene. I tillegg er utformingen av speilmatingen og dens plassering i forhold til diffusorene bestemt.
Diffuser design:
Diffusoren er et ensidig trykt kretskort og er dannet av armene til en dipol (a), en impedanstransformator - en lang linje (b), en varicap (c) koblet til en lang linje, shuntdrosler (d) , som skiller HF-delen av diffusoren fra kontrolllinjene (e), langs hvilke en forspenning påføres varicap. En lang linje (impedanstransformator) ble introdusert i designet for å utvide variasjonsområdet for lastimpedansen ved dipolinngangen.
Testprøvemålinger viser at antennen har følgende egenskaper:
- Driftsfrekvensområde 2,4 GHz;
- Arbeidsbåndbredde opptil 200 MHz;
- Antennegruppeforsterkning over 21dBi med antenneoppstillingsdimensjoner 60cm x 100cm;
- Rekonstruksjon av hovedloben til retningsmønsteret fra -60 ° til + 60 ° i asimutplanet og fra -15 ° til + 15 ° i høyde;
- Sikre sende-/mottaksstabilitet etter hvert som miljøet endres, og støtte flerbrukerdriftsmoduser samtidig som kravene til høyhastighets slutttilstandssvitsjing og grensesnitthastighet oppfylles.
- Gjennomsnittlig dataoverføringshastighet for WiFi-enheter (IEEE 802.11b) - 6,85 Mbps i en avstand på 6,5 km
- Antall samtidige tilkoblinger - 135
Imidlertid er hovedleddet i teknologien programvaren som er ansvarlig for dannelsen av det nødvendige strålingsmønsteret. Kontrollsystemet ble valgt ved å bruke mekanismene for selvorganisering (selvjustering) av utvalget av spredere.
Sirkulær skanningsversjon
Antenner med sirkulær skanning, bygget ved hjelp av UPR-teknologi, er dannet av en flerlags kolineær antenne omgitt av et lag med passive spredere av en spesiell design (beregnet under hensyntagen til effekten på deres egenskaper til et tett plassert aktivt element og kontrolllinjer) .
For den andre typen antenner oppnås følgende egenskaper:
- driftsfrekvensområde - 2,4 GHz
- båndbredde - 100/200 MHz
- forsterkning - opptil 8 dBi
- skannevinkelområde - 360 grader i horisontalplanet
Mulige alternativer for kommersialisering av teknologien
- Opprettelse av et 3G / LTE-modem utstyrt med en kontrollerbar antenne;
- Opprettelse av et WiFi-tilgangspunkt utstyrt med en kontrollerbar antenne;
- Opprettelse av selvjusterende antenner for kommunikasjonssystemer raskt utplassert i uforberedte territorier (inkludert de med et stort antall noder);
- Opprettelse av RFID-systemer med lang rekkevidde;
- Opprettelse av klientterminaler for satellittkommunikasjonssystemer;
- Opprettelse av sikkerhetsradarsystemer;
- Opprettelse av retningssøkesystemer for mobile objekter som beveger seg i et begrenset område;
- Opprettelse av distribuerte antennesystemer (DAS-teknologi).
Etterord
Det skal bemerkes at teknologien er grundig gjennomarbeidet, har blitt testet under reelle forhold og har vist utmerkede resultater.Dessuten er det ingen tvil om at utsiktene for denne teknologien er ekstremt høye, om ikke for å si at det er fremtiden.
For en mer detaljert beskrivelse, se presentasjonen.
Takk for oppmerksomheten. Jeg vil være glad for eventuelle spørsmål, kommentarer. Og investeringsforslag.
Active phased antenna arrays (AFAR) har blitt brukt i ulike bakkebaserte radarer i en årrekke. Hensiktsmessigheten av å bruke APAR for luftbårne radarer krever overbevisende begrunnelser, siden å erstatte eksisterende innebygde fasede antenneoppstillinger med aktive fører til en betydelig økning i kostnadene for antennesystemer, noe som bør rettferdiggjøres av utvidelsen av funksjonalitet, forbedrede egenskaper og parametere til APAR sammenlignet med PAR. Nylig opprettede transceiver-moduler (TPM) AFAR inkluderer faseskiftere, attenuatorer, forsterkere, samt muligheten til å kontrollere polarisering, og lar oss vurdere konstruksjonen av en luftbåren AESA fra nye posisjoner og argumentere for hensiktsmessigheten av å bytte til AESA.
La oss dvele ved hensiktsmessigheten av å bruke AFAR for radar. Fly har et betydelig antall antenner av ulike radiosystemer om bord. Derfor oppsto problemet med å lage et faset array som sikrer felles drift av ulike radiosystemer om bord (elektronisk krigføring (EW), identifikasjon, radar, kommunikasjon, navigasjon, etc.). En slik kombinert antenne omtales i litteraturen som en antenne til et integrert radiokompleks, en multifunksjonell antenne eller AFAR. Opprettelsen av slike kombinerte HEADLIGHT-systemer har så langt kun blitt utført for radar og identifikasjon. Dette førte til betydelig tap av ytelse, spesielt i UBL.
Konstruksjonen av kombinerte antennesystemer er mulig på grunnlag av AFAR, siden:
i AFAR, i motsetning til PAR, er det mulig å utføre vidvinkelskanning med utsikt over mer enn en halvkule; større systempålitelighet;
uavhengig optimalisering av egenskaper i overførings- og mottaksmodus, så vel som i et jamming-miljø, på grunn av tilstedeværelsen i hvert element i PPM-arrayen med en faseskifter og en attenuator;
implementering av dannelsen av flere uavhengige kontrollerte stråler med tap av forsterkning og uten tap av forsterkning ved bruk av en emitterende overflate eller dens forskjellige deler i mottaks- og sendemodus;
tilstedeværelsen i PPM av muligheten for å kontrollere polarisasjonen av emitterne i fasede array og svitsjenheter tillater implementering av konforme antenner med vidvinkelskanning;
konstruksjonen av en konveks AFAR lar deg gjøre antennen mer bredbånd;
implementering av AFAR i form av en konform antennegruppe tillater bruk av overflaten
Samtidig legger vi merke til vanskelighetene og ulempene knyttet til bruken av AFAR:
prisen på antennen stiger kraftig;
lav effektivitet -25%, i motsetning til vakuum elektroniske enheter - effektivitet -50%;
designvansker knyttet til varmefjerning og plassering av moduler, deres koblende eksitasjonssystem og kontrolllinjer som teller tusenvis av ledere;
behovet for betydelig utvikling innen metrologisk støtte for å bestemme inngangs- og utgangsegenskapene til PPM, frekvensavhengighetene til de elektriske lengdene til PPM;
en mye større spredning av parametere i moduler som består av emittere, PPM-er og eksitasjonsenheter;
ytterligere ut-av-bånd og falske emisjoner på grunn av spredningen i egenskapene til forskjellige forsterkere, som vil ha egenskapene til de utsendte signalene;
delvis korrelasjon av støy i separate forsterkere i mottaksmodus, noe som kan forringe støyegenskapene til systemet.
De bemerkede manglene krever spesiell undersøkelse. For å gjøre dette må du kjenne parametrene til de enkelte modulene med toleranser.
Ris. 5.1. Mulighet for å konstruere MBAFAR under en kledning med flat HODLYS-radius og to ekstra flate rister (450 mm)
Hensikten med dette arbeidet er å finne måter å bygge en multifunksjonell ombord aktiv faset antennegruppe (MBAFAR) for et lovende femte generasjons fly, for å sikre maksimal gevinst og identifisere muligheten for å kombinere identifikasjonssystemer,
kommunikasjon, navigasjon og radar. Tidligere ble et mulig alternativ for å konstruere en antenne bestående av én stor PAA og to ekstra PAA vurdert (fig. 5.1). Denne plasseringen er relatert til rekkevidden og synssektoren (fig. 5.2).
Multifunksjonell luftbåren AFAR skal ha følgende egenskaper:
ønsket skannesektor ± 135 ° i høydeplan og 360 ° i asimutplan;
driftsområde - 8-10,5 GHz (PPM-driftsområde);
diameter på gitteret i baugen - 760 mm;
diameteren på sidegitteret er 450 mm (i varianten av fig. 5.1);
det nødvendige området og synssektoren er vist i fig. 5.2.
Ris. 5. 2. Krav til MBAFAR når det gjelder rekkevidde og synssektor i planet til jordens overflate
Fasert antennegruppe(PAR), phased array, antenne array med administrert faser eller faseforskjeller (faseskift) av bølger som sendes ut (eller mottas) av dets elementer (emittere). Fasekontroll (fasing) lar deg: danne (med en rekke emitterarrangementer) det nødvendige retningsmønsteret (DP) til PAA (for eksempel en sterkt retningsbestemt DP - stråle); endre retningen på strålen til en fast HODLYS, etc. utføre rask, i noen tilfeller praktisk talt treghetsfri, skanning - svinge strålen (se f.eks. Skanning i radar); innen visse grenser er formen på antennemønsteret for å endre strålebredden, intensiteten (nivåene) til sidelobene osv. (for dette kontrollerer PAA noen ganger også bølgeamplitudene til individuelle emittere). Disse og noen andre egenskaper til HEDLYSENE, så vel som bruken av moderne automatiseringsmidler og datamaskiner for å kontrollere HEDLYSENE, har bestemt deres utsikter og brede radiokommunikasjon, radar, radionavigasjon, radioastronomi osv. HOVEDLYS som inneholder kontrollerbare elementer (noen ganger 104 og mer) er inkludert i ulike bakke- (stasjonære og mobile), skips-, luftfarts- og romradioenheter. Intensiv utvikling pågår i retning av videreutvikling av teorien og teknologien for faset array og utvidelse av anvendelsesområdet.
PAR struktur. Formene, størrelsene og designene til moderne HODLYS er svært forskjellige; deres mangfold bestemmes både av typen emittere som brukes og av arten av deres plassering ( ris. 1 ). PAR-skanning bestemmes av antennemønsteret til senderne. I et faset array med en rask vidvinkelstrålesving, brukes vanligvis svakt retningsbestemte emittere: symmetriske og asymmetriske vibratorer, ofte med en eller flere reflektorer (for eksempel i form av et speil som er felles for hele PAR); åpne ender radiobølgeledere, slisset, horn, spiral, dielektrisk stang, log-periodisk, etc. antenner. Noen ganger består HODLYS i store størrelser av separate små HEDLYS (moduler); DN til sistnevnte er orientert i retning av hovedstrålen til hele PAR. I en rekke tilfeller er for eksempel en langsom avbøyning av strålen tillatt, sterkt retningsbestemte antenner med mekanisk rotasjon (for eksempel de såkalte full-sving reflekterende antenner) brukes som emittere; i slike HOVEDLYS utføres ikke avbøyningen av strålen ved å rotere alle antenner og fase bølgene som sendes ut av dem; fasingen av disse antennene gjør det også mulig å raskt sveipe PAA-strålen innenfor deres BP.
Avhengig av den nødvendige formen på mønsteret og den nødvendige romlige skanningssektoren i den fasede arrayen, brukes forskjellige relative posisjoner av elementene: langs linjen (eller buen); på en overflate (for eksempel flat - i de såkalte flate HEDLYS; sylindriske; sfæriske) eller i et gitt volum (volumetriske HEDLYS). Noen ganger er den utstrålende overflaten til HEDLYSTEN blenderåpning (se. Stråling og mottak av radiobølger ), bestemmes av konfigurasjonen av objektet som HODELYSATEN er installert på (for eksempel formen på satellitten). PAR-er med en form som ligner på formen til objektet kalles noen ganger konforme. Flate HODLYS er utbredt; i dem kan strålen skanne fra retningen til normalen til blenderåpningen (som i vanlig modus antenne ) til åpningens retning (som i reisebølgeantenne ). Retningsvirkningskoeffisient (direktivitet) til et flatt HODELYKT når strålen avviker fra normalen til blenderåpningen minker. For å sikre vidvinkelskanning (i store romvinkler - opptil 4 ( slettet) uten merkbar reduksjon i retningsbestemmelsen, bruk en faset array med en ikke-plan (for eksempel sfærisk) blenderåpning eller et system med flat phased array, orientert i forskjellige retninger. i disse systemene utføres det ved hjelp av eksitering av passende orienterte emittere og deres fasing.
Faseskiftkontroll. I henhold til metoden for å endre faseforskyvningene, skilles en faset matrise ut med elektromekanisk skanning, utført for eksempel ved å endre den geometriske formen til den spennende radiobølgelederen ( ris. 2 , a); frekvensskanning, basert på bruk av faseskiftes avhengighet av frekvens, for eksempel på grunn av lengden mater mellom tilstøtende sendere ( ris. 2, b) eller forskjell bølger i radiobølgelederen; med elektrisk skanning, implementert vha faseskiftende kretser eller faseskiftere, styrt av elektriske signaler ( ris. 2 , c) med en jevn (kontinuerlig) eller trinnvis (diskret) endring i faseskift.
En faset array med elektrisk skanning har de største egenskapene. De gir en rekke faseskift gjennom hele blenderåpningen og betydelige endringer i disse skiftene med relativt lave effekttap. Ved mikrobølgefrekvenser i moderne HEDLYS er ferritt- og halvlederfaseskiftere mye brukt (med en hastighet i størrelsesorden ca. mikrosekunder og effekttap ~ 20 %). Faseskifterne styres av et høyhastighets elektronisk system, som i de enkleste tilfellene styrer grupper av elementer (for eksempel rader og kolonner i flate HOVEDLYS med et rektangulært arrangement av emittere), og i de mest komplekse tilfellene, hver faseskifter hver for seg. Svingningen av strålen i rommet kan utføres både i henhold til en forhåndsbestemt lov, og i henhold til programmet utviklet under driften av hele radioenheten, som inkluderer HEDLYS.
Funksjoner ved konstruksjonen av HODLYS. Eksitering av HEDLYS-emittere ( ris. 3 ) produseres enten ved hjelp av matelinjer eller ved hjelp av fritt forplantende bølger (inkludert kvasi-optisk PAR), sammen med faseskiftere, inneholder mateeksitasjonsbaner noen ganger komplekse elektriske enheter (såkalte diagramdannende kretser) som gir alle emittere fra flere innganger, som tillater samtidig skanning i rom tilsvarende disse inngangene (i flerstråle PAR). Kvasi-optiske HOVEDLYS er hovedsakelig av følgende typer: transmisjon (linse), der faseskiftere og hovedemittere eksiteres (ved hjelp av hjelpesendere) av bølger som forplanter seg fra en felles strøm, og reflekterende - hoved- og hjelpesendere kombineres, og reflektorer er installert ved utgangene til faseskifterne. Multi-stråle kvasi-optiske HODLYS inneholder feeds, som hver tilsvarer sin egen stråle i rommet. Noen ganger brukes fokuseringsenheter (speil, linser) i PAR for å danne et mønster. De betraktede PAR-ene kalles noen ganger passive.
De største mulighetene for å kontrollere egenskapene har aktiv PAA, der en sender eller mottaker ( ris. 4 ). Fasekontroll i aktiv faset array kan utføres i mellomfrekvensbanene eller i eksitasjonskretsene til koherente sendere, mottaker heterodyne, etc. Således kan faseskiftere i aktive phased array være i bølgeområder som er forskjellige fra frekvensområdet til antennen ; tap i faseskiftere påvirker i noen tilfeller ikke nivået på hovedsignalet direkte. Sendende aktive fasede array-systemer tillater implementering i rommet av kreftene til koherente elektromagnetiske bølger generert av individuelle sendere. Ved mottak av aktive fasede array-systemer gjør felles behandling av signaler mottatt av individuelle elementer det mulig å oppnå mer fullstendig informasjon om strålingskilder.
Som et resultat av den direkte interaksjonen mellom emitterne med hverandre, vil egenskapene til PAR ( emittere med spennende matere, LPC osv.) endres når strålen svinger. For å bekjempe de skadelige effektene av gjensidig påvirkning av emittere i en faset oppstilling, brukes noen ganger spesielle metoder for å kompensere for den gjensidige forbindelsen mellom elementene.
Utsikter for utvikling av PAR. De viktigste områdene for videreutvikling av teorien og teknologien for phased array er: 1) utbredt introduksjon av phased array-enheter med et stort antall elementer i radiotekniske enheter, utvikling av nye typer elementer, spesielt for aktive phased array; 2) utvikling av metoder for å konstruere HODLYS med store åpninger, inkludert ikke-ekvidistante HODLYS med sterkt retningsbestemte antenner plassert innenfor hele jordens halvkule (global radioteleskop ), 3) videreutvikling av metoder og tekniske midler for å svekke de skadelige effektene av den gjensidige forbindelsen mellom PAR-elementene; 4) utvikling av teorien om syntese og metoder for maskindesign av faset array; 5) utvikling av teori og praksis for nye metoder for informasjonsbehandling, tatt i bruk av elementene i den fasede matrisen, og bruken av denne informasjonen for kontroll
HODELYS, spesielt for automatisk fasing av elementer (selvfasende HODELYS) og endring av formen på mønsteret, for eksempel senking av nivået på sidelobene i retning av interferenskilder (adaptive HODELYS); 6) metoder for å kontrollere den uavhengige bevegelsen av individuelle stråler i multi-stråle HOVEDLYS.
Litt.: Vendik OG, Antenner med ikke-mekanisk bevegelse av strålen, M., 1965; Skannemikrobølgeantennesystemer, pr. fra engelsk, v. 1–3, M., 1966–71.
M.B. Zakson.
Ris. 3. Typiske eksitasjonsskjemaer for fasede antenneoppstillinger (PAR) med sekvensiell eksitasjon (a), parallell eksitasjon (b), multistråle PAR (c), kvasi-optisk PAR - gjennomløp (d) og reflekterende (e) typer : C - spennende mater; Og - emittere; PN - absorberende; L - retningsdiagram (stråle); B1 - B4 HOVEDLYS innganger; DS - diagrammatisk diagram; OI - hovedemittere; VI - hjelpeemittere; SI - kombinerte emittere; O - irradiator; Fra -; j - faseskifter; den stiplede linjen viser den elektromagnetiske med en flat fasefront, utsendt av PAR, den stiplede linjen - med en sfærisk fasefront, utsendt av feeden.
Ris. 2. Eksempler på fasede antenner med elektromekanisk (a), frekvens (b) og elektrisk (c) skanning: Щ, - sporemittere; B - spennende bølgeleder; H - langsgående plate (kniv) med en kontrollert nedsenkingsdybde i bølgelederen (brukes til å endre fasehastigheten i bølgelederen); D - gassspor; Р - horn; SV - spiralbølgeleder; JA - dielektriske stangantenner; F - ferrittstang til faseskifteren; BB - spennende bølgeledere; О - kontrollvikling av faseskifteren; W - dielektrisk.
Ris. 4. Blokkdiagrammer av noen aktive fasede antenneoppstillinger - sender (a), mottak med innfasing i lokaloscillatorkretsene (b) og mottak med innfasing i mellomfrekvensbanene (c): I - emitter; UM - kraft; B - patogen; MED - ; Г - heterodyne; UCH - mellomfrekvensforsterker; SU - summeringsenhet; j - faseskifter.
Ris. 1. Strukturelle diagrammer av noen fasede antenner (PAR) - lineær ekvidistant med symmetriske vibratorer og et felles speil (a); lineær ikke-ekvidistant med full-sving speilparabolske antenner (b); flat med et rektangulært arrangement av hornutsendere (c); flat med et sekskantet arrangement av dielektriske stangemittere (d); samsvarer med sporemittere (e); sfærisk med spiral radiatorer (e); systemer med flate fasede antenner (g); B - vibratorer; F - eksitasjonslinjer (matere); З - ledende (); A - reflektorantenner; Р - horn; VR - spennende radiobølger; E - metallskjerm; Щ - sporemittere; K - konisk HODLYS; Ts - sylindrisk HODLYS; C - spiral emittere; SE - sfærisk; P - flate fasede antenner (prikker indikerer radiatorer); LO - mellom B; l1, l 2, l3 - avstander mellom A.
