5.2. Понятие о многозеркальных антеннах.

Общий вид:

Основные компоненты:

большое зеркало (основное)

малое зеркало

облучатель

В простейшей двузеркальной антенне основное зеркало. Фокус большого зеркала совмещен с фокусом малого зеркала (т. F1 – воображаемый фокус системы). Фазовый центр облучателя совмещен со вторым фокусом малого зеркала (т. F2 – истинный фокус системы).

Пучок лучей выходящих из облучателя (т. F2) преобразуется малым зеркалом в пучок лучей как бы выходящих из точки F1. В этом случае большое зеркало облучается как бы фиктивным облучателем выходящим из F1.

Возможны различные варианты взаимного расположения зеркал.

Два типа префокальные и зафокальные:

Префокальные - системы Кассегрена, малое зеркалом(выгнутая или вогнутая гипербола) расположено перед фокусом (рис. 13 а, б). В этом случае профиль малого зеркала выпуклая (а) или вогнутая (б) гипербола.

Зафокальные системы Грегори. Малое зеркало (параболоид вращения) расположено за фокусом. Профиль малого зеркала при этом - эллипс.

Чаще используются системы Кассегрена с выпуклым малым зеркалом.

Параметры определяются по заданным характеристикам

Исходя из заданной ширины ДН, диаметр большого зеркала определяется:

Фокусное расстояние: отсюда диаметр малого зеркала:

Тема №6. Фар и специальные типы антенн.

6.1. Фазированные антенные решетки.

ФАР имеют множество преимуществ, повышается точность, ДН направленности можно выбирать, возможность сканирования, высокая надежность. Диаграмма-образующая матрица образует ДН под руководство ЭВМ. Классификация может быть проведена по многим параметрам, расположение излучателей, принцип действия, количество формируемых ДН и т.д.

Различают линейные решетки, которые могут быть размещены по прямой, по дуге или по кольцу. Сканирование без существенного изменения ДН можно применять в области до 45⁰ максимум 50⁰, это в линейной, в дуговой больше, а в круговой еще больше.

По расположению излучателей бывают: по эквидистантной системе(расстояния между излучателями равны), либо не эквидистантно.

Но одномерные могут сканировать только в одно плоскости, поэтому используют двумерные или трехмерные ФАР.

Ф АР может формировать либо один, либо множество лучей ДН.

Функциональная схема. Модульная система: излучатели, система регулирования АФР( набор техники СВЧ (волноводные тройники, направленные ответвители, фазовращатели и т.д.)), Система согласования (обеспечивает режим бегущих волн) и система распределения питанием.

Исходя из принципа взаимности фазированные решетки могут быть предающими, приемными, приемопередающими либо разнесенными. Приемопередающая ФАР: При переключении приема на передачу, возникают трудности из за разности мощности сигналов(приемного и передающегося). Между излучателями устанавливается перегородки, в виде сетки малых волновых размеров или металлические перегородки.

Активная ФАР- задающий генератор, на каждый излучатель стоит свой маломощный передатчик, фазовращатель, и маломощный усилитель.

Полуактивная ФАР- все излучатели формируются в подрешетки. Остальное так же как и в активной. Дешевле активной.

Самая дешевая это пассивна антенная решетка с последовательной системой питания, для того чтобы сфазировать применяются коаксиальные кабели разной длины. Используются проходные фазовращатели, имеют ошибки, которые накапливаются.

Изменение Фазы

От накапливающихся фазовых ошибок свободна ФАР с параллельной системой питания.

ФАР с комбинированной системой питания. Один передатчик, питание обеспечивается по секциям.

Преимущества: уменьшение накапливания ошибок, точность. Недостатки: большие потери при разделении сигнала, сложность.

Отражательная система питания ФАР. Прототип зеркальной антенны. Излученная энергия принимается излучателями, на каждый излучатель выводится фаза, отражается посредством отражательных фазовращателей.

Проходная схема питания, прототипом является линза. Облучатель принимает, энергию фазовращатель изменяет фазу по заданному закону, таким образом обеспечивается фокусировка и сканирование.

Для управления ФАР ЭВМ и диаграммообразующие (ДО) системы.

ДО система Бласса, фактически представляет собой матрицу M на N. По каждому входу, для каждого луча реализуется линейное фазовое распределения крутизна этого распределения обеспечивает отклонение конкретного луче в пространстве.(около входа на излучатель наклонные прямые это обозначены направленные ответвители) Низкий КПД из за потерь в направленных ответвителях 3дБ в каждом.

.

ДО схема Бадлера, используются не управляемые фазовращатели. КПД также низкий из за большой, разветвленной волноводной сети.

По любому входу на раскрыве фар создается линейное ФР, которое определяет отклонение ДН в пространстве. Общее число элементов(ответвителей, фазовращателей и т.д.) в параллельной схеме значительно меньше по сравнению с последовательной, однако потери больше, что связанно с наличием разветвленной волноводной системой питания.

Конформные ФАР, излучатели расположены на выпуклых поверхностях с осевой или центральной симметрией.

Кольцевые ФАР используют в аэропортах. Может сканировать по азимуту на 360, не вращая антенну.

ДН в предолах излучающей системы таких систем она обратно пропорциональна волновому размеру хорды, стягивающей дугу участвующуюй в сканировании.

если расписать относительно всего диаметра.

(2) -учитывает амплитудно-фазовое распределение.

Сканирование состоит с обеспечении синфазности хорды стягивающей дугу

Основны

Сканирование ДН.

В антенных решетках применяются 2 основных способа качания электрического луча: фазовый (изменение фазы с помощью фазовращателей) и частотный (изменение частоты источника питания). Цель – добиться линейного фазового распределения. Иногда выделяют амплитудный метод качания, который реализуется путем коммутации входов в многолучевых антенных решетках, или линзах Люниберга. Временной способ реализуется в широкополосных АР с помощью линии задержки.

Фазовый способ:

Фазовое управление наиболее часто используется. От излучателя к излучателю фаза меняется. (3) множитель дискретной системы излучателей. (4) условие единственности главного лепестка. Скорость нарастания линейно фазового распределения и характеризует скорость отклонения ДН.

Частотный способ

При изменении несущей частоты генератора направление главного максимума перемещается в соответсвии с выражением (4). Это выражение характеризует эффективность и называется углочастотной зависимостью

Частотный метод, для изменения направления ДН, используется изменение частоты. Соответственно радиопередающее устройство должно иметь довольно большой диапазон перестройки частот. Также синхронно передатчику должен переключатся и приемник.

Углочастотная зависимость характеризует отклонение луча в градусах на 1 % отклонения частоты. Современные СВЧ генераторы допускают перестройку по частоте в пределах нескольких процентов от несущей. Для того, чтобы при таком изменении частоты осуществить перемещение луча в достаточно широком секторе величина q должна быть порядка 10° на %, иногда и больше.

Последовательная схема, передатчик подключен к волноводной системе. Эквидистантное расстояние(расстояние между) излучателями d.

Выясним от чего зависит фаза. Продифференцируем выражение (4).

-возник при переходе от радиан к градусам. Анализ этого выражения показывает, что увеличить мы можем увеличением сомножителя. Более резкая смена фаз при заданном изменению частоты приводит к большему изменению величины q и большему отклонению луча.

Т.к.физический смысл производной это скорость, второй сомножитель в скобках, это скорость изменения фазы при изменении частоты.

Фазу можно записать(как в кольцевом мосте):

Продифференцируем (6):

- выражение (5) преобразуется в (8).

Из выражения (8) можно выделить два пути увеличения углочастотной зависимости: использование фидеров с резко выраженной дисперсией (зависимостью параметров среды от частоты) - ; увеличение отношение L к d, т.е. геометрического замедления в системе.

Таким образом изменяя мы можем изменять фазу, т.е имеется возможность частотного управление ДН ФАР.

Параллельный способ

П ример с изменением длины: