Дискретность изменения фазы приводит к скачкообразному перемещению дн в пространстве и определяет точность установки дн.

Разрядность ФВ, т. е. дискретность фазирования Δ, может быть установлена из условия максимума коэффициента усиления ФАР G = D, где  — КПД, включающий потери в ФВ.

Увеличение разрядности дискретного ФВ приводит к увеличению потерь и снижению , но одновременно увеличивает КНД. В зависимости от рабочего диапазона частот, уровня технологии, требований к УБЛ, дискрету перемещения ДН и т. д. обычно используются ФВ с разрядностью от 2 до 5.

Дискретизация амплитудного распределения в раскрыве связана с размещением излучателей в апертуре ФАР. Дискретизация АФР обуславливает нарушение непрерывности распределения поля в раскрыве, которое может носить периодический характер и вызывать появление дополнительных боковых лепестков, аналогичных по структуре дифракционным лепесткам ДН. Исходным фактором дискретизации излучающего раскрыва является практически реализуемый шаг расположения элементов в решетке. Размеры поперечного сечения ФВ с элементами крепления и управляющими цепями в СВЧ диапазоне оказываются такого же порядка, как допустимый шаг, определяемый из режима однолучевого сканирования на СВЧ и более высоких частотах. Одним из путей увеличения шага решетки является использование треугольной сетки расположения излучателей.

Второй возможный путь увеличения шага решетки — применение неэквидистантного размещения излучателей. В остронаправленной антенне допустимый шаг может быть также увеличен путем объединения излучателей в подрешетки, управляемые одним фазовращателем. Размеры подрешеток выбираются в соответствии с заданным сектором сканирования и допустимым уровнем дифракционных максимумов высших порядков.

Изменение характеристик направленности в секторе сканирования

В рабочем диапазоне частот и секторе сканирования происходят изменения ширины ДН, КНД и УБЛ; в ФАРс круговой или управляемой поляризацией изменяется поляризационная характеристика. Наиболее важным для радиотехнической системы является коэффициент усиления (КУ) ФАP в секторе сканирования. КУ является интегральным параметром, учитывающим все изменения направленности и все тепловые потери в фазовращателях, излучателях и системе распределения мощности. На стадии проектирования ФАР произвести точный расчет ожидаемого КУ в секторе сканирования и диапазоне частот оказывается затруднительно. Приближенно оценить изменение КУ в секторе сканирования с учетом изменения КНД при дискретном фазировании (11.15) можно с помощью выражения [2—5]

, (11.16)

где S — площадь изучающего раскрыва; ν — апертурный коэффициент использования поверхности раскрыва, учитывающий амплитудное распределение; — нормированная ДН излучателя в решетке по напряженности поля с учетом взаимодействия элементов; η — КПД ФАР, учитывающий все потери в излучателях, фазовращателях и системе возбуждения.

ДН излучателя в решетке может существенно отличаться от идеальной ДН наличием провалов в для некоторых направлений и меньшим КНД для углов . Эти обстоятельства приводят к значительному падению КУ при отклонении ДН [2—5, 14]. Провалы в ДН элемента при сканировании могут возникать, например вследствие рассогласования элемента с трактом питания из-за взаимного влияния соседних элементов. Это вызывает так называемое «ослепление» ФАР для определенных направлений и сопровождается резким возрастанием УБЛ ДН и снижением КНД и КУ ФАР [2—5, 14]. Ослепление ФАР недопустимо, поэтому для исключения этого явления проводится оптимизация парциальной ДН путем выбора типа излучателя, его размещения, уменьшения взаимной связи с другими элементами и т. д.

КПД ФАР существенно зависит от рабочего диапазона частот и характеристик элементной базы. В СВЧ диапазоне потери в фазовращателях могут составлять приблизительно 1—1,5 дБ; потери в системе возбуждения обычно оказываются такого же порядка. В результате КПД ФАР составляет 50—60 % [3—5, 14]. Потери в p-i-n-диодных ФВ в диапазонах СВЧ и КВЧ несколько выше и составляют единицы дБ. В последние годы в качестве альтернативы p-i-n-диодам все шире используются микроэлектромеханические переключатели (MEMS), несколько уступающие по быстродействию (1—10 мкс), но более экономичные и позволяющие снизить потери до 1—3 дБ на частотах до 30—40 ГГц. На сегодняшний день рабочие частоты ФВ на MEMS достигают 100—110 ГГц.

Наряду с традиционными ФАР в РТС различного назначения все шире применяются активные фазированные антенные решетки (АФАР) [2—5, 14], отличающиеся наличием в тракте каждого излучателя (или небольшой группы излучателей) собственного фазируемого генератора, усилителя, преобразователя или умножителя частоты. Обычно АФАР состоит из интегрированных модулей. Достоинства передающих АФАР: отсутствие общего тракта питания, по которому передавались бы колебания высокого уровня мощности, соответственно, повышенная надежность; меньшие потери и, следовательно, более высокий КПД. Приемные АФАР имеют меньший уровень собственных шумов по сравнению с обычными ФАР. В целом АФАР отличает повышенная живучесть в плане сохранения работоспособности при выходе из строя одного или нескольких модулей [2—5, 14, 48]. В последние годы широко применяются и цифровые ФАР, принципы построения и функционирования которых подробно описаны в [49].