Автоматическая система контроля

Автоматизация технологических процессов

Суммирование мощностей сигналов с помощью фазированной антенной решетки

Определенное число идентичных и одинаково ориентированных излучателей - электрических и щелевых вибраторов, рупорных, диэлектрических, спиральных и других типов антенн - составляют многоэлементную антенную решетку.

Управление диаграммой направленности такой антенной решетки осуществляется путем изменения фаз сигналов, подводимых к отдельным излучателям, что предопределяет ее название - фазированная антенная решетка (сокращенно - ФАР). Мощность сигнала, излучаемая ФАР в телесном угле главного лепестка диаграммы направленности, равна сумме мощностей всех генераторов, возбуждающих отдельные излучатели, за вычетом излучения по боковым лепесткам. Это позволяет рассматривать ФАР как устройство суммирования мощностей большого, до нескольких тысяч, количества источников сигнала.

В зависимости от расположения излучателей ФАР подразделяются на линейные, плоские и цилиндрические. Рассмотрим линейную ФАР, у которой излучатели располагаются вдоль прямой линии (рисунок 12).

Рисунок 12 - Схема линейной ФАР

Ко всем излучателям подводятся сигналы одинаковой структуры, равной амплитуды, но с разными начальными фазами. Пусть разность начальных фаз сигналов между двумя соседними излучателями есть Δφ

(дискрет фазы). При этом к i -му излучателю подводится сигнал, сдвинутый по фазе относительно 1 -го на φi = i *Δφ

(рисунок 13).

Рисунок 13 - Принцип сложения мощностей при помощи линейной ФАР

В результате от этих излучателей возникает разность хода лучей

Li = i b sinθo (34)

где b- расстояние между двумя соседними излучателями, θo - угол, отсчитываемый от нормали к решетке и определяющий направление главного лепестка диаграммы направленности (рисунок 13).

Угол θo определяется из условия компенсации разности хода лучей за счет разности фаз сигналов, подводимых к излучателям. С учетом (35) запишем

(2π/λ)Li - φi = 0 (35)

Из последнего равенства для угла главного лепестка диаграммы направленности (рис. 13) получим

θo = arcsin(Δφ λ /2πb). (36)

Согласно (36), управляя величиной дискрета фазы Δφ,

можно изменять направление главного лепестка диаграммы направленности θ0,т.е. производить электронное сканирование лучом антенны.

Диаграмма направленности ФАР при N излучателях определяется выражением

Е(θ) = sin(0,5Nβ)/sin(0,5β) , (37)

где β = (2πb/λ)(sin θ -sin θ 0).

Диаграмма, построенная при N = 16 и θo = 0, показана на рисунке 14.

Рисунок 14 - Диаграмма направленности ФАР при 16 излучателях

Укрупненная структура радиопередающего устройства с ФАР приведена на рисунке 15.

Рисунок 15 - Структура радиопередающего устройства с ФАР

В качестве N-канального делителя могут использоваться схемы сумматоров, которые являются устройствами взаимного типа. В блоке фазовращателей применяются фазовращатели дискретного типа -диодные или ферритовые. Устройство одного из них показано на рисунке 16.

Рисунок 16 - Блок фазовращателей на основе фазовращателей дискретного типа

С помощью электронного переключателя на основе p-i-n-диода меняется длина линии, подключенной к циркулятору, что изменяет фазу сигнала на величину Δφ =

4πL/

λд,

где λд -

длина волны в линии.

Путем перестройки фазовращателей, включенных в каждый из СВЧ трактов, питающих излучатели, осуществляется управление фронтом фаз сигналов вдоль решетки, следствием чего является электронное сканирование лучом антенны. Управление фазирующим устройством производится по программе с помощью специализированного компьютера.

Блок усилителей включает СВЧ генераторы, возбуждающие каждый из N излучателей антенной решетки.

К достоинствам ФАР следует отнести: возможность электронного сканирования лучом антенны с высоким быстродействием путем переключения фазовращателей по определенному алгоритму; сложение в пространстве мощностей большого числа идентичных СВЧ генераторов, питающих отдельные излучатели; возможность автоматизации процесса управления лучом антенны по программе с помощью компьютера; высокую надежность при выходе из стоя отдельных генераторов, поскольку в целом система остается работоспособной; слабую связь между отдельными излучателями, что позволяет обеспечить хорошую развязку (до 30 дБ и выше) между питающими их генераторами. Перейти на страницу: 1 2

Другие статьи по теме

Задачи и полномочия ФССП России Федеральная служба судебных приставов (ФССП России) - федеральный орган исполнительной власти, осуществляющий функции по обеспечению установленного порядка деятельности судов, исполнени ...

Исследование эффективности и путей совершенствования алгоритмов регулирования мощности в системах сотовой связи различных стандартов Влияние технологий мобильной̆ связи на нашу жизнь переоценить невозможно. Мобильная связь рассматривается в настоящее время как необходимость, а технологии мобильной̆ свя ...

Характеристики воздушной зоны Богучанского центра органов внутренних дел Гражданская авиация в России выполняет особую роль, являясь, с одной стороны, типичной подотраслью, реализующая транспортные услуги населению и иной клиентуре, а с другой стороны, осущес ...