www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Anteny radarowe

Systemy zasilania dla anten fazowych

Zdjęcie typowej anteny radaru lotniczego: małe elementy promieniujące są zamontowane linia po linii na okrągłej powierzchni.

Zdjęcie 1: Radar używany w samolotach myśliwskich Tornado.

Anteny aktywne

Aktywne anteny fazowe to anteny, w których moc nadawcza jest generowana bezpośrednio na antenie przez wiele modułów nadawczo-odbiorczych małej mocy. Przykładami są radar używany w Tornado, obrona powietrzna AN/FPS-117 i APAR marynarki wojennej.

Anteny aktywne to anteny fazowe, w których zamiast centrum generowania mocy o wysokiej częstotliwości, każdy pojedynczy promiennik ma przypisany wzmacniacz mocy, który jest wygodnie umieszczony bezpośrednio na promienniku, tj. antenie. Ma to tę zaletę, że niezbędne przesuwniki fazowe muszą przetwarzać tylko małe moce.

Na przykład antena na zdjęciu składa się z 428 aktywnych elementów promiennika. Anteny aktywne zostały opisane bardziej szczegółowo w rozdziale Nadajnik.

Anteny pasywne

Pasywne anteny Phased Array są podzielone:

Pasywne anteny fazowe
Zasilane radiacyjnie
Zasilane liniowo
Transmisyjny typ
Refleksyjny typ
Szeregowe zasilanie
Równoległe zasilanie
Pasywne anteny fazowe
Zasilane radiacyjnie
Zasilane liniowo
Schemat blokowy: Klasyfikacja pasywnych anten fazowych.
Pasywne anteny fazowe dzielą się na anteny zasilane promieniowaniem (które dalej dzielą się na nadawcze i odbiciowe) oraz anteny zasilane linią (które dalej dzielą się na szeregowe i równoległe).
Pasywne anteny fazowe
Zasilane radiacyjnie
Zasilane liniowo

Zasilanie liniowe jest zdecydowanie najczęstszym sposobem zasilania pasywnej anteny fazowej. W przypadku zasilania liniowego potrzebny jest obwód falowodu lub sieć żebrowana, aby rozprowadzić centralnie generowaną moc do poszczególnych elementów (przykład: PAR-80).

Rzadziej stosowaną metodą jest zasilanie promieniowane, w którym powierzchnia anteny jest promieniowana mocą nadawczą przez promiennik tubowy. Jest ona następnie odbierana przez małe anteny rozmieszczone na danym obszarze, poddawana wpływowi fazy, a następnie ponownie emitowana (przykład: Patriot).

Rysunek 2: Szeregowe zasilanie elementów promieniujących

Rysunek przedstawia szeregowe zasilanie elementów promieniujących anteny fazowej: wszystkie elementy promieniujące są podłączone do linii zasilającej w pewnej odległości, ale zawsze równej sobie.

Rysunek 2: Szeregowe zasilanie elementów promieniujących (Obraz interaktywny)

Szeregowe zasilanie anteny pasywnej

W przypadku szeregowego zasilania anten fazowych, elementy promieniujące odbierają moc nadawczą jeden po drugim. Podczas regulacji przesuwników fazowych należy wziąć pod uwagę rosnące przesunięcie fazowe wynikające ze zwiększonej długości linii zasilającej. Przesunięcie częstotliwości nie jest możliwe w przypadku zasilania szeregowego.

Jeśli mimo to dokonywana jest zmiana częstotliwości, komputer musi również ponownie obliczyć przesunięcie fazowe (lub, w praktyce, użyć innej tabeli kątów fazowych).

Odsprzęganie linii zasilającej odbywa się za pomocą sprzęgaczy kierunkowych, które są regulowane w taki sposób, że tylko pewna część całkowitej mocy jest odsprzęgana. Wielkość tej części jest często określana zgodnie z pewnym schematem, np. zgodnie z rozkładem gaussowskim lub dwumianowym. Taki rozkład mocy wpływa na wielkość listków bocznych w charakterystyce anteny.

Rysunek 3: Równoległe zasilanie elementów promieniujących anteny pasywnej

Schemat przedstawia równoległe zasilanie elementów promieniujących anteny fazowej. Linia zasilająca jest stale podzielona na dwie linie, dzięki czemu na końcu wszystkie promienniki (dwa na dwa) otrzymują taką samą moc i taką samą fazę.

Rysunek 3: Równoległe zasilanie elementów promieniujących anteny pasywnej (Obraz interaktywny)

Równoległe zasilanie anteny pasywnej

Przy równoległym zasilaniu anten fazowych moc nadawania jest dzielona równo w fazie w każdym węźle. Każdy element promieniujący ma linię zasilającą o tej samej długości i dlatego jest niezależny od częstotliwości. Ostatecznie 2n promienników odbiera taką samą ilość mocy w tej samej fazie.

Dlatego zmiany częstotliwości nie wpływają na różnice faz. Ma to tę zaletę, że komputer może zignorować długość linii zasilających podczas obliczania przesunięcia fazowego i że szerokość pasma linii zasilającej antenę wzrasta. Jest to zaleta dla elastyczności częstotliwości i pozwala na zróżnicowanie częstotliwości i kompresję impulsów.

Zasilanie radiacyjne z typem transmisji
Różnica czasu przejścia

Rysunek 4: Zasilanie radiacyjne typu transmisyjnego

Schemat przedstawia działanie anteny fazowej jako typu transmisyjnego.
Różnica czasu przejścia

Rysunek 4: Zasilanie radiacyjne typu transmisyjnego (Obraz interaktywny)

Antena fazowa z zasilaniem radiacyjnym ma tę zaletę, że dystrybucja mocy do poszczególnych promienników jest już zróżnicowana przez promiennik tubowy. Regiony centralne otrzymują silniejsze oświetlenie, podczas gdy regiony peryferyjne otrzymują słabsze oświetlenie zgodnie z rozkładem Gaussa. Taki rozkład mocy redukuje boczne zniekształcenia wzoru anteny. Typ nadawczy jest typem zasilania promieniowanego, w którym powierzchnia anteny jest oświetlana od tyłu przez promiennik tubowy z mocą nadawczą. Jest ona następnie odbierana przez małe anteny, wpływa na fazę, a następnie jest ponownie wypromieniowywana.

Jednak przestrzeń za anteną fazową jest zasłonięta przez pole zasilające. Co więcej, promiennik tubowy nie jest umieszczony przed anteną, aby tworzyć cienie. Różnice w czasie propagacji pomiędzy poszczególnymi promiennikami są tym większe, im bliżej pola anteny zamontowany jest promiennik główny. Te czasy przejścia muszą być brane pod uwagę przy sterowaniu przesuwnikiem fazowym (ten typ anteny jest zatem bardziej podobny do podajnika szeregowego pod względem sterowania, a zatem ma również swoje ograniczenia pod względem szerokości pasma anteny).

Kompleks rakiet obrony powietrznej Patriot wykorzystuje antenę fazową jako typ transmisji.

W zakresie fal milimetrowych typ transmisji przeżywa renesans, wykorzystując mały chip radarowy ze zintegrowaną anteną jako główny promiennik.

Zasilanie radiacyjne z reflektorem
Reflektor

Rysunek 5: Zasilanie radiacyjne z reflektorem

Schemat przedstawia działanie anteny fazowej typu refleksyjnego.
Reflektor

Rysunek 5: Zasilanie radiacyjne z reflektorem (Obraz interaktywny)

Typ reflektorowy jest rodzajem zasilania promieniowaniem, w którym powierzchnia anteny jest oświetlana frontalnie przez tubę zasilającą z mocą nadawczą. Jest ona następnie odbierana przez małe anteny, poddawana wpływowi fazy, odbijana w płaszczyźnie odbicia, ponownie poddawana wpływowi przesuwników fazowych i ponownie emitowana (przykład: AN/APQ-140)

W przypadku typu refleksyjnego za anteną jest wystarczająco dużo miejsca, aby pomieścić wszystkie obwody (np. sterowanie przesuwnikiem fazowym, zasilanie itp.). Przeszkadza w tym promiennik tubowy. Dokładnie w najlepszym kierunku promieniowania (pośrodku) nie tylko tworzy cień, ale także ponownie odbiera odbitą energię, co tworzy falę stojącą w systemie zasilającym.

Ale musi być gdzieś pośrodku, w przeciwnym razie będą różne czasy propagacji do elementów promieniujących. Jeśli te różne czasy propagacji zostaną zaakceptowane i uwzględnione podczas sterowania przesuwnikami fazowymi, promiennik tubowy można zamontować poza kierunkiem wiązki, jak w przypadku anteny offsetowej. W takim przypadku możliwe jest nawet użycie różnych promienników tubowych do nadawania i odbioru poprzez przełączanie sterowania przesuwnikiem fazowym, oddzielając w ten sposób ścieżkę nadawania od ścieżki odbioru. W przypadku tego typu sterowania przesunięciem fazowym, antena przyjmuje również funkcję przełącznika nadawanie-odbiór.