53. Многолучевые антенны. Диаграммообразующие схемы Батлера, Бласса, Нолана.
Схемы с возможностью формирования нескольких лучей становятся все более привлекательными для коммерческих приложений, таких как space division multiplex access (SDMA), возимых радаров, и систем дистанционного зондирования.
ДОС являются важными компонентами для любой многолучевой системы. Как таковые, они являются предметом интенсивных исследований, как в плане производительности, так и в плане миниатюризация и уменьшения стоимости. Существуют два основных типа ДОС, активные и пассивные. Активные ДОС имеют ряд недостатков при использовании в сочетании с большим числом излучающих элементов. Наиболее известным недостатком является то, что сложность ДОС, необходимое пространство и стоимость растут линейно вместе с числом элементов. Для большого числа антенных лучей ДОС становят ся сложными, дорогостоящими и не реализуемыми. Основным преимуществом таких систем является гибкость в создании какой-либо конкретной направленности излучения. Альтернативой является пассивное формирование луча. Низкая стоимость, компактность и возможность одновременной обработки разных секторов пространства - являются основными их преимуществами. Пассивная ДОС отличается от электронной сканирующей решетки тем, что она имеет один порт для каждого отдельного луча. Если отдельная система передачи или приема подключена к каждому порту, то могут одновременно выполняться независимые операции в разных направлениях. Обращение к различным секторам пространства в одно и то же время приводит к увеличению пропускной способности системы (в частности, систем свя зи на основе SDMA) благодаря повторному использованию времени, кода и частоты. На протяжении многих лет преобладали две пассивные ДОС: линза Ротмана и матрица Батлера.
ДОС, основанные на линзах Ротмана и линзах из параллельных пластин наиболее часто используются в многолучевых системах. Из существующих линз, диэлектрические линзы, такие как линзы Люнеберга, являются самыми дорогими и сложными в производстве в миллиметровом диапазоне частот. Таким образом, лучшим выбором для больших антен ных решеток является формирователи луча на основе линз Ротмана.
ДОС, состоящая из
дискретных компонентов, таких как линии
передач, делители мощности и устройства
сложения мощности, собран ные в матричную
структуру, формирующую несколько лучей,
является альтернативой линзовому типу
ДОС. Линии передачи разной дли ны или
другие фазовращатели обеспечивают
фазовые сдвиги, необходимые этим
матрицам для создания сканирующего
луча. Устройства сложения мощности и
делители мощности могут быть выбраны
из совокупности пассивных устройств,
доступных в зависимости от используемых
технологий. 
Есть два основных типа ДОС используемых на практике: матрица Бласса и матрица Батлера. Матрица Бласса более гибкая в отношении фазового распределения, но имеет существенный недостаток - большие потери в связи с наличием ограничивающих линий.
Сравнение матриц Бласса и Батлера поможет определить преимущества и объяснить большую распространенность матрицы Батлера. Матрица Бласса состоит из строк и столбцов, как показано на рисунке 2. Количество строк соответствует количеству лучей. Столбцы используются для соединения всех входных портов излучающих элементов.
Все строки и столбцы
матрицы связаны пересекающейся линией,
выполненной в виде направленного
крестового соединителя. Сигна лы,
принятые на каждом входном порте
распространяются вдоль соответствующих
линий питания, завершающихся согласованной
нагрузкой, чтобы избежать отражения
сигнала. На каждом пересечении, небольшая
часть сигнала вводится в каждый столбец,
возбуждая соответствующий излучающий
элемент. Направленный соединитель
рассчитан на хорошую передачу сигнала
по прямой, и худшую передачу по
ответвленной линии. Длины пути между
входом и излучающим элементом определяют
направление луча, тогда как распределение
энергии по всей решетки контролируется
коэффициентами связи. 
Главными достоинствами матрицы Бласса является возможность создания нескольких лучей в произвольном направлении и покрытие широкого диапазона сканирования. Тем не ме нее, матрица Бласса также имеет два существенных недостатка, которые ограничивают производительность и делают ее сложной в изготовлении. Первым недостатком является наличие согласованной нагрузки в конце каж дой линий. Это приводит к большим потерям по сравнению с матрицей Батлера. Лучшие описанные матрицы Бласса имеют теоретический КПД равный 80%. Такая эффективность может быть достигнута только путем регулирования коэффициента связи на пересечениях. Коэффициент связи меняется в представленной конструкции от-7 дБ до -28,77дБ, что значительно ограничивает конструкторские возможности при проектировании матрицы Бласса.
Второй и более существенный недостаток матрицы Бласса - взаимодействия между питающими линиями. Первый порт луча является исключением, имеющим хорошую изоляцию из-за высокой направленности соединителя. Возбуждение других портов производит вторичные лучи в связи с наличием нескольких путей распространения внутри матрицы.
По сравнению с матрицей Бласса, матрица Батлера обеспечивает полную передачу мощности к антенной решетке. Впервые матрица Бат лера была представлена в 1961 Батлером и Лове. Матрица Батлера строится посредством объединения фиксированных секций фазовращателей и соединителей, как показано на ри сунке 3. Эта матрица требует меньшего количества соединителей и пересечений по сравнению с матрицей Бласса. Это становится особенно ясно, если обратить внимание на то, что конструирование одного соединителя не может сравниться с проектированием NxN направлен ного соединителя (N - число входных и выходных портов).
Таким образом, несмотря на наличие сильных сторон, матрица Бласса имеет серьезные недостатки с точки зрения количества компонентов, сложности конструирования, и, что особенно важно, потерь, которые будут увеличиваться с размерами матрицы. Малое количество описанных конструкций этой матрицы, подтверждает это мнение.
Mini antennas == big cohonnas
