КЛАССИФИКАЦИЯ ФАР

Поскольку ФАР являются разновидностью антенн, имеет смысл рассмотреть классификацию антенн в общем виде, и тогда ФАР будут являться составной частью.

Критериев классификации можно предложить достаточно много, и все они являются корректными. Можно предложить классификацию по рабочим диапазонам длин волн, электрическим характеристикам, конструкторско-технологическому исполнению, областям применения и т.д. Недостатком таких классификаций является то, что они не учитывают функциональных возможностей современных антенн.

Превращение антенны из устройства в систему изменяет подход к классификации.

Критерием классификации может служить обработка информации (сигнала), происходящая в антенне и СВЧ тракте. Такая обработка может осуществляться на рабочей частоте, более низкой или более высокой, линейной или нелинейной, аналоговой или цифровой, адаптивной и т.д. Так как поле, излучаемое или принимаемое отдельным излучателем, характеризуется частотой, амплитудой, фазой и поляризацией, то и обработка сигнала должна происходить по данным параметрам. Исходя из принятого критерия, предложенного Д.И.Воскресенским, классификация антенн по обработке сигнала приведена на рис. 1-1.

Простейшими антеннами являются антенны бегущей волны, в которых суммирование сигнала осуществляется в питающем фидере.

В РЛС широко используются моноимпульсные антенны, в которых с одного раскрыва возможно формирование одновременно нескольких лучей. Чаще всего их три, и называются они суммарно-разностными диаграммами направленности (Д.Н.). Это позволяет существенно увеличить разрешающую способность в РЛС по координатам цели.

Рост скорости летательных аппаратов потребовал от А.У. высокой скорости сканирования при сохранении направленных свойств, достигнутых в зеркальных антеннах с механическим сканированием. Это привело к интенсивному развитию электрически сканирующих ФАР с частотным, фазовым и коммутационным сканированием.

Потери, присущие линиям передачи от генератора до распределительной системы, в самой распределительной системе (рис. 1) можно скомпенсировать путем подведения энергии СВЧ маломощных генераторов к каждому излучающему элементу. Это направление нашло отражение в активных фазированных антенных решетках (АФАР).

В зависимости от окружающей электромагнитной обстановки (наличия помех, дисперсии на трассе и т.д.) параметры антенны необходимо менять во времени, и тогда данный класс антенн относится к динамическим.

Рис.1-1. Классификация антенн

С ними тесно связаны и так называемые адаптивные антенны, которые «подстраиваются» своими параметрами под окружающую обстановку (электромагнитную, размер и направление движения цели и т.д.).

Борьба с помехами, как пассивными, так и активными, возможна путем нелинейного преобразования сигнала от каждого излучателя (приемника) путем перемножения, возведения в степень, делением, усреднением и т.д., что осуществляется в антеннах с нелинейной обработкой сигнала.

Новым классом антенн являются цифровые антенные решетки, которые включают в себя системы усилителей, смесителей, фазовых детекторов, АЦП, с помощью которых и ЭВМ осуществляется цифровое формирование Д.Н.

Радиооптические А.Р. – это антенны с оптической обработкой сигнала. Сигнал каждого излучателя преобразуется в колебание оптического диапазона, в результате чего формируется оптическое изображение окружающей радиолокационной обстановки в реальном масштабе времени.

Очевидно, что при разработке А.С. могут быть использованы одновременно несколько принципов обработки сигнала.

Поскольку ФАР являются системами, на их электрические параметры оказывают существенное влияние многие факторы. Одним из них является геометрическая форма, образованная системой излучателей. Поэтому необходимо рассмотреть классификацию ФАР в зависимости от геометрической формы, не вдаваясь в форму самих излучателей. Данная классификация приведена на рис. 1.2.-1.4.

Простейшими ФАР являются антенные системы, в которых излучатели располагаются на одной прямой (рис.1-2.). Из данных излучателей достаточно легко (теоретически) можно создать пространственные ФАР, расположив излучатели на плоскости, по образующим цилиндра, конуса, сферы (рис. 1-2.). В настоящее время стали разрабатываться ФАР более сложной формы (рис.1-3.), а также в комбинации с другими типами антенн (рис.1-4.).

Если излучатели располагаются равномерно (на одинаковом расстоянии друг от друга), такая решетка называется эквидистантной. При неравномерном расположении – неэквидистантной. Неэквивалентные решетки к настоящему времени разработаны чрезвычайно слабо в силу сложности математического аппарата.

Не менее важную роль играет схема возбуждения излучателей ФАР. От нее, в основном, зависит К.П.Д. всей антенной системы. Принятые в настоящее время схемы возбуждения приведены на рис. 1-5.

Рис.1-2. Типы антенных решеток

Рис.1-3. Многогранная АР Рис.1-4. Гибридная ФАР

с куполообразной линзой

Рис. 1-5. Схемы ФАР при пространственном (а, б)

и фидерном (в, г, д) возбуждении

Каждая из схем имеет свои преимущества и недостатки. Следует отметить, что принципиально возбуждение ФАР предпочтительнее пространственным методом, т.к. в этом случае отсутствуют тепловые потери, т.е. затухание равно нулю. Но происходит рассеяние энергии в окружающее пространство.

Создание модульных ФАР является наиболее перспективным с точки зрения конструкции, настройки, технологии изготовления. Особенно сильно данное преимущество проявляется при создании ФАР с большими геометрическими размерами. Они чаще всего применяются в космических аппаратах. Примером модульного построения ФАР является использование модулей различной формы (рис. 1-6.). Размер и форма модуля определяется решаемыми задачами. В настоящее время достигнут результат весовой характеристики: 300 г\м², что является весьма высоким достижением для антенн с размерами 2м х 50м. Т.е. весь вес антенны составляет не более 30 кг.

Рис. 1-6. Амплитудное распределение А(х) в апертуре в зависимости от прямоугольного а и гексагонального б-г размещения излучателей прямоугольной а, б, шестиугольной в и сложной г формы поперечного сечения

Поиск по сайту: