ИЗЛУЧАТЕЛИ ФАР

Как правило, ФАР, используемые в морской радиолокации, имеют угол сканирования не менее 90⁰. Это связано с бортовой и килевой качками, которые необходимо скомпенсировать, управляя лучом ФАР.

Бортовая качка больше килевой, и для малых судов допустимой величиной является 30⁰, поэтому плоские ФАР устанавливаются под углом 30⁰ относительно вертикали, откуда следует, что угол сканирования лучом ФАР для обзора верхнего полупространства должен быть примерно 150⁰, что существенно превышает ширину ДН распространенных излучателей.

Принципиальное ограничение: угол сканирования луча ФАР не может быть больше ширины ДН излучателей, входящих в состав ФАР.

Для получения широкоугольного сканирования могут быть использованы антенны в виде излучающих концов ПВ, волноводно-щелевые излучатели и антенны Вивальди. Наиболее часто в качестве излучателей ФАР используются волноводно-щелевые излучатели (ВЩИ).

Основой создания ВЩИ является:

1) волна H₀₁ в ПВ;

2) токи, протекающие по стенкам ПВ

Рис. 5-1

Рис. 5-2

Рис. 5-3

Из рис. 5-2 токи на широких стенках криволинейны, на узких прямолинейны. Относительно токов проводимости щель может занимать положение (1), (2), (3) (рис.5-3). Из рис.5-3 щели (1) и (3) пересекаются токами проводимости, следовательно, они излучают; щель (2) огибается токами проводимости, поэтому она называется неизлучающей. Чем больший ток пересекает щель, тем уровень излучения выше, следовательно, щель (1) излучает сильнее всего. Чем равномернее токи, пересекающие щель, тем шире ДН щели. Наибольшей шириной ДН обладает щель (3), если ее прорезать на узкой стенке ПВ. Это тем более удобно, т.к. длина щели на узкой стенке меньше, чем на широкой. Такая щель эквивалентна ЛСВ с длиной плеча меньше . Ширина ДН такого вибратора наибольшая. В ФАР с ВЩИ используются наклонно расположенные щели на узкой стенке.

В соответствии с рис. 5-1 и 5-3 в зависимости от расположения щели они обладают различными сопротивлениями или проводимостями.

Таблица 5.1

Как указывалось, наиболее предпочтительной является щель (3). Эквивалентом щели (3) является щель (2) табл. 5.1, которая содержит активную и реактивную составляющие проводимости. Реактивная составляющая не влияет на мощность, излучаемую щелью, и порождает неоднородность в ПВ.

Исходя из теории многополюсников, каждая из щелей трансформируется вдоль волновода плоскости КЗ, вследствие чего весь волновод с излучателями становится эквивалентен системе объемных резонаторов, т.е. образует фильтр. Каждый из резонаторов обладает высокой добротностью, поэтому такие фильтры являются узкополосными.

Вследствие топологических разбросов при изготовлении ВЩИ резонансные частоты могут отличаться по различным линейкам излучателей. Это приводит к искажению ДН ФАР в угломестной плоскости, т.к. фазовые соотношения при сканировании в угломестной плоскости нарушаются. Для устранения резонансов достаточно изменить расстояние между щелями на сотые доли мм.

Другим методом борьбы с резонансами является увеличение ширины щели, т.к. при этом излучаемая мощность увеличивается (растут потери на излучение), добротность резонаторов падает, рабочая полоса частот расширяется.

(5.1)

(*)

Из (5.1) с учетом (*) следует, что g_щ зависит от угла ее наклона, и чем больше d, тем меньше g и из (5.2) – тем больше P_изл.

Рис. 5-2

Рис.5-3

При данном расположении щели при любом Q, кроме Q=0, излучение происходит в двух взаимноперпендикулярных плоскостях (рис.5-2). Как правило, в РЛС используется лишь одна поляризация. Для этого щели в волноводе прорезаются наклонно-переменными и добавляется поляризатор.

Рис. 5-4(а)

Рис.5-4(б)

При ориентации щели рис. 5-4(а) и разложении токов рис. 5-4(б) видно, что имеют противоположное направление, с учетом расстояния между щелями - синфазны, создают излучение по азимуту. синфазен с и с учетом расстояния между щелями d1 и d2 противофазны. Их излучения в пространстве при интерференции взаимно уничтожают друг друга.

ВЫВОД: ВЩИ с наклонно переменными щелями имеют одну плоскость поляризации.

Для увеличения затухания угломестной поляризации устанавливаются поляризаторы рис.5-5.

Рис.5-5

При этом угломестная поляризация – тангенциальная к поляризаторам и быстро затухает.

Многощелевые антенны изображены на рис.5-6. Если используется один волновод, антенна обладает узкой ДН по азимуту и широкой по углу места.

ФАР с ВЩИ являются узкополосными (работают в полосе частот до ±5%).

Рис.5-6

Поиск по сайту: