www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Системи живлення (збудження) для фазованих решіток

Air-borne active radar antenna

Рисунок 1. Носовий радіолокатор літака «Торнадо»

Активна антена

Активні фазовані антенні решітки — це антени, в яких випромінювана потужність генерується багатьма приймально-передавальними модулями невеликої потужності, розташованими безпосередньо в антені. Приклади: носовий радіолокатор винищувача «Торнадо», радіолокатор протиповітряної оборони AN/FPS-117 та морський радіолокатор APAR. APAR.

Активні антени зазвичай являють собою фазовані антенні решітки, в яких, замість одного потужного генератора або підсилювача потужності, кожен випромінювальний елемент має свій невеликий підсилювач безпосередньо у антені. Така схема має перевагу, яка полягає в тому, що фазообертачі в цьому випадку працюють з сигналами невеликої потужності.

Наприклад, антена, показана на Рисунку 1, складається з 428 активних випромінювальних елементів. Більш глибокий опис активних антен ви знайдете в розділі «Передавальні модулі активних антен».

Пасивна антена

Пасивні фазовані антенні решітки поділяються на:

пасивні фазовані решітки
з просторовим
збудженням
з хвилеводним
збудженням
випромінювального
типу
відбивального
типу
з послідовним
збудженням
с параллельным
возбуждением
пасивні фазовані решітки
з просторовим
збудженням
з хвилеводним
збудженням
Organigram
пасивні фазовані решітки
з просторовим
збудженням
з хвилеводним
збудженням

Хвилеводне збудження – найбільш розповсюджений спосіб живлення антен з пасивними фазованими решітками. Для хвилеводного збудження необхідні хвилеводні тракти, хвилеводні лінії (коаксіальні хвилеводи) або смужкові лінії для каналізації потужності (наприклад, радіолокатор PAR-80).

Метод просторового (оптичного, «ефірного») збудження застосовується набагато рідше. В цьому випадку елементи антенної решітки збуджуються падаючою на них хвилею від первинного рупорного опромінювача. Потужність передавача приймається елементами антенної решітки, перетворюється по фазі в кожному з них, і знову випромінюється (наприклад, радіолокатор зенітної ракетної системи «Patriot», радіолокатор огляду 64Н6 зенітної ракетної системи С-300П).

Рисунок 2. Фазована решітка з послідовним збудженням та крайовим живленням

Рисунок 2. Фазована решітка з послідовним збудженням та крайовим живленням (інтерактивний рисунок)

Послідовне збудження

При послідовному збудженні фазованої антенної решітки її випромінювальні елементи з’єднуються послідовно і розміщуються на все більшому віддалені від точки живленні. Решітка з послідовним збудженням і крайовим (кінцевим) живленням зображена на Рисунку 2. Решітка з центральним живленням може розглядатися як дві решітки з крайовим живленням. Решітки з послідовним збудженням є чутливими до частоти випромінювання, що призводить до обмеження їх смуги частот. При зміненні частоти випромінювання фаза сигналів на вході випромінювальних елементів змінюється пропорційно довжині лінії живлення так, що фазовий фронт на апертурі повертається і, таким чином, промінь антени сканує. Цей ефект є корисним для решіток з частотним скануванням, однак в решті випадків він є небажаним. Збільшена електрична довжина тракту до кожного випромінювального елементу має розраховуватися як функція частоти і враховуватися при управлінні фазообертачами.

При зміненні частоти фазовий зсув кожного фазообертача має перераховуватися наново (або, як це частіше робиться на практиці, необхідно перейти на іншу таблицю фазових зсувів).

Рисунок 3. Паралельне збудження фазованої решітки

Parallel feed of phased array

Рисунок 3. Паралельне збудження фазованої решітки (інтерактивний рисунок)

Паралельне збудження пасивної антени

При паралельному збудженні лінії живлення всіх випромінювальних елементів однакові, тому випромінювана потужність подається на них з однаковою фазою. Окремим випадком антенної решітки з паралельним збудженням є схема типу «ялинка», представлена на Рисунку 3. В даному випадку випромінювана потужність покаскадно ділиться пополам.

Змінення частоти не впливає на величину різниці фаз сигналу між випромінювальними елементами. Це дає перевагу, яка полягає в тому, що при обчисленнях величин фазових зсувів можливо не враховувати довжину ліній живлення. Така перевага важлива у разі стрибкоподібного змінення частоти, а також забезпечує реалізацію багаточастотного зондування і стискання сигналів.

Фазована антенна решітка з просторовим збудженням випромінювального типу
різниця в часі
розповсюдження

Рисунок 4. Просторове збудження випромінювального типу

The transmission type of space feeding: the primary radiator illuminates the antenna-field. This one works as a lens for the waves.
різниця в часі
розповсюдження

Рисунок 4. Просторове збудження випромінювального типу (інтерактивний рисунок)

Просторове (оптичне) збудження може розглядатися як дещо середнє між паралельним збудженням і послідовним збудженням з центральним живленням. При дуже великій фокусній відстані просторове збудження наближається до паралельного збудження. При дуже короткій фокусній відстані просторове збудження наближається до послідовного збудження з центральним живленням, оскільки в такому випадку відстань від опромінювача до окремих випромінювальних елементів решітки суттєво відрізняються. В решітках випромінювального типу опромінювач (первинний випромінювач) розміщується позаду решітки, яка в даному випадку відіграє роль лінзи. Таким чином, опромінювач не створює затінення полотна антенної решітки.

Фазована антенна решітка з просторовим збудженням випромінювального типу використовується в радіолокаторі зенітної ракетної системи «Patriot».

Фазована антенна решітка з просторовим збудженням відбивального типу
площина
відбиття

Рисунок 5. Просторове збудження відбивального типу

площина
відбиття

Рисунок 5. Просторове збудження відбивального типу (інтерактивний рисунок)

При просторовому збудженні відбивального типу простір позаду антени може використовуватися для розміщення модулів апаратури (наприклад, модулів керування фазообертачами та джерел живлення). Однак при такому типі збудження випромінювач розміщується попереду полотна антенної решітки, що призводить до виникнення небажаних ефектів. Він затіняє антенну решітку саме на основному напрямку її діаграми і, крім того, знову приймає перевідбиту решіткою енергію. Це призводить до виникнення стоячої хвилі в системі живлення антени!

Цього уникнути неможливо, випромінювач має знаходитися десь по центру антенної решітки, оскільки в іншому випадку внаслідок різних довжин шляхів розповсюдження будуть виникати різні фазові набіги хвилі, що падає на різні випромінювальні елементи.