Радиолокация и ФАР - Курсовая работа
(7)
где N - число излучателей в антенне.
Формула (7) определяет число элементов, из которых должна состоять антенна. Элемент включает в себя излучатель, фазовращатель и цепи управления фазовращателем. Так, например, достаточно хорошо направленная антенна должна иметь ширину луча порядка одного углового градуса: ΔΘ = 1°. Пусть ΔΘk = 90°, тогда N = 90, то есть конструкция линейки излучателей оказывается достаточно сложной.
Рассмотрим антенну в виде решетки излучателей, обеспечивающей электронное сканирование луча в двух плоскостях. Решетка состоит из системы параллельных линеек излучателей, расположенных в одной плоскости. Число излучателей в составе одной линейки назовем числом излучателей в горизонтальной плоскости Nг, а само число линеек - числом излучателей в вертикальной плоскости Nв.
Таким образом, общее число излучателей в рассматриваемой решетке
Nобщ = Nг Nв (8)
3.3 Основные характеристики ФАР
Приведу некоторые количественные характеристики.
1. Ширина луча антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно
ΔΘk @ 
, LГ = NГdГ (9)
ΔΘk @ 
, LВ = NВdВ (10)
2. Сектор качания луча в горизонтальной и вертикальной плоскостях
ΔΘk,Г = 
, (11)
ΔΘk,В = 
. (12)
3. Телесный угол, совпадающий с секторами качания луча антенны,
ΔΏk = ΔΘk, г ∙ ΔΘk,в . (13)
4. Телесный угол, занимаемый лучом антенны, и коэффициент направленного действия антенны соответственно
ΔΏ = ΔΘг ∙ ΔΘв, (14)
D = 
(15)
Используя приведенные выше соотношения, легко убедиться, что отношение телесных углов, занимаемых секторами качания луча и самим лучом антенны, равно полному числу элементов в составе ФАР:
, (16)
Комбинируя (13)-(16), можно получить формулу, определяющую общее число элементов ФАР через ее коэффициент направленного действия и телесный угол сканирования:
Nобщ = 
, (17)
Эта формула представляет собой фундаментальное соотношение теории ФАР. Легко подсчитать, что если выбранные секторы сканирования определяются углами качания луча Θk,г = Θk,в = ±30°, а ширина луча в горизонтальной и вертикальной плоскостях ΔΘг = ΔΘв = 1°, то число элементов ФАР составляет 3600.
3.4 Фазовращатель – устройство формирования фазовых сдвигов
Как было показано выше, в цепи питания каждого излучателя ФАР должно находиться устройство, обеспечивающее требуемый фазовый сдвиг - фазовращатель.
Фазовращатели для ФАР можно разделить на две большие группы:
1) аналоговые фазовращатели, фазовый сдвиг, в которых представляет собой непрерывную функцию управляющего воздействия (напряжения или тока);
2) цифровые (дискретные) фазовращатели, фазовый сдвиг в которых задается двоичным кодом:
Δφ = 
, (18)
где
. (19)
 |
В основе аналоговых фазовращателей лежит материал, магнитная или диэлектрическая проницаемость которого изменяется под внешним воздействием. Таким материалом может служить феррит, о котором кратко говорилось выше, или сегнетоэлектрик, диэлектрическая проницаемость которого зависит от напряженности электрического поля.
Дискретность задания фаз хорошо вписывается в структуру команд управляющей ЭМВ, хотя и порождает некоторые ошибки в задании координат луча антенны, а также приводит к незначительному увеличению уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенны. Однако при большом числе элементов ФАР возникшие таким путем погрешности усредняются и выходят на уровень, которым можно пренебречь.
Активным элементом дискретного фазовращателя служит полупроводниковый ключ, в основе которого лежит полупроводниковый p-i-n диод или транзистор. Использование p-i-n диода в СВЧ-цепях основано на том, что p-i-n диод может иметь два разных состояния. В одном из них (U £ Uc) ток через диод не течет, центральная часть диода (i от intrinsic - собственный, нелегированный полупроводник) представляет собой диэлектрик, а диод в целом - конденсатор с малой емкостью и относительно малыми потерями. В другом состоянии (U ³ Uc) p-i-n диод проводит ток, центральная часть диода заполняется инжектированными носителями заряда, и диод в целом представляет собой резистор с малым сопротивлением. На рис. 8 представлена простейшая схема дискретного фазовращателя, использующего принцип коммутируемых линий. В зависимости от состояния ключей СВЧ - волна может распространяться либо по более длинному пути, либо по более короткому, приобретая таким образом необходимый фазовый сдвиг. Рабочее напряжение p-i-n диода не превышает 1-2 В, управляющий ток через диод зависит от мощности СВЧ - сигнала, для работы с которым предназначен диод, и находится в пределах 0,1-100 мА. Время переключения p-i-n диода также зависит от мощности управляемого сигнала и лежит в пределах 0,05 - 5 мкс.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10