Слайд 2
ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЁТКА
антенная решётка с управляемыми фазами или
разностями фаз (фазовыми сдвигами) волн, излучаемых (или принятых) её
элементами. Фазирование позволяет, напр., формировать необходимую диаграмму направленности, управлять её положением и формой. Используется в наземных и космических устройствах радиосвязи, радиолокации, радиоастрономии и т. д.
Слайд 3
Классификация.
Антенные решётки могут быть классифицированы по следующим
основным признакам:
геометрия расположения излучателей в пространстве
Линейные (а)
Дуговые (б)
Слайд 5
с прямоугольной сеткой размещения
с косоугольной сеткой размещения
выпуклые
Цилиндрические
(д)
Конические (е)
Сферические (ж)
Слайд 6
пространственные
способ возбуждения
с последовательным питанием
с параллельным питанием
с комбинированным
(последовательно-параллельным)
с пространственным (оптическим, «эфирным») способом возбуждения
закономерность размещения излучающих элементов
в самой решётке
эквидистантное размещение
Слайд 7
неэквидистантное размещение (з)
способ обработки сигнала
амплитудо-фазовое распределение токов (поля)
по решётке
тип излучателей
Слайд 8
Обработка сигнала:
В питающем антенную решётку тракте (фидере) возможна
различная пространственно-временная обработка сигнала. Изменение фазового распределения в решётке
с помощью системы фазовращателей в питающем тракте позволяет управлять максимумом диаграммы направленности. Такие решётки называют фазированными антенными решётками (ФАР). Если к каждому излучателю ФАР, или к группе подключается усилитель мощности, генератор, или преобразователь частоты, то такие решётки называются активными фазированными антенными решётками (АФАР).
Слайд 9
Адаптивные АР:
Приёмные антенные решётки с саморегулируемым амплитудно-фазовым распределением
в зависимости от помеховой обстановки называют адаптивными. Приёмные антенные
решётки с обработкой сигнала методами когерентной оптики называются радиооптическими. Приёмные антенные решётки, в которых обработка ведётся цифровыми процессорами, называются цифровыми антенными решётками.
Слайд 10
Совмещённые антенные решётки:
Совмещённые антенные решётки имеют в своём
раскрыве два, или более типа излучателей, каждый из которых
работает в своём частотном диапазоне.
Многолучевые антенные решётки :
Антенные решётки, формирующие с одного излучающего раскрыва несколько независимых (ортогональных) лучей и имеющие соответствующее число входов, называются многолучевыми.
Слайд 11
По виду амплитудного распределения
В зависимости от соотношения амплитуд
токов возбуждения различают решётки с:
равномерным
экспоненциальным
симметрично спадающим относительно центра
амплитудным распределением.
Если фазы токов излучателей изменяются вдоль линии их размещения по линейному закону, то такие решётки называют решётками с линейным фазовым распределением. Частным случаем таких решёток являются синфазные решётки, у которых фазы тока всех элементов одинаковы.
Слайд 12
Структура ФАР: Структурные схемы некоторых фазированных антенных решеток
(ФАР) — линейной эквидистантной с симметричными вибраторами и общим
зеркалом (а)
В — вибраторы; Ф — линии возбуждения (фидеры); З — токопроводящее зеркало (рефлектор)
L0 — расстояние между В
Слайд 13
линейной неэквидистантной с полноповоротными зеркальными параболическими антеннами (б)
А
— зеркальные антенны
l1, l 2, l3 — расстояния между
А
Слайд 14
плоской с прямоугольным расположением рупорных излучателей (в)
Р
— рупоры; ВР — возбуждающие радиоволны
Слайд 15
плоской с гексагональным расположением диэлектрических стержневых излучателей (г)
Э
— металлический экран
Слайд 16
конформной с щелевыми излучателями (д)
Щ — щелевые излучатели;
К — коническая ФАР; Ц — цилиндрическая ФАР
Слайд 17
сферической со спиральными излучателями (е)
С — спиральные излучатели;
СЭ — сферический экран
Слайд 18
системы плоских фазированных антенных решеток (ж)
П — плоские
фазированные антенные решетки (точками обозначены излучатели)
Слайд 19
Примеры фазированных антенных решёток с электромеханическим (а)
Щ, —
щелевые излучатели; В — прямоугольный возбуждающий волновод; Н —
продольная пластина (нож) с управляемой глубиной погружения в волновод (служит для изменения фазовой скорости волны в волноводе); Д — дроссельные канавки
Слайд 20
частотным (б)
Р — рупоры; СВ — спиральный волновод
Слайд 21
электрическим (в) сканированием
ДА — диэлектрические стержневые антенны; Ф
— ферритовый стержень фазовращателя; ВВ — возбуждающие волноводы; О
— управляющая обмотка фазовращателя; Ш — диэлектрическая шайба.
Слайд 22
Типовые схемы возбуждения фазированных антенных решёток (ФАР) с
последовательных возбуждением (а)
В — возбуждающий фидер; И —
излучатели; ПН — поглощающая нагрузка; Л — диаграмма направленности (луч)
Слайд 24
многолучевой ФАР (в)
B1 — B4 входы ФАР; ДС
— диаграммообразующая схема
Слайд 25
квазиоптических ФАР — проходного (г)
ОИ — основные излучатели;
ВИ — вспомогательные излучатели
Слайд 26
отражательного (д)
СИ — совмещенные излучатели; О — облучатель;
От — отражатель; φ — фазовращатель; пунктиром изображена электромагнитная
волна с плоским фазовым фронтом, излучаемая ФАР, штрих-пунктиром — со сферическим фазовым фронтом, излучаемая облучателем.
Слайд 27
Структурные схемы некоторых активных фазированных антенных решёток —
передающей (а)
И — излучатель; УМ — усилитель мощности
Слайд 28
приёмной с фазированием в цепях гетеродина (б)
В
— возбудитель; С — смеситель; Г — гетеродин; УПЧ
— усилитель промежуточной частоты; СУ — суммирующее устройство; φ — фазовращатель.
Слайд 29
приёмной с фазированием в трактах промежуточной частоты (в)
В — возбудитель; С — смеситель; Г — гетеродин;
УПЧ — усилитель промежуточной частоты; СУ — суммирующее устройство; φ — фазовращатель.
Слайд 30
Фазированные антенные решетки оказались слишком дороги, поэтому сегодня
в спутниковом телевидении они применяются мало. Редкий пример управляемой
фазированной антенной решетки для спутникового телевидения — автомобильная спутниковая система А5 американской фирмы KVH.
Слайд 31
Это плоская антенна высотой всего около 14 см,
которая устанавливается горизонтально на крыше автомобиля, на место верхнего
багажника, и обеспечивает непрерывный прием спутникового сигнала в движении. К сожалению, система работоспособна только в низких широтах (спутник должен иметь угол места не менее 31 градуса) и только в том случае, если спутник не заслоняют какие-либо препятствия, например, лес. В нашей северной лесной стране смотреть спутниковое телевидение в автомобиле пока проблематично.
Слайд 33
Фазированная антенная решетка представляет собой множество излучателей (антенн)
с идентичными параметрами, каждый из которых запитан через собственный
фазовращатель. Благодаря этому, выставляя каждому излучателю собственный фазовый сдвиг, можно практически мгновенно изменять диаграмму направленности всей системы. Это выражается в том, что нет необходимости вращать антенну для наведения на цель. Она сама, оставаясь неподвижной, найдет цель и будет сопровождать ее. Т.к. диаграмма направленности ФАР изменяется практически мгновенно, то становится возможным сопровождать одновременно несколько целей.
Слайд 34
Впервые фазированные антенные решетки были применены на истребителях
МИГ-16. Благодаря этому самолет мог одновременно вести до 16
целей, благодаря чему стал лучшим истребителем своего времени.
Фазированные антенные решетки чрезвычайно сложны в изготовлении. Качество системы напрямую зависит от качества исполнения излучателей. Необходимо получить максимально идентичные параметры у всех излучателей, а это очень трудно технологически. Вследствие этого ФАР до сих пор остаются самыми дорогими, но самыми эффективными в системах наведения, антеннами.
Слайд 35
В перспективе, при удешевлении производства ФАР, они найдут
применение и в не военных областях деятельности человека. Например,
в наших домах. ФАР - эта следующая ступень развития приемных антенн спутникового телевидения. Такую антенну не надо направлять на спутник, ее можно размещать и под значительным углом к источнику сигнала. Антенна самостоятельно обнаружит все интересующие спутники, запомнит направления на них и с легкостью сможет между ними переключаться.
Слайд 36
Пользователь даже не заметит момент переключения между спутниками.
Так же будет устранена проблема вибраций приемной антенны. В
настоящее время, сильный ветер может отклонить параболическую антенну в сторону. Из-за этого произойдет ухудшение качества телевизионного изображения, или полная потеря сигнала. Фазированная антенная решетка самостоятельно обнаружит смещение источника сигнала и подкорректирует свою диаграмму направленности. В результате чего ухудшения качества принимаемого сигнала не произойдет.