Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
MRTUS / DP_R1.DOC
Скачиваний:
151
Добавлен:
16.04.2013
Размер:
1.48 Mб
Скачать

1.9 Выбор схемы разводки

В АФАР применяются распределители двух основных типов: закрытые (фидерные) и открытые (оптические). Вполне очевидно, что для моноимпульсной приёмной АФАР оптическая схема суммирования не подходит. Среди фидерных схем наиболее предпочтительна параллельная, которая обладает следующими преимуществами:

·электрическая длина всех каналов одинакова;

·потери во всех каналах равны;

·отсутствует накопление фазовой погрешности;

·можно использовать маломощные быстродействующие ФВ.

На практике параллельный фидерный распределитель чаще всего реализуется по двоично-этажной схеме. Её достоинством является простота (т.к. независимо от числа излучателей во всех узлах схемы стоят одинаковые бинарные сумматоры). Некоторое неудобство заключается в сильной дискретности по количеству входов, которое равно 2M, где M — число этажей. Но количество излучателей (N) в данной АФАР равно 120, поэтому число неиспользуемых входов будет мало (M=7; 2M – N = 128 – 120 = 8).

В связи с тем, что в составе данной АФАР имеется СРС, удобно выполнить схему разводки в виде четырёх отдельных блоков суммирования, каждый из которых формирует сигнал от одного из квадрантов решётки (рис. 1.9). Блоки строятся по двоично-этажной схеме (рис. 1.10) и имеют по 32 входа, из них 2 нерабочих. Таким образом, схема разводки становится 5-этажной (M=5), а роль двух нижних этажей суммирования выполняет СРС.

Заметим, что поскольку АФАР однолучевая и число этажей суммирования невелико, то активная схема разводки не требуется.

1 квадрант 2 квадрант 3 квадрант 4 квадрант

. . . . . . . . . . . .

S32 S32 S32 S32

к СРС

Рис. 1.9 Схема разводки моноимпульсной АФАР (N=120)

1 . . . 4 . . . 8 . . . 12 . . . 16 . . . 20 . . . 24 . . . 28 . . . 32

к СРС

Рис. 1.10 Структура блока суммирования (M=5)

1.10 Энергетический расчёт афар

Энергетика приёмных АФАР может характеризоваться двумя параметрами: энергетическим потенциалом (Sэф / Tэф) или качеством приёма (G / Tэф). В техническом задании оговаривается минимальное значение качества приёма в секторе сканирования:

Gmin N*gmin N*Do*Fи(qск)

Пmin = ——— = ———— = ——————— ;

Tэф Tэф Tэф

Gmin — минимальное усиление решётки в секторе сканирования;

N — количество излучателей;

gmin — минимальное усиление излучателя в секторе сканирования;

Do — КНД излучателя;

Fи(qск)— значение ДН излучателя на краю сектора сканирования;

Tэф — эффективная шумовая температура, приведённая ко входу.

Структурная схема приёмного канала изображена на рис. 1.11. Шумовая температура АФАР зависит от показанных на этой схеме потерь в фидерном тракте, параметров МШУ и приёмника.

L1 Кш, Кр L2 Кш, Кр L3 Тпрм

МШУ МШУ Прм

L1, L2, L3 — потери в элементах тракта;

Кш — коэффициент шума МШУ;

Кр — коэффициент передачи МШУ;

Тпрм — шумовая температура приёмника;

Рис. 1.11 Структура приёмного канала АФАР

Величиной шумовой температуры излучающего раскрыва обычно пренебрегают, т.к. в СВЧ-диапазоне она достаточно мала. Рассмотрим подробно состав потерь в элементах тракта с учётом выбранной схемы разводки и схемы приёмного модуля:

·Величина L1 определяется потерями в кабеле, соединяющем излучатель с модулем, и потерями в коммутаторе на входе модуля;

·Величина L2 включает в себя потери в ФВ, блоке суммирования (БС) и в СРС, а также потери в соединительных кабелях на трёх участках: между ФВ и БС, между БС и СРС, между СРС и выходным МШУ;

·Величина L3 учитывает потери в кабеле, соединяющем выходной МШУ и приёмник.

Для рассмотренной структуры канала шумовая температура АФАР (в градусах Кельвина) определяется по формуле:

(L2 –1)*L1 ш –1)*L1*L2

Tэф = То*(Кш*L1 –1) + То ———— + То —————— +

Кр Кр

(L3 –1)*L1*L2 L1*L2*L3

+ То —————— + Тпрм ———— ;

Кр2 Кр2

То=290 К;

Здесь полагается, что Кш и Кр обоих МШУ равны. Из формулы видно, что шумовые свойства АФАР определяются в основном потерями на входном участке канала (между излучателем и первым МШУ) и величиной Кш. Если значения L1, L2, L3 и Тпрм известны, то по заданной шумовой температуре Tэф можно определить требуемые параметры МШУ Кр и Кш.

По техническому заданию качество приёма должно быть не менее 6.5 дБ/К, или 4.47 1/К. Определим максимально допустимую величину Tэф, исходя из результатов предыдущих расчётов:

N*Do*Fи(qск) 120*25*0.6

Tэф = —————— = —————— » 402 К » 400 К;

Пmin 4.47 1/К

Потери на участках канала данной АФАР вычисляются по формулам:

L1 = Lкаб*lвх + Lком;

L2 = LФВ + Lкаб*(l1 + l2 + l3) + Lсум*M + LСРС;

L3 = Lкаб* lвых;

Lкаб — погонные потери в кабеле, дБ/м;

Lком — потери в коммутаторе на входе модуля, дБ;

LФВ — потери в фазовращателе, дБ;

Lсум — удельные потери в блоке суммирования, дБ/этаж;

M — количество этажей суммирования;

LСРС — потери в суммарно-разностной схеме, дБ;

lвх — длина кабеля между излучателем и модулем, м;

l1 — длина кабеля между ФВ и блоком суммирования, м;

l2 — длина кабеля между блоком суммирования и СРС, м;

l3 — длина кабеля между СРС и выходным МШУ, м;

lвых — длина кабеля между выходным МШУ и приёмником, м.

Исходя из размеров апертуры АФАР (D=102 см), оценим длины соединительных кабелей:

lвх=0.3 м; l1=l2=0.4 м; l3=0.1 м; lвых=0.5 м.

Параметры отдельных элементов тракта для данного диапазона частот составляют (по данным С. И. Олесова):

Lкаб=3 дБ/м; Lком=0.8 дБ; LФВ=3 дБ; Lсум=0.3 дБ/этаж.

Число этажей суммирования M=5; потери в суммарно-разностной схеме можно оценить величиной 3 дБ. Определим потери на участках приёмного канала АФАР:

L1 = 3 дБ/м*0.3 м + 0.8 дБ = 1.7 дБ » 1.48;

L2 = 3 дБ + 3 дБ/м*(0.4 м + 0.4 м + 0.1 м) +

+ 0.3 дБ/этаж*5 этажей + 3 дБ = 10.2 дБ » 10.47;

L3 = 3 дБ/м*0.5 м = 1.5 дБ » 1.41;

Величина Тпрм для данного диапазона частот составляет около 3000 К (по данным С. И. Олесова). Значение Кр на практике не превышает 30 дБ (при дальнейшем увеличении Кр фазовые ошибки становятся недопустимо большими; кроме того, возникает проблема устойчивости). В связи с тем, что величины потерь L1 и L2 оказались достаточно большими, целесообразно использовать МШУ с максимальным коэффициентом передачи. Итак, Кр=30 дБ=1000 раз. Определим значение Кш, требуемое для обеспечения Tэф=400 К:

F1(L1,L2,L3рэфпрмо)

Кш = ———————————— » 1.58 » 2 дБ;

F2(L1,L2р)

L1*L2 Тэф (L2 –1)*L1 (L3 –1)*L1*L2 Тпрм L1*L2*L3

F1=1+ ——— + —— – ——–—— – —————— – —— * ———— ;

Кр То Кр Кр2 То Кр2

L1*L2

F2=L1 + ——— ;

Кр

Итак, для обеспечения требуемого качества приёма необходимо использовать в данной АФАР МШУ со следующими параметрами:

Кр=30 дБ; Кш=2 дБ.

Поскольку полученные из расчёта значения Тэф и Кш округлялись в лучшую сторону (вниз), то заданная величина П = G / Tэф = 6.500 дБ/К обеспечивается с избытком:

10.47 – 1)*1.48

Тэф = 290 K*(1.58*1.48 – 1) + 290 K ———————— +

1000

(1.58 – 1)*1.48*10.47 (1.41 – 1)*1.48*10.47

+ 290 K —————————— + 290 K —————————— +

1000 10002

1.48*10.47*1.41

+ 3000 K ———————— » 397 K;

10002

G 120*25*0.6

П = —— = —————— » 4.530 1/К » 6.561 дБ/К;

Тэф 397 К

При определении энергетики АФАР необходимо учитывать, что из-за дискретного фазирования излучателей происходит некоторое снижение усиления, обусловленное появлением в ДН решётки т.н. коммутационных лепестков. Величину этого эффекта можно рассчитать через значение среднеквадратичной фазовой ошибки по следующей формуле:

p2

DG = ——— ;

3*22p

p — количество разрядов фазовращателя (бит).

При использовании четырёхразрядных ФВ (p=4, дискрет фазы DF=22.5°) падение усиления составляет 0.06 дБ. Таким образом, качество приёма остаётся в заданных пределах:

П = 6.561 дБ/К – 0.060 дБ/К = 6.501 дБ/К;

Определим погрешность установки луча в заданном направлении (минимальный коммутационный скачок) на краю сектора сканирования:

Dq0.5*DF

dq = ——————— ;

2*N*Cosqск

Dq0.5 — ширина луча;

DF — дискрет фазы;

qск — максимальный угол сканирования;

N — количество излучателей вдоль данного направления.

Значение N можно определить по методу эквивалентной линейки. В худшем случае (при симметричном расположении элементов относительно данного направления) для круглой апертуры получим N=NS / 2, где NS — общее число излучателей. Тогда:

2°*22.5°

dq = —————————— » 0.4° < 1°;

2*(120 / 2)*Cos15°

Таким образом, заданная точность выставки луча обеспечивается.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке MRTUS