1.4 Определение состава модуля

Модули АФАР чаще всего делаются одноканальными. Как уже отмечалось выше, основными компонентами приёмного модуля являются малошумящий усилитель и управляемый фазовращатель (в подавляющем большинстве случаев — дискретный). Кроме этого, в приёмных модулях применяются следующие устройства:

Полосно-пропускающий фильтр. Используется в случае, когда приёмная и передающая АФАР работают одновременно в непосредственной близости друг от друга, а также для защиты от внеполосного излучения.

Юстировочный фазовращатель. Предназначен для выравнивания электрических длин каналов, неидентичных вследствие технологического разброса параметров. Неуправляем.

Стабилизатор напряжений. Его применение позволяет повысить коэффициент усиления МШУ.

Система питания и управления ФВ. Содержит ключи, которые преобразуют значение управляющего кода в фазовые сдвиги на разрядах ФВ.

Поскольку в техническом задании не предусмотрен дуплексный режим работы АФАР и не содержатся требования по подавлению внеполосного излучения, можно не использовать в модуле ППФ. При этом уменьшаются потери и снижается стоимость модуля.

С другой стороны, в задании требуется возможность смены направления вращения поля (при работе с эллиптически поляризованной волной). Для этого используется спиральный излучатель с двойной запиткой (подробнее см. “1.5. Выбор типа излучателя”), который имеет два выхода. Подключение каждого выхода к отдельному МШУ нецелесообразно, т.к. это приводит к сильному удорожанию системы без какого-либо улучшения её характеристик. Лучше поставить на входе модуля двухканальный коммутатор. Он внесёт некоторые дополнительные потери, но зато позволит подключить два кабеля к одному МШУ.

Итак, приёмный модуль данной АФАР — одноканальный с двумя входами. Функциональная схема модуля соответствует рис. 1.3.

К МШУ ФВ ЮФВ

СН СПУ

К — двухканальный коммутатор

МШУ — малошумящий усилитель

ФВ — управляемый фазовращатель

ЮФВ — юстировочный фазовращатель

СН — стабилизатор напряжения

СПУ — система питания и управления ФВ

тракт прохождения СВЧ сигнала

шины питания и управления

Рис. 1.3 Функциональная схема приёмного модуля

1.5 Выбор типа излучателя

Основным критерием при выборе излучателя для данной АФАР будем считать возможность работы с эллиптически поляризованной волной. Рассмотрим несколько типов антенн, удовлетворяющих этому критерию, и выберем из них наиболее подходящий:

Микрополосковая антенна (МПА) имеет очень малые габариты и вес и поэтому хорошо подходит для использования в АР (особенно многоэлементных). Но рабочая полоса частот МПА не превышает 5%, а эллиптическая поляризация поля может быть получена лишь в полосе до 1%. Так как в техническом задании указан диапазон частот 7.25 ¸ 7.75 ГГц, то требуемая ширина полосы составляет:

f_max – f_min 7.75 – 7.25

Df = –––––––– = –––––––––– » 7%;

f_o 7.5

Значит, МПА не подходит для данной системы из-за узкополосности.

Турникетная антенна имеет достаточную полосу, но в силу своей конструкции обладает слабой направленностью. КНД симметричного вибратора не превышает 4 единиц, а ширина ДН варьируется от 90° до 44° при разном отношении размера плеч к длине волны. Но в решётках с малым сектором сканирования целесообразно применять излучатели с узкой ДН, чтобы в максимальной степени использовать эффект подавления дифракционных лепестков. Кроме того, увеличение КНД излучателя позволяет повысить усиление АР и тем самым ослабить требования к шумовой температуре, необходимой для обеспечения заданного энергетического потенциала приёмной АФАР. Поэтому турникетную антенну использовать нецелесообразно.

Спиральная антенна свободна от указанных выше недостатков. Коэффициент перекрытия для цилиндрической спирали составляет:

l_max

–––– = 1.7;

l_min

Коническая спираль ещё более широкополосна. Конструкция спиральной антенны позволяет изменять её параметры в широких пределах, получая при этом нужные электрические характеристики. Достоинствами спиральной антенны также являются малый вес и простота конструкции.

Итак, выбираем в качестве излучателя проектируемой АФАР спиральную антенну. Т.к. требуемый по ТЗ коэффициент перекрытия:

l_max f _max

–––– = –––– = 1.07 < 1.7;

l_min f _min

то можно использовать цилиндрическую спираль. Конструкция такой антенны показана на рис. 1.4.

(1) (2)

(3)

(4)

(1) — спиральный проводник

(2) — диэлектрическое основание

(3) — фидерная линия

(4) — рефлектор (проводящий экран)

Рис. 1.4 Конструкция цилиндрической спиральной антенны

Возможность смены поляризации обеспечивается двойной запиткой, что означает подключение фидерных линий к обоим концам спирали. При падении волны, у которой направление вращения поля совпадает с направлением намотки спирали, в витках спирали наводятся токи, текущие “сверху вниз”, т.е. от свободного конца к экрану. При этом возбуждается фидер, подключенный к “нижнему” концу спирали (в плоскости экрана). Если же падающая волна поляризована в обратном направлении, такие токи наводиться не будут, т.к. поле направлено поперёк витков. Дойдя до экрана, волна отражается от него и направление вращения поля меняется на противоположное, совпадающее с направлением намотки. Распространяясь в обратную сторону, отражённая волна наводит в витках спирали токи, текущие “снизу вверх”, т.е. от экрана. При этом возбуждается фидер, подключенный к “верхнему” концу спирали. Конструкция такой антенны показана на рис. 1.5.

ЛП

ПП

ЛП — фидерная линия для левополяризованной волны

ПП — фидерная линия для правополяризованной волны

Рис. 1.5 Конструкция цилиндрической спиральной антенны с двойной запиткой