Требования к излучателям ФАР

В качестве излучателей ФАР обычно используются малогабаритные слабонаправленные антенны. Тип и характеристики излучателей оказывают существенное влияние на показатели решетки. ФАР, как правило, включают одинаковые и одинаково ориентированные излучатели, поэтому в данном случае применима теорема перемножения диаграмм, согласно которой результирующую ДН ФАР по мощности можно представить в виде:

, (2.16)

где – АДН элемента излучения; –множитель системы, максимум которого ориентирован в направлении , меняющемся при сканировании.

Согласно соотношению (2.17), коэффициент усиления ФАР в направлении , называемый диаграммой сканирования,

, (2.17)

определяется АДН элемента излучения. Желательно, чтобы диаграмма сканирования была симметричной относительно биссектрисы сектора сканирования. Если биссектриса совпадает с нормалью к решетке, то, согласно равенству (2.17), диаграмма направленности элемента излучения также должна быть симметричной относительно нормали к ФАР (рис. 2.16). В этом случае коэффициент усиления ФАР спадает к краям сектора. Падение усиления DG является основным фактором, с одной стороны, определяющим требования к АДН элемента излучения, а с другой – влияющим (при выбранной АДН элемента) на размеры сектора сканирования.

Оценим требования к КНД элемента ФАР. Так если принять , где – КИП излучателя ФАР, то с учетом соот-

Рис. 2.16

ношения (2.11) находим: . Отсюда при qmax=30…45º и xэл=0,6…0,8 можно получить , что соответствует излучателям с шириной главного лепестка . Указанные характеристики могут

обеспечить вибраторные, щелевые, волноводные, рупорные излучатели, а также различные типы АБВ. При выборе конкретного типа элемента излучения ФАР следует также учитывать возможность согласования с волноводным трактом и фазовращателем в рабочем диапазоне частот, допустимую мощность и поляризационные параметры.

2.3.5. Влияние взаимной связи излучателей на диаграмму
направленности ФАР

Диаграмма сканирования, определяемая выражением (2.17), получена при условии, что элементы ФАР не влияют друг на друга, т.е. развязаны. Однако при малых расстояниях между элементами ( ) и широких секторах сканирования взаимная связь между элементами может оказаться значительной. Это приводит к рассогласованию волноводных трактов и излучателей, существенно искажает диаграмму сканирования.

Рис. 2.17

Сущность взаимной связи состоит в том, что каждый элемент ФАР возбуждает все остальные (или, по крайней мере, соседние). В результате появляются волны, бегущие от излучателей, изменяется излучение элементов в окружающее пространство (рис. 2.17). Волны, бегущие

от излучателей, можно интерпретировать как отраженные. Это позволяет учесть их влияние на характеристики элементов и ФАР в целом с помощью коэффициентов отражения. Поскольку во многих практических случаях связь между излучателями быстро убывает срасстоянием, то в ФАР больших волновых размеров можно пренебречь краевыми эффектами, полагая, что все элементы решетки независимо от их местоположения в раскрыве работают в одинаковых условиях. Тогда диаграмма сканирования (2.17) с учетом взаимосвязи элементов примет вид:

(2.18)

где коэффициент отражения , одинаковый для всех элементов ФАР, зависит от текущей ориентации АДН решетки.

Для некоторых направлений коэффициент отражения может принимать значения, близкие к единице. В этих направлениях в диаграмме сканирования появляются провалы (рис. 2.18) – происходит так называемое "ослепление" ФАР, направления которого характеризуются практически полным отсутствием излучения (приема) сигналов.

Рис. 2.18

Для устранения "ослепления" ФАР, обусловленного взаимным влиянием элементов, необходимо осуществить развязку излучателей. С этой целью обычно вводятся дополнительные связи между элементами, подбираемые так, чтобы образовались поля, противофазные по отношению к тем, которые вызваны естественной связью элементов.

Конструктивно данная идея реализуется либо путем изменения внешних связей между излучателями с помощью металлических перегородок, штырей (рис. 2.19, а) и т. п., либо за счет введения внутренних компенсирующих связей между фидерными трактами соседних излучателей (рис. 2.19, б), например, в виде отверстий в стенках смежных волноводов. Применение компенсации взаимной связи элементов позволяет не только существенно ослабить эффект ослепления ФАР, но и расширить сектор сканирования до при падении усиления на краю сектора не более 3 дБ.

Рис. 2.19