Многолучевые ФАР с матричным фазированием

Одним из способов обзора пространства по угловым координатам является параллельный, при котором антенна имеет многолучевую АДН. Такие антенны получили название многолучевых. Их фазирование осуществляется с помощью специальных многополюсников, называемых диаграммообразующими схемами (матрицами). Различают последовательные и параллельные диаграммообразующие схемы.

Последовательная схема(диаграммообразующая матрица Бласса) для линейной ФАР приведена на рис. 2.20. Питание решетки из N излучателей

Рис. 2.20

осуществляется с помощью M´N направленных ответвителей (М – число входов ФАР, совпадающее с числом парциальных пересекающихся лучей). По каждому из входов на раскрыве ФАР создается "свое" линейное фазовое распределение, крутизна которого определяет угол наклона соответствующего луча АДН. Различные степени крутизны фазового распределения обеспечиваются за счет неодинаковой электрической длины волноводов, что достигается путем смещения питающих линий передачи. Достоинствами последовательной диаграммообразующей схемы являются компактность, возможность применения при любом числе излучателей, широкополосность. Недостаток – низкий КПД, что связано с большими потерями в направленных ответвителях.

Параллельная схема – диаграммообразующая матрица Батлера – показана на рис. 2.21. Она реализуется с помощью 2N-полюсника, где (n – целое число) – количество излучателей и входных каналов (лучей). 2N-полюсник включает трехдецибельные направленные ответвители (щелевые мосты, двойные тройники и т. п.) и неуправляемые фазосдвигатели. По любому входу на раскрыве ФАР создается линейное фазовое распределение, определяющее соответствующее направление главного лепестка АДН. Общее число элементов (направленных ответвителей и фазосдвигателей) в па-

Рис. 2.21

раллельной схеме значительно меньше, чем в последовательной. Несмотря на это, габариты и потери в параллельной схеме больше, чем в последовательной, что связано с наличием разветвленной волноводной системы питания.

Гибридные ФАР

Гибридными ФАР называют антенны с электрическим управлением положения луча, включающие фокусирующую систему (зеркальную или линзовую) и облучатель в виде малоэлементной ФАР.

Зеркальные гибридные ФАР строятся по однозеркальной (рис. 2.22, а) или двухзеркальной схеме (рис. 2.22, б). В однозеркальном варианте ФАР располагается в фокальной плоскости. Изменение крутизны линейного фазового распределения поля на раскрыве зеркала и связанное с ним перемещение главного максимума АДН могут быть обеспечены двумя способами. При первом способе осуществляется поочередное включение излучающих элементов ФАР (коммутационное сканирование), что равносильно выносу облучателя зеркала из фокуса. При втором способе производится управление фазовым распределением на раскрыве облучающей зеркало ФАР за счет фази-

Рис. 2.22

рования всех излучателей. Недостатком гибридной ФАР с расположением решетки в фокальной плоскости является существенное затенение зеркала. В целях устранения указанного недостатка применяются внеосевые вырезки из зеркала. Гибридные ФАР зеркального типа обеспечивают сканирование в сравнительно узких секторах [ ].

Линзовые гибридные ФАР позволяют осуществить сканирование в более широком секторе, чем зеркальные. Дуговая (или сферическая) вогнутая ФАР с линзой Люнеберга обеспечивает конформное сканирование в плоском ( ) или пространственном (до 0,6p стерадиан) секторах. Излучатели ФАР включаются поочередно, так чтобы главный максимум АДН скачком перемещался на угол .

Конформные ФАР

В конформных ФАР излучатели располагаются на выпуклых поверхностях с осевой или центральной симметрией. Это обеспечивает сканирование в широких (вплоть до полусферы) секторах без существенного изменения формы АДН. Обычно сканирование осуществляется путем переключения питания излучающих элементов, так что в каждый момент времени запитывается определенная группа излучателей. Конформные ФАР различают по виду линии (поверхности), на которой располагаются излучатели.

Кольцевые (рис. 2.23, а) и дуговые конформные ФАР служат для сканирования в плоскости решетки. Радиально направленный главный лепесток веерной АДН формируются включением излучателей, расположенных в пределах излучающей области – дуги с центральным углом . Ширина главного лепестка АДН в плоскости кольца обратно пропорциональна волновому размеру хорды, стягивающей дугу :

, (2.19)

где R – радиус кольцевой ФАР.

Рис. 2.23

Фазирование кольцевой решетки состоит в обеспечении синфазности поля вдоль хорды, стягивающей дугу. Для этого фазовые сдвиги облучателей должны компенсировать симметричное отставание фазы в облучателях, располагающихся по излучающей дуге окружности, по сравнению с центральным облучателем этой дуги.

В цилиндрических (рис. 2.23, б) и конических конформных ФАР формируются игольчатые или веерные АДН, управляемые в одной или двух плоскостях. Сканирование обычно реализуется изменением положения сектора , в пределах которого располагаются излучающие модули, и изменением фазового распределения в этой группе модулей вдоль образующей цилиндра (конуса).

В системах РЭТ применяются также сферические и многогранные конформные ФАР, способные обеспечить сканирование в полусфере и формирующие АДН игольчатой формы. Основным недостатком таких ФАР является большое число модулей ( ).