PAR-struktur. Formerna, storlekarna och designerna hos moderna fasade arrayer är mycket olika; deras mångfald bestäms både av typen av sändare som används och arten av deras plats ( ris. 1 ). Avsökningssektorn för den fasstyrda arrayen bestäms av mönstret för dess sändare. I fasade arrayer med snabb vidvinkel strålsvängning används vanligtvis svagt riktade sändare: symmetriska och asymmetriska vibratorer, ofta med en eller flera reflektorer (till exempel i form av en spegel som är gemensam för hela den fasade arrayen); öppna ändar radiovågledare, slits, horn, spiral, dielektrisk stav, log periodisk, etc. antenner. Ibland är stora fasade arrayer uppbyggda av separata små phased arrays (moduler); Mönstret för den senare är orienterat i riktningen för huvudstrålen i hela den fasstyrda uppsättningen. I vissa fall, till exempel när långsam strålavböjning är acceptabel, används högriktade antenner med mekanisk rotation som sändare (till exempel den så kallade fullrotationsspegeln); i sådana fasstyrda arrayer avböjs strålen i en stor vinkel genom att rotera alla antenner och fasa vågorna de sänder ut; Fasningen av dessa antenner möjliggör också snabb svängning av den fasstyrda arraystrålen inom deras mönster.
Beroende på den erforderliga formen av mönstret och den erforderliga spatiala avsökningssektorn i den fasade arrayen, används olika relativa arrangemang av element: längs en linje (rak eller båge); över en yta (till exempel platt - i de så kallade plana fasade arrayerna; cylindriska; sfäriska) eller i en given volym (volumetriska fasade arrays). Ibland är formen på den emitterande ytan av den fasstyrda arrayen apertur (se. Emission och mottagning av radiovågor ), bestäms av konfigurationen av objektet på vilket den fasade arrayen är installerad (till exempel formen på satelliten). PAR med en bländarform som liknar formen på föremålet kallas ibland konforma. Platta PAR är utbredda; i dem kan strålen skanna från normalens riktning till öppningen (som i common mode antenn ) i riktning längs öppningen (som i resande vågantenn ). Direktivitetskoefficienten (DA) för en plan fasad array minskar när strålen avviker från normalen till bländaren. För att tillhandahålla vidvinkelskanning (i stora rumsvinklar - upp till 4( raderas) utan en märkbar minskning av effektiviteten används fasade arrayer med en icke-plat (till exempel sfärisk) öppning eller system med platta fasade arrayer orienterade i olika riktningar. Avsökning i dessa system utförs genom excitering av motsvarande orienterade sändare och deras fasning.
Kontroll av fasförskjutningar. Baserat på metoden för att ändra fasförskjutningar, särskiljs fasade arrayer med elektromekanisk avsökning, utförda till exempel genom att ändra den geometriska formen på den spännande radiovågledaren ( ris. 2 A); frekvensavsökning, baserat på användningen av fasskiftens beroende av frekvens, till exempel på grund av längden matare mellan intilliggande sändare ( ris. 2, b) eller avvikelser vågor i en radiovågledare; med elektrisk skanning implementerad med hjälp av fasskiftande kretsar eller fasskiftare, styrs av elektriska signaler ( ris. 2 , c) med en jämn (kontinuerlig) eller stegvis (diskret) förändring i fasförskjutningar.
Elektriskt avsökning av fasade arrayer har störst potential. De tillhandahåller skapandet av olika fasförskjutningar genom hela bländaren och en betydande förändringshastighet i dessa förskjutningar med relativt små effektförluster. Vid mikrovågsfrekvenser i moderna fasstyrda arrayer används ferrit- och halvledarfasskiftare i stor utsträckning (med en hastighet på ca. µsek och effektförluster ~ 20 %). Funktionen av fasskiftare styrs med hjälp av ett höghastighets elektroniskt system, som i de enklaste fallen styr grupper av element (till exempel rader och kolumner i platta fasade arrayer med rektangulära sändare), och i de mest komplexa fallen styr varje fas växel individuellt. Strålen kan svänga i rymden antingen enligt en förutbestämd lag eller enligt ett program som genereras under driften av hela radioanordningen, som inkluderar en fasad array.
Funktioner i konstruktionen av den fasade arrayen. Excitering av PAR-sändare ( ris. 3 ) produceras antingen med hjälp av matningslinjer eller genom fritt fortplantande vågor (så kallade kvasi-optiska fasstyrda arrays), matarexciteringsvägar, tillsammans med fasskiftare, innehåller ibland komplexa elektriska anordningar (så kallade strålformande kretsar) som ger excitering av alla sändare från flera ingångar , vilket gör att du kan skapa samtidigt skanningsstrålar som motsvarar dessa ingångar i rymden (i flerstrålefasade arrayer). Kvasioptiska fasade arrayer är huvudsakligen av två typer: pass-through (lins) där fasskiftarna och huvudsändare exciteras (med hjälp av hjälpsändare) av vågor som utbreder sig från en gemensam matningskälla, och reflekterande - huvud- och hjälpsändare kombineras och reflektorer är installerade vid utgångarna på fasskiftarna. Flerstrålar kvasi-optiska fasade arrayer innehåller flera bestrålare, som var och en har sin egen stråle i rymden. Ibland i fasade arrayer används fokuseringsanordningar (speglar, linser) för att bilda mönster. De fasade arrayerna som diskuterats ovan kallas ibland passiva.
Aktiva fasstyrda arrayer har störst möjligheter att kontrollera egenskaper, där en fasstyrd (ibland amplitudstyrd) sändare eller mottagare är ansluten till varje sändare eller modul ( ris. 4 ). Fasstyrning i aktiva fasstyrda arrayer kan utföras i mellanfrekvensvägar eller i exciteringskretsarna för koherenta sändare, mottagares lokala oscillatorer, etc. Sålunda, i aktiva fasstyrda uppsättningar, kan fasskiftare arbeta i vågområden som skiljer sig från antennens frekvensområde; I vissa fall påverkar förluster i fasskiftare inte direkt nivån på huvudsignalen. Sändning av aktiva fasade arrayer gör det möjligt att i rymden lägga till krafterna hos koherenta elektromagnetiska vågor som genereras av individuella sändare. Vid mottagning av aktiva fasade arrayer tillåter gemensam bearbetning av signaler som tas emot av individuella element en att få mer fullständig information om strålningskällor.
Som ett resultat av den direkta interaktionen mellan sändarna med varandra, egenskaperna hos den fasade arrayen ( samordning sändare med spännande matare, LPC etc.) ändras när strålen svänger. För att bekämpa de skadliga effekterna av ömsesidig påverkan av sändare i fasade arrayer används ibland speciella metoder för att kompensera för den ömsesidiga kopplingen mellan element.
Utsikter för utveckling av fasade arrayer. De viktigaste riktningarna för vidareutvecklingen av teorin och tekniken för fasade arrayer inkluderar: 1) utbredd introduktion av fasade arrayer med ett stort antal element i radiotekniska enheter, utveckling av nya typer av element, särskilt för aktiva fasade arrayer ; 2) utveckling av metoder för att konstruera fasade arrayer med stora öppningar, inklusive icke-ekvidistanta fasade arrayer med starkt riktade antenner belägna inom hela jordens halvklot (global radioteleskop ), 3) vidareutveckling av metoder och tekniska medel för att försvaga de skadliga effekterna av den ömsesidiga kopplingen mellan elementen i den fasade arrayen; 4) utveckling av teorin om syntes och metoder för maskindesign av fasade arrayer; 5) utveckling av teori och implementering av nya metoder för att bearbeta information som tas emot av delar av den fasade arrayen och använda denna information för hantering
Fasade arrayer, speciellt för automatisk fasning av element (självfasande fasade arrays) och ändring av mönstrets form, till exempel sänkning av nivån av sidolober i riktningarna mot interferenskällor (adaptiva fasade arrays); 6) utveckling av metoder för att styra den oberoende rörelsen av enskilda strålar i flerstrålade fasade arrayer.
Belyst.: Vendik O.G., Antenner med icke-mekanisk strålrörelse, M., 1965; Mikrovågsantennsystem, trans. från engelska, vol. 1–3, M., 1966–71.
Artikel om ordet " Phased array antenn" i Great Soviet Encyclopedia lästes 6842 gånger
Dedikerad till antenner. För att fortsätta ämnet vill jag berätta för habrasocietet om principerna för driften av phased array-antenner (PAR). Fasade arrayer används ofta i radarsystem, missilförsvar och rymdkommunikation; Användning i civila objekt (kommersiellt) kompliceras av komplexiteten i produktionen och höga kostnader. Kanske kommer någon att vara intresserad av ämnet och komma på en effektiv användning av fasade arrayer för kommersiellt bruk.
Vad är detta?
PAR är en grupp av sändare (fasskiftare, PV), där de relativa faserna av signalerna förändras komplext enligt en viss lag så att den effektiva behandlingen av PAR förstärks i önskad riktning och undertrycks i alla andra. PAR är en matris, där elementet i matrisen är PV, men naturligtvis kan PV i rymden ha andra konfigurationer. Figur 1 visar sektorbesiktningsradarn "Ginger", som är en del av S300B-luftvärnsmissilsystemet. Du kan se både den fasade arrayen och det strålande hornet.
Bild 1.
Hur sker utfasning?
Det finns en enkel formel från en fysikkurs: V = c/sqrt(mu*eps). I denna formel är V fashastigheten för den elektromagnetiska vågen, c är ljusets hastighet i vakuum, mu är den magnetiska permeabiliteten, eps är den dielektriska konstanten. Från denna formel är det tydligt att fashastigheten beror på mu och epsilon, och genom att ändra dessa värden kan vi introducera en fördröjning av EM-vågen genom PV. Därför kan PV vara ferrit (vi kan ändra deras magnetiska permeabilitet) och ferroelektriska (vi kan ändra deras dielektriska konstant). Kraft till fasskiftarna utförs genom luftvägen (som i fig. 1) eller genom vågledare (till exempel i små luftvärnsmissilsystem, fig. 2).
Figur 2. Tor luftvärnssystem.
Phased array diagram i fig. 4: antennen är en linje av sändare, PV ingår mellan effektdelaren och sändarna. Ferrit PV är en cylindrisk analog ferrit på vilken styrlindningar är lindade. Genom att ändra strömmen i styrlindningarna (inställd av PV-styrenheten) ändras den magnetiska permeabiliteten och följaktligen fashastigheten för EM-vågen i PV. Genom att sekventiellt ändra nivån på styrsignalen i lindningarna kan processen med vågfrontsbildning representeras som visas i figur 3, 4 (endimensionellt fall). En analogi kan dras med småsten som vi successivt kastar i vattnet. En annan analogi för hur phased array fungerar är en lins. Figur 5 visar förändringen i vågfrontsform med hjälp av en lins.
Figur 3. Vågfrontsbildning.
Figur 4. Phased array diagram.
Figur 5.
Figur 6. Typiskt strålningsmönster.
Elektrisk skanning säkerställer skapandet av olika fasförskjutningar genom hela bländaren och en betydande förändringshastighet i dessa förskjutningar med relativt små effektförluster. Funktionen av fasskiftare styrs med hjälp av ett höghastighets elektroniskt system, som i de enklaste fallen styr grupper av element (till exempel rader och kolumner i platta fasade arrayer med rektangulära sändare), och i de mest komplexa fallen styr varje fas växel individuellt. Strålen kan svängas i rymden antingen enligt en förutbestämd lag eller enligt ett program som genereras under driften av hela radioanordningen, som inkluderar en fasad grupp.
Jag skyndar mig att skingra eventuell skepsis mot skapandet av "snot" om svårigheterna för innovatörer i Ryssland. Vi pratar om underbar och avancerad teknik.
Mycket känsliga antenner baserade på en rad kontrollerbara passiva spridare
Denna teknik kan appliceras på olika typer av antenner över ett mycket brett frekvensområde från hundratals megahertz till 10 GHz. Tekniken är helt ny och har inga analoger.
Såsom är känt har fasade gruppantenner (PAA) ännu inte funnit någon utbredd användning i trådlösa kommunikationssystem tillgängliga på massmarknaden för telekommunikationsutrustning (i WiMax, LTE, 3G, WiFi-nätverk, etc.). Det har gjorts enstaka försök att skapa sådana kommersiella antennsystem, men resultaten var inte lämpliga för massanvändning.
Och anledningen till detta är den betydande kostnaden för sådana enheter, förknippade med det höga priset på mikrovågselement (fasskiftare, vågledare, etc.), på vilka de flesta moderna antennsystem med kontrollerade strålningsmönster är byggda och, ännu viktigare, programvara, vilket är en mycket icke-trivial uppgift inom denna teknik.
Samtidigt skulle användningen av sådana antenner leda till ett kvalitativt steg i trådlös kommunikationskapacitet.
Framöver kommer jag att säga att det redan finns en lösning, men först till kvarn.
Jag kommer att ge de huvudsakliga fördelarna, en schematisk beskrivning av tekniken, alternativ för möjliga tillämpningar av tekniken och ge en kort sammanfattning.
Fördelar
Antenner tillverkade med denna teknik har följande fördelar:
- Låg kostnad - upp till $500 för basstationer och upp till $100 för klientstationer;
- Automatisk bildning av distribuerade trådlösa nätverk med många noder;
- Minimera störningskällornas inverkan på kommunikationskvaliteten;
- Minimera den negativa effekten av signalreflektioner från omgivande föremål på kommunikationskvaliteten;
- Bestämma riktningen till en rörlig signalkälla;
- Låg energiförbrukning;
- Hög hastighet för att byta sluttillstånd;
- Snabbt kommunikationsgränssnitt med en datorenhet;
- Hög noggrannhet av utsignal (spänning);
- Möjlighet till omkonfigurering.
Beskrivning av teknik
Våra antenner kan tillverkas i två versioner: med sektorskanning och med cirkulär skanning.
Antenner med cirkulär scanning.
Konceptuellt diagram över en mycket känslig 2,4 GHz-antenn med hög förstärknings- och sektorskanningskapacitet:
Antennen består av en spegel (a), bildad av en tredimensionell grupp av styrda diffusorer, och ett sändande och mottagande element (matare) (b).
Som styrda diffusorer föreslås det att använda elektriska vibratorer laddade i mitten med en kapacitiv impedans, vars värde kan variera. Variation av belastningsimpedansen gör att du kan justera fasen för vågen som sprids av vibratorn. Samtidigt förändras också det spridda fältets amplitud. Den föreslagna designen (där diffusorerna är placerade i rymden och inte på ett plan) tillåter dig att godtyckligt ändra diffusorernas relativa position, vilket utökar möjligheterna att optimera dess struktur för att erhålla vissa egenskaper.
Funktionsprincip:
Produktens funktionsprincip är som följer - för att effektivt ta emot strålning måste spridarnas belastningsvärden väljas på ett sådant sätt att faserna av vågorna som skapas av spridarna säkerställer optimal tillägg av dessa vågor på platsen för transceiverelementet (mataren).
För att implementera det beskrivna konceptet beräknades diffusorns design - en elektrisk dipol - liksom arkitekturen för hela spegeln bildad av diffusorer. Dessutom bestämdes spegelstrålarens utformning och dess placering i förhållande till diffusorerna.
Diffusor design:
Diffusorn är ett enkelsidigt kretskort och bildas av dipolarmar (a), en impedanstransformator - en lång ledning (b), en varicap (c) ansluten till en lång ledning, shuntdrossel (d) som separerar RF:n del av diffusorn från styrledningarna (e), längs vilken en förspänning appliceras på varicapen. En lång linje (impedanstransformator) introduceras i konstruktionen för att utöka omfånget av förändringar i lastimpedansen vid dipolingången.
Mätningar av testprovet visade att antennen har följande egenskaper:
- Driftsfrekvensområde 2,4 GHz;
- Driftsfrekvensbandbredd upp till 200 MHz;
- Antenngruppens förstärkning är mer än 21dBi med en antennuppsättningsstorlek på 60 cm x 100 cm;
- Justering av strålningsmönstrets huvudlob från -60° till +60° i azimutplanet och från -15° till +15° i höjd;
- Säkerställer mottagnings-/sändningsstabilitet när miljön förändras, samt stödjer driftlägen för flera användare samtidigt som kraven för höghastighetsväxling av sluttillstånd och snabbt gränssnitt uppfylls.
- Genomsnittlig dataöverföringshastighet för WiFi-enheter (IEEE 802.11b) - 6,85 Mbps på ett avstånd av 6,5 km
- Antal samtidiga anslutningar - 135
Huvudlänken i tekniken är dock programvaran som är ansvarig för att generera det erforderliga strålningsmönstret. Ett kontrollsystem valdes som använder mekanismer för självorganisering (självjustering) av en rad spridare.
Cirkulär skanningsversion
Cirkulära skanningsantenner, byggda med UPR-teknik, bildas av en flerskiktad kolinjär antenn omgiven av ett lager av passiva diffusorer av en speciell design (beräknad med hänsyn till påverkan på deras egenskaper hos ett nära beläget aktivt element och kontrolllinjer).
För den andra typen av antenner har följande egenskaper uppnåtts:
- driftfrekvensområde - 2,4 GHz
- bandbredd - 100/200 MHz
- förstärkning - upp till 8 dBi
- skanningsvinkelområde - 360 grader i horisontalplanet
Möjliga alternativ för att kommersialisera tekniken
- Skapande av ett 3G / LTE-modem utrustat med en kontrollerad antenn;
- Skapa en WiFi-åtkomstpunkt utrustad med en kontrollerad antenn;
- Skapande av självinställande antenner för snabbt utplacerade kommunikationssystem i oförberedda territorier (inklusive de med ett stort antal noder);
- Skapande av RFID-system med lång räckvidd;
- Skapande av klientterminaler för satellitkommunikationssystem;
- Skapande av säkerhetsradarsystem;
- Skapande av riktningssökningssystem för att flytta objekt som rör sig över ett begränsat område;
- Skapande av distribuerade antennsystem (DAS-teknik).
Efterord
Det är värt att notera att tekniken har utvecklats grundligt, har testats under verkliga förhållanden och har visat utmärkta resultat.Dessutom råder det ingen tvekan om att utsikterna för denna teknik är extremt höga, om inte för att säga att det är framtiden.
För en mer detaljerad beskrivning kan du läsa presentationen.
Tack för din uppmärksamhet. Jag kommer gärna ha frågor eller kommentarer. Och investeringsförslag.
Active phased array antennas (AFAR) har använts under ett antal år i olika markbaserade radarer. Möjligheten att använda AFAR för luftburna radarer kräver övertygande motivering, eftersom att ersätta befintliga fasstyrda antennuppsättningar ombord med aktiva leder till en betydande ökning av kostnaden för antennsystem, vilket måste motiveras genom att utöka funktionaliteten, förbättra egenskaperna och parametrarna för AFAR jämfört med fasade arrayer. Nyligen skapade transceivermoduler (RPM) av AFAR inkluderar fasskiftare, dämpare, förstärkare, såväl som möjligheten att kontrollera polarisering, och låter oss överväga konstruktionen av en ombord AFAR från nya positioner och argumentera för genomförbarheten av övergången till AFAR.
Låt oss uppehålla oss vid möjligheten att använda AFAR för radar. Det finns ett betydande antal antenner för olika radiosystem ombord på flygplan. Därför uppstod uppgiften att skapa en fasad array som skulle säkerställa gemensam drift av olika radiosystem ombord (elektronisk krigföring (EW), identifiering, radar, kommunikation, navigering, etc.). En sådan kombinerad antenn kallas i litteraturen antennen för en integrerad radiokomplex, multifunktionell antenn eller AFAR. Skapandet av sådana ombord kombinerade fasstyrda system har hittills endast uppnåtts för radar och identifiering. Detta ledde till betydande prestationsförluster, särskilt när det gäller UBL.
Konstruktionen av kombinerade antennsystem är möjlig på basis av AFAR, eftersom:
i AFAR, till skillnad från phased array, är det möjligt att utföra vidvinkelskanning med en vy över mer än en halvklot; större systemtillförlitlighet;
oberoende optimering av egenskaper i sändnings- och mottagningslägen, såväl som i interferensmiljöer, på grund av närvaron av en PPM-array med en fasskiftare och dämpare i varje element;
implementering av bildandet av flera oberoende styrda strålar med förlust av förstärkning och utan förlust av förstärkning vid användning av en emitterande yta eller dess olika delar i mottagnings- och överföringsläget;
närvaron i PPM av förmågan att styra polariseringen av sändare i den fasade arrayen och omkopplingsanordningar gör det möjligt att implementera konforma antennuppsättningar med vidvinkelskanning;
konstruktionen av en konvex APAA gör det möjligt att göra antennen mer bredbandig;
implementeringen av en AFAR i form av en konform antennuppsättning tillåter användningen av en yta
Samtidigt noterar vi de svårigheter och nackdelar som är förknippade med användningen av APAA:
kostnaden för antennen ökar kraftigt;
låg effektivitet -25%, i motsats till vakuum elektroniska enheter - effektivitet -50%;
konstruktionssvårigheter förknippade med värmeavledning och placering av moduler, deras anslutande excitationssystem och styrledningar, som numrerar tusentals ledare;
behovet av betydande utvecklingar inom metrologiskt stöd för att bestämma ingångs- och utgångsegenskaperna för PPM, frekvensberoendena för de elektriska längderna av PPM;
en betydligt större spridning av parametrar i moduler som består av sändare, PPM och exciteringsanordningar;
ytterligare out-of-band och falska emissioner på grund av variationen i egenskaperna hos olika förstärkare, vilka egenskaperna hos de utsända signalerna kommer att ha;
partiell korrelation av brus i enskilda förstärkare i mottagningsläge, vilket kan försämra systemets brusegenskaper.
De noterade bristerna kräver särskild undersökning. För att göra detta måste du känna till parametrarna för individuella moduler med toleranser.
Ris. 5.1. Möjlighet att konstruera en MBAFAR under en kåpa med en platt fasad arrayradie och ytterligare två platta galler (450 mm)
Syftet med detta arbete är att hitta sätt att bygga en multifunktionell luftburen active phased array antenn (MBAFAR) för ett lovande femte generationens flygplan, säkerställa maximal vinst och identifiera möjligheten att kombinera identifieringssystem,
kommunikation, navigering och radar. Tidigare har vi övervägt ett möjligt alternativ för att konstruera en antenn bestående av en stor fasad array och ytterligare två fasade arrayer (Fig. 5.1). Denna placering är relaterad till räckvidden och synfältet (Fig. 5.2).
En multifunktionell AFAR ombord måste ha följande egenskaper:
önskad avsökningssektor ±135° i höjdplanet och 360° i azimutplanet;
driftområde - 8-10,5 GHz (PPM-driftområde);
diametern på gallret i fören är 760 mm;
sidogallernas diameter är 450 mm (i versionen av fig. 5.1);
det erforderliga området och visningssektorn visas i fig. 5.2.
Ris. 5. 2. Krav för MBAFAR vad gäller räckvidd och synfält i planet för jordens yta
Phased array antenn(PAR), fasad array, antennuppsättning med hanteras faser eller fasskillnader (fasförskjutningar) för vågor som emitteras (eller tas emot) av dess element (sändare). Faskontroll (fasning) låter dig: bilda (med olika placeringar av sändare) det erforderliga riktningsmönster (DP) för den fasstyrda arrayen (till exempel ett starkt riktat mönster - stråle); ändra riktningen på strålen för en stationär fasad array, etc. utföra snabb, i vissa fall nästan tröghetsfri, scanning - strålsvängning (se t.ex. Läser in i radar); inom vissa gränser, formen på mönstret - ändra strålens bredd, intensiteten (nivåerna) på sidoloberna, etc. (för detta, i den fasade arrayen, kontrolleras ibland också amplituderna för vågorna hos individuella sändare ). Dessa och några andra egenskaper hos fasade arrayer, liksom användningen av modern automation och datormedel för att styra fasade arrayer, har gjort dem lovande och allmänt använda. radiokommunikation, radar, radionavigering, radioastronomi etc. Fasade arrayer som innehåller kontrollerbara element (ibland 104 eller fler) ingår i olika markbaserade (stationära och mobila), fartygs-, flyg- och rymdradioapparater. En intensiv utveckling pågår för att vidareutveckla teorin och tekniken för fasade arrayer och utöka tillämpningsområdet för deras tillämpning.
PAR-struktur. Formerna, storlekarna och designerna hos moderna fasade arrayer är mycket olika; deras mångfald bestäms både av typen av sändare som används och arten av deras plats ( ris. 1 ). avsökning av den fasade arrayen bestäms av mönstret för dess sändare. I fasade arrayer med snabb vidvinkel strålsvängning används vanligtvis svagt riktade sändare: symmetriska och asymmetriska vibratorer, ofta med en eller flera reflektorer (till exempel i form av en spegel som är gemensam för hela den fasade arrayen); öppna ändar radiovågledare, slits, horn, spiral, dielektrisk stav, log periodisk, etc. antenner. Ibland är stora fasade arrayer uppbyggda av separata små phased arrays (moduler); Mönstret för den senare är orienterat i riktningen för huvudstrålen i hela den fasstyrda uppsättningen. I vissa fall är till exempel långsam strålavböjning acceptabel, högriktade antenner med mekanisk rotation används som sändare (till exempel den så kallade fullrotationsspegeln); i sådana fasstyrda arrayer utförs inte strålavböjning genom att rotera alla antenner och fasa vågorna de sänder ut; Fasningen av dessa antenner möjliggör också snabb svängning av den fasstyrda arraystrålen inom deras mönster.
Beroende på den erforderliga formen av mönstret och den erforderliga spatiala avsökningssektorn i den fasade arrayen, används olika relativa arrangemang av element: längs en linje (eller båge); över en yta (till exempel platt - i de så kallade plana fasade arrayerna; cylindriska; sfäriska) eller i en given volym (volumetriska fasade arrays). Ibland är den emitterande ytan för den fasade arrayen apertur (se. Emission och mottagning av radiovågor ), bestäms av konfigurationen av objektet på vilket den fasade arrayen är installerad (till exempel formen på satelliten). PAR med en bländarform som liknar formen på föremålet kallas ibland konforma. Platta PAR är utbredda; i dem kan strålen skanna från normalens riktning till öppningen (som i common mode antenn ) till öppningsriktningen (som i resande vågantenn ). Direktivitetskoefficienten (DA) för en plan fasad array minskar när strålen avviker från normalen till bländaren. För att säkerställa vidvinkelskanning (i stora rumsvinklar - upp till 4( raderas) utan en märkbar minskning av effektiviteten används fasade arrayer med en icke-plat (till exempel sfärisk) öppning eller system med platta fasade arrayer orienterade i olika riktningar. i dessa system sker den genom excitering av motsvarande orienterade sändare och deras fasning.
Kontroll av fasförskjutningar. Baserat på metoden för att ändra fasförskjutningar, särskiljs fasade arrayer med elektromekanisk avsökning, utförda till exempel genom att ändra den geometriska formen på den spännande radiovågledaren ( ris. 2 A); frekvensavsökning, baserat på användningen av fasskiftens beroende av frekvens, till exempel på grund av längden matare mellan intilliggande sändare ( ris. 2, b) eller avvikelser vågor i en radiovågledare; med elektrisk skanning implementerad med hjälp av fasskiftande kretsar eller fasskiftare, styrs av elektriska signaler ( ris. 2 , c) med en jämn (kontinuerlig) eller stegvis (diskret) förändring i fasförskjutningar.
Elektriskt avsökning av fasade arrayer har störst potential. De ger en mängd olika fasförskjutningar genom hela bländaren och betydande förändringar i dessa förskjutningar med relativt små effektförluster. Vid mikrovågsfrekvenser i moderna fasstyrda arrayer används ferrit- och halvledarfasskiftare i stor utsträckning (med en hastighet på ca. µsek och effektförluster ~ 20 %). Funktionen av fasskiftare styrs med hjälp av ett höghastighets elektroniskt system, som i de enklaste fallen styr grupper av element (till exempel rader och kolumner i platta fasade arrayer med rektangulära sändare), och i de mest komplexa fallen styr varje fas växel individuellt. Strålen kan svänga i rymden antingen enligt en förutbestämd lag eller enligt ett program som genereras under driften av hela radioanordningen, som inkluderar en fasad array.
Funktioner i konstruktionen av den fasade arrayen. Excitering av PAR-sändare ( ris. 3 ) produceras antingen med hjälp av matarledningar eller genom fritt fortplantande vågor (så kallade kvasi-optiska fasstyrda arrays), excitationsmatarvägar, tillsammans med fasskiftare, innehåller ibland komplexa elektriska anordningar (så kallade strålformande kretsar) som förser alla sändare med flera ingångar, vilket gör det möjligt för motsvarande ingångar att samtidigt skanna i rymden (i multi-beam phased arrays). Kvasioptiska fasade arrayer är huvudsakligen av följande typer: pass-through (lins), där fasskiftarna och huvudsändare exciteras (med hjälp av hjälpsändare) av vågor som utbreder sig från en gemensam matningskälla, och reflekterande - huvud- och hjälpsändare kombineras och reflektorer är installerade vid utgångarna på fasskiftarna. Flerstrålade kvasioptiska fasade arrayer innehåller bestrålare, som var och en har sin egen stråle i rymden. Ibland i fasade arrayer används fokuseringsanordningar (speglar, linser) för att bilda mönster. De betraktade fasade arrayerna kallas ibland passiva.
Aktiva fasstyrda arrayer har störst möjligheter att kontrollera egenskaper, där en fasstyrd (ibland amplitudstyrd) sändare eller mottagare är ansluten till varje sändare eller modul ( ris. 4 ). Fasstyrning i aktiva fasstyrda arrayer kan utföras i mellanfrekvensbanor eller i exciteringskretsarna för koherenta sändare, mottagares lokala oscillatorer etc. Således, i aktiva fasstyrda arrayer, kan fasskiftare användas i vågområden som skiljer sig från frekvensområdet för antennen; I vissa fall påverkar förluster i fasskiftare inte direkt nivån på huvudsignalen. Sändning av aktiva fasade arrayer gör det möjligt att i rymden implementera krafterna hos koherenta elektromagnetiska vågor som genereras av individuella sändare. Vid mottagning av aktiva fasade arrayer tillåter gemensam bearbetning av signaler som tas emot av individuella element en att få mer fullständig information om strålningskällor.
Som ett resultat av den direkta interaktionen mellan sändarna med varandra, egenskaperna hos den fasade arrayen ( sändare med spännande matare, LPC etc.) ändras när strålen svänger. För att bekämpa de skadliga effekterna av ömsesidig påverkan av sändare i fasade arrayer används ibland speciella metoder för att kompensera för den ömsesidiga kopplingen mellan element.
Utsikter för utveckling av fasade arrayer. De viktigaste riktningarna för vidareutvecklingen av teorin och tekniken för fasade arrayer inkluderar: 1) utbredd introduktion av fasade arrayer med ett stort antal element i radiotekniska enheter, utveckling av nya typer av element, särskilt för aktiva fasade arrayer ; 2) utveckling av metoder för att konstruera fasade arrayer med stora öppningar, inklusive icke-ekvidistanta fasade arrayer med starkt riktade antenner belägna inom hela jordens halvklot (global radioteleskop ), 3) vidareutveckling av metoder och tekniska medel för att försvaga de skadliga effekterna av den ömsesidiga kopplingen mellan elementen i den fasade arrayen; 4) utveckling av teorin om syntes och metoder för maskindesign av fasade arrayer; 5) utveckling av teori och praktik för nya metoder för att bearbeta information som tas emot av delar av den fasade arrayen, och använda denna information för hantering
Fasade arrayer, speciellt för automatisk fasning av element (självfasande fasade arrays) och ändring av mönstrets form, till exempel sänkning av nivån av sidolober i riktningarna mot interferenskällor (adaptiva fasade arrays); 6) metoder för att styra den oberoende rörelsen av individuella strålar i multi-beam fasade arrayer.
Belyst.: Vendik O.G., Antenner med icke-mekanisk strålrörelse, M., 1965; Mikrovågsantennsystem, trans. från engelska, vol. 1–3, M., 1966–71.
M.B. Zaxon.
Ris. 3. Typiska exciteringskretsar av fasstyrda antennuppsättningar (PAA) med sekventiell excitering (a), parallell excitation (b), flerstrålefasad grupp (c), kvasioptisk fasstyrd grupp - genomströmning (d) och reflekterande (e ) typer: B - spännande matare; I - utsändare; PN - absorberande; L - riktningsmönster (stråle); B1 - B4 fasade arrayingångar; DS - diagrambildande schema; RO - huvudsändare; VI - hjälpsändare; SI - kombinerade sändare; O - bestrålare; Från - ; j - fasskiftare; Den prickade linjen visar elektromagnetisk med en platt fasfront, emitterad av den fasade arrayen, den streckade linjen - med en sfärisk fasfront, emitterad av bestrålaren.
Ris. 2. Exempel på fasstyrda antennsystem med elektromekanisk (a), frekvens (b) och elektrisk (c) avsökning: Ш, - slotsändare; B - spännande vågledare; N - längsgående platta (kniv) med ett kontrollerat nedsänkningsdjup i vågledaren (tjänar för att ändra fashastigheten i vågledaren); D - gasspår; R - horn; SV - spiralvågledare; JA - dielektriska stavantenner; F - ferritstav av fasskiftaren; BB - spännande vågledare; O - styrlindning av fasskiftaren; Ш - dielektrisk.
Ris. 4. Blockdiagram över några aktiva fasstyrda antennuppsättningar - sändning (a), mottagning med infasning i lokala oscillatorkretsar (b) och mottagning med infasning av mellanfrekvensvägar (c): Och - sändare; UM - kraft; B - patogen; MED - ; G - lokal oscillator; IF - mellanfrekvensförstärkare; SU - summeringsanordning; j - fasskiftare.
Ris. 1. Strukturdiagram för vissa fasstyrda antennuppsättningar (PAR) - linjära ekvidistanta med symmetriska vibratorer och en gemensam spegel (a); linjär icke-ekvidistant med fullt roterande spegelparabolantenner (b); platt med ett rektangulärt arrangemang av hornsändare (c); platt med ett hexagonalt arrangemang av dielektriska stavsändare (d); överensstämmer med slitssändare (d); sfärisk med spiralsändare (e); system av plattfasade gruppantenner (g); B - vibratorer; F - excitationslinjer (matare); Z - ledande (); A - spegelantenner; R - horn; VR - spännande radiovågor; E - metallskärm; Ш - lucksändare; K - konisk fasad array; C - cylindrisk fasad array; C - spiralsändare; SE - sfärisk; P - platta fasade antennuppsättningar (sändare indikeras med prickar); LO - mellan B; l1, l 2, l3 - avstånd mellan A.
