Принцип на работа на фазова антенна решетка за манекени. Създаване на високочувствителна насочена антена от фарове или защо специалистите отиват в чужбина

Принцип на работа на фазова антенна решетка за манекени. Създаване на високочувствителна насочена антена от фарове или защо специалистите отиват в чужбина
Принцип на работа на фазова антенна решетка за манекени. Създаване на високочувствителна насочена антена от фарове или защо специалистите отиват в чужбина
29.12.2021

Решетка е антенна решетка, в която има контролирани фази или фазови отмествания. Фазите приемат вълни от елементите на решетката или ги излъчват със своите излъчватели. При добра фазова управляемост се формира правилната диаграма на излъчване на фазираната антенна решетка, както и посоката на лъча на фиксираната решетка се променя и лъчът се люлее бързо. В допълнение, поради контролируемостта на фазите, интензитетът на страничните лобове, ширината на лъча и други форми на модела на излъчване се променят. Благодарение на тези свойства, съчетани със съвременна автоматизация, фазираните антенни решетки са доста обещаващи, те се използват широко в радионавигацията, радиокомуникациите, радиоастрономията и радара. Антенни решетки с голяма сумауправляваните елементи са стационарни и мобилни, наземни и въздушни, корабни, космически и авиационни радиоустройства. Теорията и техниката на фазираните антенни решетки все още е интересно научно изследване, което не е загубило своята актуалност и до днес.

Фазовата антенна решетка се състои от излъчващи елементи, разположени на едно и също разстояние един от друг в една и съща равнина. Микровълновите сигнали се свързват с елементи, които съвпадат по фаза и имат равни амплитуди. Сигналът от микровълновия диапазон се генерира от главен осцилатор и неговите тръби с пътуваща вълна и транзистори го усилват.
Формите и размерите на антенните решетки зависят от вида на използваните радиатори и тяхното местоположение. Секторът на люлеене на лъча на матрицата, т.е. сканирането, определя диаграмата на излъчване на излъчвателите. В тези антенни решетки, където се извършва широкоъгълно сканиране, се използват симетрични, асиметрични вибратори с няколко рефлектора, рупорни, логаритмични, слотови, спирални антени и други слабо насочени излъчватели. Фазовите решетки с големи размери по правило се състоят от няколко малки решетки. Диаграмата на излъчване на модулите, т.е. малките фазирани решетки, съответства на посоката на лъча на цялата голяма фазирана антенна решетка. Силно насочени, механично въртящи се антени служат като радиатори, ако бавното радиално отклонение е приемливо. Ако е необходимо да се отклони цялата фазирана решетка под голям ъгъл, тогава всички антени се завъртат.

През 1960-1970г. започват да се използват първите радарни станции с фазирани антенни решетки. Първоначално решетките са били използвани за военни цели.

Антените с фазирана решетка са подобрен модел на плоски решетки. В такива решетки, поради постоянството на фазите на микровълните, лъчът е постоянен както по форма, така и по посока. Когато фазите се променят, формата и посоката на лъча също се променят. Ако фазите се сменят електронно, то смяната става за секунди. По принцип това се случва под контрола на шифтър, устройство, което променя фазите на микровълните. Компютърът управлява микровълните, които преминават през лоста. Чрез използването на компютър цялата плоска решетка се превръща в антена, в която формата на лъча и неговата насоченост са програмируеми.

Електронно управляваните фазирани решетки са използвани в големи фиксирани радари и малки радари за противовъздушна отбрана.

Широкото използване на фазирани антенни решетки във военни, промишлени и други области се обяснява с факта, че фазираните антени изпълняват работата на няколко антени наведнъж. Тесни лъчи с фазирана решетка бяха използвани за проследяване, широки лъчи за търсене, плоски ветрилообразни лъчи за надморска височина и тесни насочени лъчи за летене на терен. Други положителни характеристики на фазираната решетка бяха допустимостта на нулево разположение, т.е. способността да се блокира вълната на заглушаване от удара на радиоприемника, както и автоматичната насоченост на антената в посока на целта.

Цената на фазираната антена зависи от броя на излъчващите елементи, колкото по-малко са, толкова по-рано цената намалява. В радарната техника по правило се използват антенни решетки с голям брой излъчващи елементи. Малката решетка има широк, леко фокусиран лъч. Малката площ на такава фазирана решетка намалява чувствителността към отразени сигнали, широкият лъч помага да се намали разделителната способност, но ъглови координати. Ако не е необходимо да наблюдавате голямо въздушно пространство, недостатъците на малката фазирана решетка се компенсират чрез прикрепването й към голям рефлектор.
Антените с фазирана решетка имат ограничения. Диапазонът на ъглите на отклонение на лъча е ограничен, границата е 45-60 ° от вертикалната равнина на антената. Ако лъчът се отклони на по-малки ъгли, работата на решетката се влошава значително.

Важни насоки в развитието на фазираните антенни решетки се считат за активно въвеждане на фазирани решетки с голям брой елементи в радиотехническите устройства, разработването на нови модели елементи, особено за активни фазирани решетки. Активните решетки се разделят на предавателни, приемащи с фазиране в хетеродинни вериги и приемащи с фазиране в пътеки с междинна честота. Структурната система на такава решетка е система, която се състои от усилвател на мощност, емитер, възбудител, локален осцилатор, фазов превключвател, суматор, смесител и усилвател на междинна честота.

Друго важно направление в развитието на фазираните решетки е разработването на методи за конструиране на фазирани антенни решетки с големи отвори, равноотдалечени и нееквидистантни с антени, които се намират в рамките на земното полукълбо, както и по-нататъшно изследване на методи и технически средства, които намаляват вредните ефекти от връзката между елементите на фазирана антенна решетка.

Фазовите антенни решетки наскоро станаха широко разпространени в много страни по света. Радарните станции в Швеция, Италия, Израел, Великобритания и други страни са оборудвани с антенна решетка.

  • Следва: ФАЗОВА ДИАГРАМА
Категория: Индустрия в F 


Конструирайте диаграмата на излъчване на правоъгълна фазирана антенна решетка с правоъгълна решетка от правоъгълни вълноводи, чието възбуждане е синфазно равномерно. Дължина на вълната...


Споделете работата си в социалните мрежи

Ако тази работа не ви подхожда, има списък с подобни произведения в долната част на страницата. Можете също да използвате бутона за търсене


Упражнение.

Конструирайте диаграмата на излъчване на правоъгълна фазирана антенна решетка с правоъгълна решетка от правоъгълни вълноводи, чието възбуждане е синфазно равномерно. Дължина на вълната. Брой линиим =12, брой колонин =36. Разстоянието между центровете на съседните вълноводи е равно; разстоянието между съседните редове вълноводи е равно.

Въведение.

Фазова антенна решетка (PAR) е антенна решетка с контролирани фази или фазови разлики на вълните, излъчвани от нейните елементи (излъчватели). Фазовият контрол (фазиране) ви позволява да:

  • да формира, с много разнообразни подредби на излъчватели, необходимата схема на насочване на ФАЛОВЕТЕ (например силно насочен лъч);
  • да променя посоката на лъча на стационарния ФАР и по този начин да осъществява бързо, в някои случаи практически безинерционно, сканиращо люлеене на лъча;
  • контролирайте в определени граници формата на диаграмата на излъчване, променяйте ширината на лъча, интензитета (нивата) на страничните лобове и др. За да направи това, фазираната решетка понякога контролира и амплитудите на вълните на отделните излъчватели.

1 PAR структура.

Формите, размерите и дизайнът на съвременните ФАРОВЕ са много разнообразни; разнообразието им се определя както от вида на използваните излъчватели, така и от характера на тяхното разположение.

В зависимост от необходимата форма на диаграмата на излъчване и необходимия сектор за пространствено сканиране, фазираната решетка използва различна относителна позиция на елементите:

  • по линия (права или дъга);
  • върху повърхност (например плоска в т.нар. плоска PAR; цилиндрична; сферична) или в даден обем (обемна PAR).

Понякога формата на излъчващата повърхност на отвора на PAR се определя от конфигурацията на обекта, върху който е инсталиран PAR. PAR с форма на отвора, подобна на формата на обекта, понякога се наричат ​​конформни. Плоските фарове са широко разпространени; при тях лъчът може да сканира от посоката на нормалата към апертурата към посоката по протежение на апертурата. Коефициентът на насочено действие на плосък ФАР намалява, когато лъчът се отклони от нормалата към отвора. За осигуряване на широкоъгълно сканиране в големи пространствени ъгли до 4(изтрити ) без забележимо намаляване на коефициента на насоченост се използва фазирана решетка с неравнинен (например сферичен) отвор или система от плоски фазирани решетки, ориентирани в различни посоки. Сканирането в тези системи се осъществява чрез възбуждане на съответно ориентирани излъчватели и тяхното фазиране.

Според метода на промяна на фазовите отмествания се разграничават следните фазирани решетки:

  • с електромеханично сканиране, извършено например чрез промяна на геометричната форма на възбуждащия радио вълновод;
  • с честотно сканиране, базирано на използването на зависимостта на фазовите измествания от честотата, например поради дължината на захранващото устройство между съседни излъчватели или дисперсията на вълните в радио вълновод;
  • с електрическо сканиране, реализирано с помощта на вериги за фазово изместване или фазови превключватели, управлявана електрически сигналис непрекъсната или дискретна промяна във фазовите отмествания.

Най-големите възможностиимат PAR с електрическо сканиране. Те осигуряват създаването на различни фазови измествания по целия отвор и значителна скорост на промяна на тези измествания с относително малки загуби на мощност. При микровълнови честоти в съвременните фазирани решетки феритните и полупроводниковите фазови превключватели се използват широко със скорост на реакция от порядъкаГоспожица и загуби на мощност ~ 20%. Работата на фазопревключвателите се управлява от високоскоростен електронна система, който в най-простите случаи управлява групи от елементи (например редове и колони в плоски фарове с правоъгълно разположение на емитерите), а в най-сложните всеки фазов превключвател поотделно. Люлеенето на лъча в пространството може да се извършва както по предварително зададен закон, така и по програма, разработена по време на работата на цялото радио устройство, което включва ФАРОВЕТЕ.

3 Характеристики на изграждане на PAR.

Възбуждането на излъчвателите на PAR се извършва или чрез захранващи линии, или чрез свободно разпространяващи се вълни (в така наречения квазиоптичен PAR). Захранващите пътища на възбуждане, заедно с фазовите превключватели, понякога съдържат комплекс електрически устройства(така наречените вериги за формиране на лъч), които осигуряват възбуждането на всички излъчватели от няколко входа, което прави възможно създаването на едновременно сканиращи лъчи в пространството, съответстващо на тези входове (в многолъчеви фазирани решетки). Квазиоптичните фазирани решетки са основно от два типа: предаване (обектив), при което фазовите превключватели и главните емитери се възбуждат от спомагателни емитери чрез вълни, разпространяващи се от общо захранване, а отразяващите главни и спомагателни емитери са комбинирани и рефлекторите са инсталирани на изходите на фазорегулаторите. Многолъчевите квазиоптични ФАРОВЕ съдържат няколко облъчвателя, всеки от които има собствен лъч в пространството. Понякога в PAR се използват фокусиращи устройства (огледала, лещи) за формиране на радиационен модел. Обсъдените по-горе фазирани решетки понякога се наричат ​​пасивни.

Активните фазирани решетки, в които всеки емитер или модул е ​​свързан към фазово контролиран (понякога и амплитудно контролиран) предавател или приемник, имат най-голям контрол върху характеристиките. Фазовият контрол в активните фазирани решетки може да се извърши в междинните честотни пътища или във възбудителните вериги на кохерентни предаватели, приемни локални осцилатори и др. По този начин, в активните фазирани решетки, фазовите регулатори могат да работят във вълнови ленти, които са различни от честотния диапазон на антената; загубите във фазовите превключватели в някои случаи не влияят пряко върху нивото на основния сигнал. Предавателните активни фазирани решетки позволяват да се добавят в пространството мощностите на кохерентните електромагнитни вълни, генерирани от отделни предаватели. При приемането на активни фазирани решетки съвместната обработка на сигналите, получени от отделните елементи, позволява да се получи повече пълна информацияотносно източниците на радиация.

В резултат на директното взаимодействие на емитерите един с друг, характеристиките на фазираната решетка (координация на емитерите с вълнуващи фидери, SOI и т.н.) се променят, когато лъчът се люлее. За борба с вредните ефекти от взаимното влияние на излъчвателите във фазираната решетка понякога се използват специални методи за компенсиране на взаимната връзка между елементите.

4 Перспективи за развитие на ФАР.

Най-важните области за по-нататъшно развитие на теорията и технологията на PAR включват:

1) широко въвеждане на PAR с голям брой елементи в радиотехнически устройства, разработване на нови видове елементи, по-специално за активни PAR;

2) разработване на методи за изграждане на фазирана решетка с големи апертури, включително нееквидистантни фазирани решетки с силно насочени антени, разположени в цялото полукълбо на Земята (глобален радиотелескоп);

3) по-нататъшно развитие на методите и техническите средства за намаляване на вредните ефекти от взаимната връзка между елементите на фазираната решетка;

4) развитие на теорията на синтеза и методите за машинно проектиране на фазирана решетка;

5) развитие на теорията и внедряване на практика на нови методи за обработка на информация, получена от елементите на PAR, и използване на тази информация за управление на PAR, по-специално за автоматично фазиране на елементите (самофазиране на PAR) и промяна на формата на диаграмата на излъчване, например, понижаване на нивото на страничните лобове в посока към източници на смущения (адаптивни ФАРОВЕ);

6) разработване на методи за управление на независимото движение на отделни лъчи в многолъчеви фазирани решетки.

5 Прилагане на PAR.

В системите за насочване се използва фазирана антена, тъй като. може да проследява няколко цели едновременно.

Антената с фазирана решетка е набор от радиатори (антени) с еднакви параметри, всеки от които се захранва чрез собствен фазорегулатор. Поради това, чрез излагане на всеки емитер на собствено фазово изместване, е възможно почти мигновено да се промени моделът на излъчване на цялата система. Това се изразява в това, че няма нужда да въртите антената, за да се насочите към целта. Самата тя, оставайки неподвижна, ще намери целта и ще я придружи. защото Тъй като моделът на лъча на фаровете се променя почти моментално, става възможно да се проследяват няколко цели едновременно.

За първи път на изтребители МИГ-16 бяха използвани фазирани антенни решетки. Благодарение на това самолетът можеше едновременно да води до 16 цели, благодарение на което се превърна в най-добрия изтребител на своето време.

Антените с фазирана решетка са изключително трудни за производство. Качеството на системата директно зависи от качеството на излъчвателите. Необходимо е да се получат максимално еднакви параметри за всички излъчватели, а това е много трудно технологично. В резултат на това PAR все още са най-скъпите, но най-ефективните антени в системите за насочване. В бъдеще, с намаляване на разходите за производство на PAR, те ще намерят приложение в невоенни области на човешката дейност. Например в домовете ни. ФАРОВЕ - това е следващият етап от развитието на приемните антени сателитна телевизия. Такава антена не е необходимо да бъде насочена към сателита, тя също може да бъде поставена под значителен ъгъл спрямо източника на сигнала. Антената ще открие независимо всички сателити, които представляват интерес, ще запомни посоките към тях и ще може да превключва между тях. Потребителят дори няма да забележи момента на превключване между сателити. Проблемът с вибрациите на приемната антена също ще бъде елиминиран. В момента силните ветрове могат да отклонят параболичната антена настрани. Поради това ще има влошаване на качеството на телевизионното изображение или пълна загуба на сигнала. Фазовата антенна решетка ще открие независимо изместването на източника на сигнала и ще коригира неговия модел на излъчване. В резултат на това няма да има влошаване на качеството на получения сигнал.

Кораб "Проект 11356"Талвар“.

Многофункционален радар "Дон-2Н" – моноимпулсен многофункционален радарна станциясантиметров диапазон с широкомодулни фазирани антенни решетки.

FAR "Еполет" може да се използва за различни приложения като миниатюрна антенна система с електронно управление на лъча (основни параметри: зона на сканиране ±45, тегло 5 kg, консумация на енергия 15 W, време за настройка на лъча 2 µs).

6 Изчисляване на характеристиките на правоъгълна фазирана решетка с правоъгълна решетка от правоъгълни вълноводи, чието възбуждане е синфазно равномерно.

Нека има m =12 реда симетрични вълноводи. Всеки ред се състои отн =36 симетрични вълновода. Разстоянието между центровете на съседните вълноводи е равно; разстоянието между съседните редове вълноводи е равно. Дължина на вълната

Диаграмата на излъчване на всеки вълновод се определя по формулата:

Диаграмата на излъчване на цялата система се определя от следната форма:

Нормализираният модел на излъчване има формата:

Тогава разгледайте сечението на диаграмата на излъчване в равнината

В логаритмичен мащаб този модел на излъчване има формата:

Тогава разгледайте сечението на диаграмата на излъчване в равнината

В логаритмичен мащаб този модел на излъчване има формата:

Тогава разгледайте сечението на диаграмата на излъчване в равнината

В логаритмичен мащаб този модел на излъчване има формата:

Изчислете ширината на главния лъч на диаграмата на излъчване за

Нека изчислим броя на страничните дялове при

Нека разгледаме сканираща фазирана антенна решетка c в равнината.

Заключение.

В тази работа изчислихме характеристикитеправоъгълна фазирана решетка с правоъгълна решетка от правоъгълни вълноводи, чието възбуждане е синфазно равномерно, и също са конструирани моделите на насоченост на тази фазирана решетка.

Списък на използваната литература.

  1. Кочержевски Г.Н. "Антенно-фидерно устройство", М., Изд. "Комуникация", 2010 г
  2. Kinber B.E., Klassen V.I. "Теория и технология на антените", М., MIPT, 1985 г
  3. Сазонов Д.М. "Антенни микровълнови устройства", Учебник по радиотехника. специалист. университети. - М.: Висше. училище, 2008г
  4. Класен В.И. „Теория и технология на антенно-фидерните устройства”, Конспект от лекции. 2012 г

Други свързани произведения, които може да ви заинтересуват.vshm>
. 728 КБ

Антена с фазирана решетка(PAR), фазирана решетка, антенна решетка с управлявани фази или фазови разлики (фазови отмествания) на вълни, излъчвани (или получени) от неговите елементи (излъчватели). Фазовият контрол (фазиране) ви позволява да: формирате (с много различни подредби на излъчватели) необходимата диаграма на излъчване (RP) на ФАРА (например силно насочена RP - лъч); промяна на посоката на фиксирания лъч на фаровете и т.н. за извършване на бързо, в някои случаи, почти безинерционно, сканиране - люлеене на лъча (виж, например, Сканиране в радар) за контролиране на формата на шаблона в определени граници - за промяна на ширината на лъча, интензитета (нивата) на страничните лобове и др. (за тази цел фазираната решетка понякога контролира и амплитудите на вълните на отделните излъчватели). Тези и някои други свойства на PAR, както и възможността за използване за контрол на PAR модерни съоръженияавтоматизацията и компютрите определят техните перспективи и широко приложение в радио комуникации, радар, радио навигация, радиоастрономия и т.н. ФАРОВЕ, съдържащи голям брой управлявани елементи (понякога 10 4 или повече), са част от различни наземни (стационарни и мобилни), корабни, авиационни и космически радиоустройства. Провеждат се интензивни разработки в посока по-нататъшно развитие на теорията и технологията на фазираните решетки и разширяване на обхвата на тяхното приложение.

PAR структура.Формите, размерите и дизайнът на съвременните ФАРОВЕ са много разнообразни; тяхното разнообразие се определя както от вида на използваните излъчватели, така и от естеството на тяхното местоположение ( ориз. 1 ). PAR сканиращият сектор се определя от DN на неговите излъчватели. PAR с бърз широкоъгълен лъч обикновено използва слабо насочени излъчватели: симетрични и асиметрични вибратори, често с един или повече рефлектори (например под формата на огледало, общо за целия ФАР); отворени краища радио вълноводи, шлицова, рупорна, спирална, диелектрична пръчка, логаритмична и др. антени. Понякога големите PAR са съставени от отделни малки PAR (модули); DN на последния е ориентиран по посока на главния лъч на целия PAR. В някои случаи, например, когато бавното отклонение на лъча е приемливо, като радиатори се използват силно насочени антени с механично въртене (например така наречените огледални антени с пълно въртене); при такива ФАРОВЕ лъча се отклонява под голям ъгъл чрез завъртане на всички антени и фазиране на вълните, които излъчват; фазирането на тези антени също позволява бързо люлеене на PAR лъча в рамките на тяхната RP.

В зависимост от необходимата форма на RP и необходимия сектор за пространствено сканиране, фазираната решетка използва различно относително разположение на елементите: по линия (права линия или дъга); върху повърхност (например плоска - в т.нар. плоска ФАР; цилиндрична; сферична) или в зададен обем (обемна ФАР). Понякога формата на излъчващата повърхност на ФАРИТЕ е отвор (виж фиг. Излъчване и приемане на радиовълни ), се определя от конфигурацията на обекта, на който е инсталиран PAR (например от формата на сателита). PAR с форма на отвора, подобна на формата на обекта, понякога се наричат ​​конформни. Плоските фарове са широко разпространени; в тях лъчът може да сканира от посоката на нормалата към отвора (както в общ режим антена ) в посока покрай отвора (както в антена за пътуващи вълни ). Коефициентът на насочване (KND) на плосък ФАР намалява, когато лъчът се отклони от нормалата към отвора. За осигуряване на широкоъгълно сканиране (в големи пространствени ъгли - до 4( изтрити) без забележимо намаляване на насочеността се използва фар с неравнинен (например сферичен) отвор или система от плоски фарове, ориентирани в различни посоки. Сканирането в тези системи се осъществява чрез възбуждане на съответно ориентирани излъчватели и тяхното фазиране.

Контрол на фазовите смени.Според метода за промяна на фазовите отмествания се разграничава фазирана решетка с електромеханично сканиране, извършвана например чрез промяна на геометричната форма на вълнуващия радио вълновод ( ориз. 2 , A); честотно сканиране въз основа на използването на зависимостта на фазовите отмествания от честотата, например поради дължината хранилка между съседни излъчватели ( ориз. 2, б) или дисперсия вълни в радио вълновод; с електрическо сканиране, реализирано с помощта на фазоизместващи вериги или фазови превключватели, контролирани от електрически сигнали ( ориз. 2 , в) с плавна (непрекъсната) или стъпаловидна (дискретна) промяна на фазовите смени.

PAR с електрическо сканиране имат най-голям потенциал. Те осигуряват създаването на различни фазови измествания по целия отвор и значителна скорост на промяна на тези измествания с относително малки загуби на мощност. В микровълните в съвременните фазирани решетки широко се използват феритни и полупроводникови фазови превключватели (със скорост от порядъка микросеки загуби на мощност от 20%). Работата на фазовите превключватели се контролира от високоскоростна електронна система, която в най-простите случаи управлява групи от елементи (например редове и колони в плоски фарове с правоъгълно разположение на излъчвателите), а в най-сложните случаи , всеки фазорегулатор поотделно. Люлеенето на лъча в пространството може да се извършва както по предварително зададен закон, така и по програма, разработена по време на работата на цялото радио устройство, което включва ФАРОВЕТЕ.

Характеристики на изграждане на PAR.Възбуждане на PAR излъчватели ( ориз. 3 ) се произвежда или с помощта на захранващи линии, или посредством свободно разпространяващи се вълни (в така наречената квазиоптична фазирана решетка), захранващите пътища на възбуждане, заедно с фазоизместващи устройства, понякога съдържат сложни електрически устройства (така наречените вериги за формиране на лъчи ), които осигуряват възбуждането на всички излъчватели от няколко входа, което прави възможно създаването на едновременно сканиращи лъчи, съответстващи на тези входове (в многолъчевите фарове). Квазиоптичните фазирани решетки са основно два вида: предавателни (лещи), при които фазоизместващите устройства и главните излъчватели се възбуждат (с помощта на спомагателни излъчватели) от вълни, разпространяващи се от общо захранване, и отразяващи - главните и спомагателните излъчватели са комбинирани, а на изходите на фазовъртите са монтирани рефлектори. Многолъчевите квазиоптични ФАРОВЕ съдържат няколко облъчвателя, всеки от които има собствен лъч в пространството. Понякога в PAR се използват фокусиращи устройства (огледала, лещи) за формиране на модел. Обсъдените по-горе фазирани решетки понякога се наричат ​​пасивни.

Най-големи възможности за управление на характеристиките имат активните фазирани решетки, при които към всеки емитер или модул е ​​свързан предавател или приемник с фазово управление (понякога и контролиран по амплитуда). ориз. 4 ). Фазовият контрол в активните фазирани решетки може да се извърши в междинните честотни пътища или във възбудителните вериги на кохерентни предаватели, приемни локални осцилатори и др. По този начин, в активните фазирани решетки, фазовите регулатори могат да работят във вълнови ленти, които са различни от честотния диапазон на антената; загубите във фазовите превключватели в някои случаи не влияят пряко върху нивото на основния сигнал. Предавателните активни фазирани решетки позволяват да се добавят в пространството мощностите на кохерентните електромагнитни вълни, генерирани от отделни предаватели. При приемането на активни фазирани решетки съвместната обработка на сигналите, получени от отделните елементи, позволява да се получи по-пълна информация за източниците на радиация.

В резултат на директното взаимодействие на емитерите един с друг, характеристиките на фазираната решетка ( споразумение излъчватели с вълнуващи фидери, CND и др.) се променят, когато лъчът се люлее. За борба с вредните ефекти от взаимното влияние на излъчвателите във фазираната решетка понякога се използват специални методи за компенсиране на взаимната връзка между елементите.

Перспективи за развитие на PAR.Най-важните насоки за по-нататъшното развитие на теорията и технологията на PAR са: 1) широкото въвеждане на PAR с голям брой елементи в радиотехническите устройства, разработването на елементи от нови типове, по-специално за активни PAR; 2) разработване на методи за конструиране на фазирана решетка с големи отвори, включително нееквидистантни фазирани решетки с силно насочени антени, разположени в цялото полукълбо на Земята (глобално радиотелескоп ), 3) по-нататъшно развитие на методите и техническите средства за намаляване на вредните ефекти от взаимната връзка между елементите на фазираната решетка; 4) развитие на теорията на синтеза и методите за машинно проектиране на фазирана решетка; 5) развитие на теорията и въвеждане в практиката на нови методи за обработка на информация, получена от елементите на FAA и използване на тази информация за управление

ФАРОВЕ, по-специално за автоматично фазиране на елементи (самофазиращи ФАРОВЕ) и промяна на формата на диаграмата на посоката, например, понижаване на нивото на страничните лобове в посоки към източници на смущения (адаптивни ФАРОВЕ); 6) разработване на методи за управление на независимото движение на отделни лъчи в многолъчеви фазирани решетки.

Лит.:Вендик О. Г., Антени с немеханично движение на лъча, М., 1965; Микровълнови сканиращи антенни системи, per. от английски, т. 1–3, Москва, 1966–71.

Голяма съветска енциклопедия М.: "Съветска енциклопедия", 1969-1978 г.

Антена с фазирана решетка(PAR), фазирана решетка, антенна решетка с управлявани фази или фазови разлики (фазови отмествания) на вълни, излъчвани (или получени) от неговите елементи (излъчватели). Фазовият контрол (фазиране) ви позволява да: формирате (за различни подредби на излъчватели) необходимия модел на излъчване (RP) на ФАРА (например силно насочен RP - лъч); промяна на посоката на фиксирания лъч на фаровете и т.н. за извършване на бързо, в някои случаи, почти безинерционно, сканиране - люлеене на лъча (виж, например, Сканиране в радар) в определени граници от формата на RP - за промяна на ширината на лъча, интензитета (нивата) на страничните лобове и т.н. (за това фазираната решетка понякога също контролира амплитудите на вълните на отделните излъчватели). Тези и някои други свойства на PAR, както и използването на съвременна автоматизация и компютърни средства за управление на PAR определят техните перспективи и широко приложение. радио комуникации, радар, радио навигация, радиоастрономия и т.н. ФАРОВЕ, съдържащи управлявани елементи (понякога 104 или повече), са включени в различни наземни (стационарни и мобилни), корабни, авиационни и космически радиоустройства. Провеждат се интензивни разработки в посока по-нататъшно развитие на теорията и технологията на фазираните решетки и разширяване на обхвата на тяхното приложение.

PAR структура.Формите, размерите и дизайнът на съвременните ФАРОВЕ са много разнообразни; тяхното разнообразие се определя както от вида на използваните излъчватели, така и от естеството на тяхното местоположение ( ориз. 1 ). PAR сканирането се определя от DN на неговите излъчватели. PAR с бърз широкоъгълен лъч обикновено използва слабо насочени излъчватели: симетрични и асиметрични вибратори, често с един или повече рефлектори (например под формата на огледало, общо за целия ФАР); отворени краища радио вълноводи, шлицова, рупорна, спирална, диелектрична пръчка, логаритмична и др. антени. Понякога големите PAR са съставени от отделни малки PAR (модули); DN на последния е ориентиран по посока на главния лъч на целия PAR. В някои случаи, например, бавно отклонение на лъча е приемливо, силно насочени антени с механично въртене се използват като радиатори (например така наречените огледални антени с пълно въртене); при такива ФАРОВЕ лъчът се отклонява чрез завъртане на всички антени и фазиране на вълните, които излъчват; фазирането на тези антени също позволява бързо люлеене на PAR лъча в рамките на тяхната RP.

В зависимост от необходимата форма на RP и необходимия сектор за пространствено сканиране, фазираната решетка използва различно относително разположение на елементите: по линия (или дъга); върху повърхност (например плоска - в т.нар. плоска ФАР; цилиндрична; сферична) или в зададен обем (обемна ФАР). Понякога излъчващата повърхност на ФАРИТЕ - отвор (вж. Излъчване и приемане на радиовълни ), се определя от конфигурацията на обекта, на който е инсталиран PAR (например от формата на сателита). PAR с форма на отвора, подобна на формата на обекта, понякога се наричат ​​конформни. Плоските фарове са широко разпространени; в тях лъчът може да сканира от посоката на нормалата към отвора (както в общ режим антена ) към посоката на отваряне (както в антена за пътуващи вълни ). Коефициентът на насочване (KND) на плосък ФАР намалява, когато лъчът се отклони от нормалата към отвора. За осигуряване на широкоъгълно сканиране (в големи пространствени ъгли - до 4( изтрити) без забележимо намаляване на насочеността се използва фар с неравнинен (например сферичен) отвор или система от плоски фарове, ориентирани в различни посоки. в тези системи се осъществява чрез възбуждане на съответно ориентирани излъчватели и тяхното фазиране.

Контрол на фазовите смени.Според метода за промяна на фазовите отмествания се разграничава фазирана решетка с електромеханично сканиране, извършвана например чрез промяна на геометричната форма на вълнуващия радио вълновод ( ориз. 2 , A); честотно сканиране въз основа на използването на зависимостта на фазовите отмествания от честотата, например поради дължината хранилка между съседни излъчватели ( ориз. 2, б) или дисперсия вълни в радио вълновод; с електрическо сканиране, реализирано с помощта на фазоизместващи вериги или фазови превключватели, контролирани от електрически сигнали ( ориз. 2 , в) с плавна (непрекъсната) или стъпаловидна (дискретна) промяна на фазовите смени.

PAR с електрическо сканиране имат най-голям потенциал. Те осигуряват различни фазови отмествания по целия отвор и значителна промяна в тези отмествания с относително малки загуби на мощност. В микровълните в съвременните фазирани решетки широко се използват феритни и полупроводникови фазови превключватели (със скорост от порядъка микросеки загуби на мощност ~ 20%). Работата на фазовите превключватели се контролира от високоскоростна електронна система, която в най-простите случаи управлява групи от елементи (например редове и колони в плоски фарове с правоъгълно разположение на излъчвателите), а в най-сложните случаи , всеки фазорегулатор поотделно. Люлеенето на лъча в пространството може да се извършва както по предварително зададен закон, така и по програма, разработена по време на работата на цялото радио устройство, което включва ФАРОВЕТЕ.

Характеристики на изграждане на PAR.Възбуждане на PAR излъчватели ( ориз. 3 ) се произвежда или с помощта на захранващи линии, или посредством свободно разпространяващи се вълни (в така наречената квазиоптична фазирана решетка), захранващите пътища на възбуждане, заедно с фазоизместващи устройства, понякога съдържат сложни електрически устройства (така наречените вериги за формиране на лъчи ), които осигуряват всички излъчватели от няколко входа, което позволява в пространството, съответстващо на тези входове, едновременно сканиране (в многолъчева фазирана решетка). Квазиоптичните фазирани решетки са главно от видове: предавателни (лещи), при които фазоизместващите устройства и главните излъчватели се възбуждат (с помощта на спомагателни излъчватели) от вълни, разпространяващи се от общо захранване, и отразяващи - главният и допълнителните излъчватели са комбинирани, а на изходите на фазовъртите са монтирани рефлектори. Многолъчевите квазиоптични ФАРОВЕ съдържат облъчватели, всеки от които има собствен лъч в пространството. Понякога в PAR се използват фокусиращи устройства (огледала, лещи) за формиране на модел. Разглежданите фазирани решетки понякога се наричат ​​пасивни.

Най-големи възможности за управление на характеристиките имат активните фазирани решетки, при които към всеки емитер или модул е ​​свързан предавател или приемник с фазово управление (понякога и контролиран по амплитуда). ориз. 4 ). Фазовият контрол в активните фазирани решетки може да се извърши в междинните честотни пътища или във възбудителните вериги на кохерентни предаватели, приемни локални осцилатори и т.н. По този начин, в активните фазирани решетки, фазовите превключватели могат да работят във вълнови ленти, които са различни от честотния диапазон на антената; загубите във фазовите превключватели в някои случаи не влияят пряко върху нивото на основния сигнал. Предавателните активни фазирани решетки позволяват да се реализират в космоса мощностите на кохерентните електромагнитни вълни, генерирани от отделни предаватели. При приемането на активни фазирани решетки съвместната обработка на сигналите, получени от отделните елементи, позволява да се получи по-пълна информация за източниците на радиация.

В резултат на директното взаимодействие на емитерите един с друг, характеристиките на фазираната решетка ( излъчватели с вълнуващи фидери, CND и др.) се променят, когато лъчът се люлее. За борба с вредните ефекти от взаимното влияние на излъчвателите във фазираната решетка понякога се използват специални методи за компенсиране на взаимната връзка между елементите.

Перспективи за развитие на PAR.Най-важните насоки за по-нататъшното развитие на теорията и технологията на PAR са: 1) широкото въвеждане на PAR с голям брой елементи в радиотехническите устройства, разработването на елементи от нови типове, по-специално за активни PAR; 2) разработване на методи за конструиране на фазирана решетка с големи отвори, включително нееквидистантни фазирани решетки с силно насочени антени, разположени в цялото полукълбо на Земята (глобално радиотелескоп ), 3) по-нататъшно развитие на методите и техническите средства за намаляване на вредните ефекти от взаимната връзка между елементите на фазираната решетка; 4) развитие на теорията на синтеза и методите за машинно проектиране на фазирана решетка; 5) развитие на теорията и практиката на нови методи за обработка на информация, получена от елементите на FAA и използване на тази информация за управление

ФАРОВЕ, по-специално за автоматично фазиране на елементи (самофазиращи ФАРОВЕ) и промяна на формата на диаграмата на посоката, например, понижаване на нивото на страничните лобове в посоки към източници на смущения (адаптивни ФАРОВЕ); 6) методи за управление на независимото движение на отделните лъчи в многолъчевите фарове.

Лит.:Вендик О. Г., Антени с немеханично движение на лъча, М., 1965; Микровълнови сканиращи антенни системи, per. от английски, т. 1–3, Москва, 1966–71.

М. Б. Заксон.

Ориз. Фиг. 3. Типични схеми за възбуждане на фазирани антенни решетки (PAR) с последователно възбуждане (a), паралелно възбуждане (b), многолъчева PAR (c), квазиоптична PAR - през линия (d) и отразяваща ( д) видове: C - вълнуваща хранилка; И - излъчватели; PN - абсорбиращ; L - диаграма на излъчване (лъч); B1 - B4 PAR входове; DS - диаграмообразуваща схема; OI - основни излъчватели; VI - спомагателни излъчватели; SI - комбинирани излъчватели; О - облъчвател; От - ; j - фазов превключвател; пунктираната линия показва електромагнитното с плосък фазов фронт, излъчвано от ФАР, пунктираната линия показва електромагнитното със сферичен фазов фронт, излъчвано от облъчвателя.

Ориз. Фиг. 2. Примери за фазирани антенни решетки с електромеханично (а), честотно (б) и електрическо (в) сканиране: W, - шлицови радиатори; B - вълнуващ вълновод; H - надлъжна плоча (нож) с контролирана дълбочина на потапяне във вълновода (служи за промяна на фазовата скорост във вълновода); D - дроселни канали; R - рога; SW - спирален вълновод; ДА - диелектрични пръчковидни антени; Ф - феритна сърцевина на фазовия превключвател; BB - вълнуващи вълноводи; O - управляваща намотка на фазовия превключвател; Ш - диелектрик.

Ориз. 4. Блокови схеминякои активни фазирани антенни решетки - предавателни (а), приемащи с фазиране в локалните осцилаторни вериги (б) и приемащи с фазиране в междинните честотни пътища (в): I - излъчвател; UM - мощност; B - патоген; СЪС - ; G - хетеродин; UPC - усилвател на междинна честота; SU - сумиращо устройство; j - фазов превключвател.

Ориз. 1. Структурни схеми на някои фазирани антенни решетки (ФАР) - линейни равноотдалечени със симетрични вибратори и общо огледало (а); линейно нееквидистантно с пълно завъртане на огледалото параболични антени(б); плосък с правоъгълно разположение на рупорни излъчватели (c); плосък с шестоъгълно разположение на излъчватели на диелектрични пръчки (g); конформен с шлицови радиатори (d); сферични със спирални излъчватели (e); системи от плоски фазирани антенни решетки (g); B - вибратори; Ф - линии за възбуждане (фидери); Z - проводим (); A - огледални антени; R - рога; VR - вълнуващи радиовълни; E - метален екран; Shch - слот излъчватели; K - коничен PAR; C - цилиндричен фар; C - спирални излъчватели; SE - сферична; P - плоски фазирани антенни решетки (радиаторите са обозначени с точки); L0 - между B; l1, l 2, l3 - разстояния между A.

Бързам да разсея възможния скептицизъм относно развъждането на "сополи" за тежестта на иноваторите в Русия. Става въпрос за невероятна и авангардна технология.

Високочувствителни антени, базирани на набор от контролируеми пасивни разсейватели

Тази технология може да се приложи към различни видовеантени на много широк честотен диапазонот стотици мегахерци до 10 GHz. Технологията е изцяло нова и няма аналози.

Както знаете, фазираните антени (PAR) все още не са открити широко приложение V безжични системикомуникации, налични на масовия пазар на телекомуникационно оборудване (в WiMax, LTE, 3G, WiFi мрежи и др.). Имаше спорадични опити за създаване на такива комерсиални антенни системи, но резултатите не бяха подходящи за масово приложение.

И причината за това е значителната цена на такива устройства, свързана с високата цена на микровълновите елементи (фазопревключватели, вълноводи и др.), На които са изградени повечето съвременни антенни системи с контролирана диаграма на излъчване и, което е по-важно, софтуер, което е много нетривиална задача в рамките на тази технология.

Междувременно използването на такива антени би довело до качествен скок във възможностите на безжичните комуникации.

Гледайки напред, ще кажа, че вече има решение, но на първо място.

Ще дам основните предимства, схематично описание на технологията, варианти за възможно приложение на технологията и ще обобщя.

Предимства

Антените, произведени по тази технология, имат следните предимства:

  • Ниска цена - до $500 за базови станциии до $100 за клиентски станции;
  • Автоматично генериране на разпределени безжични мрежис много възли;
  • Минимизиране на влиянието на източниците на смущения върху качеството на комуникацията;
  • Минимизиране на отрицателното въздействие върху качеството на отраженията на комуникационния сигнал от околните обекти;
  • Определяне на посоката към движещ се източник на сигнал;
  • Ниска консумация на енергия;
  • Висока скорост на превключване на крайните състояния;
  • Бърз комуникационен интерфейс с изчислителното устройство;
  • Висока точност на изходен сигнал (напрежение);
  • Възможност за преконфигуриране.
Описание на технологията

Нашите антени се предлагат в две версии: секторно сканиране и кръгово сканиране.

Антени с кръгово сканиране.

Концептуална диаграма на високочувствителна 2,4 GHz антена с високо усилване и възможност за секторно сканиране:

Антената се състои от огледало (a), образувано от триизмерна решетка от контролирани разсейватели и приемо-предавателен елемент (подаване) (b).

Като контролирани разпръсквачи се предполага използването на електрически вибратори, заредени в центъра с капацитивен импеданс, чиято стойност може да варира. Промяната на импеданса на натоварване ви позволява да регулирате фазата на вълната, разпръсната от вибратора. В същото време амплитудата на разсеяното поле също се променя. Предложеният дизайн (при който разпръсквачите са разположени в пространството, а не в равнина) ви позволява произволно да променяте относителното положение на разпръсквачите, което разширява възможностите за оптимизиране на неговата структура за получаване на определени характеристики.

Принцип на работа:

Принципът на действие на продукта е следният - за ефективно приемане на лъчение, стойностите на натоварването на разпръсквачите трябва да бъдат избрани така, че фазите на вълните, създавани от разсейвателите, да осигурят оптималното сумиране на тези вълни в местоположението на приемо-предавателният елемент (облъчвател).

За реализиране на описаната концепция беше изчислен дизайнът на разсейвателя - електрически дипол, както и архитектурата на цялото огледало, образувано от разсейватели. Освен това се определя дизайнът на подаването на огледалото и местоположението му спрямо дифузорите.

Дизайн на дифузьор:

Дифузьорът е едностранен печатна електронна платкаи се формира от диполни рамена (a), импедансен трансформатор - от дълга линия (b), варикап (c), свързан с дълга линия, шунтови дросели (d), разделящи RF частта на дифузора от управляващите линии ( e), през който се прилага напрежение към офсета на варикапа. Дълга линия (импедансен трансформатор) е въведена в дизайна, за да се разшири обхватът на промените на импеданса на товара на входа на дипола.

Измерванията на тестовата проба показаха, че антената има следните характеристики:

  • Работен честотен диапазон 2.4 GHz;
  • Работна честотна лента до 200 MHz;
  • Коефициентът на усилване на антенната решетка е повече от 21dBi с размери на антенната решетка 60cm x 100cm;
  • Настройка на главния лоб на диаграмата на излъчване от -60o до +60o в азимутна равнина и от -15o до +15o по елевация;
  • Осигуряване на стабилност на приемане / предаване при промяна на околната среда, както и поддържане на многопотребителски режими на работа при спазване на изискванията висока скоростпревключване на крайното състояние и скорост на интерфейса.
  • Средна скорост на трансфер на данни за WiFi устройства (IEEE 802.11b) - 6,85 Mbps на разстояние 6,5 км
  • Брой едновременни връзки - 135
Диаграма на излъчване на антената със секторно сканиране (три цифри съответстват на диаграми на излъчване, изместени във вертикалната равнина):

Основната връзка в технологията обаче е софтуерът, отговорен за формирането на необходимата радиационна схема. Избрана е система за управление, която използва механизмите на самоорганизация (самонастройка) на масив от разсейватели.

Версия за кръгово сканиране

Антените с кръгово сканиране, изградени с помощта на технологията SPR, се формират от многослойна колинеарна антена, заобиколена от слой от пасивни разсейватели със специален дизайн (изчислен, като се вземе предвид влиянието на близко разположен активен елемент и контролни линии върху техните характеристики ).

За втория тип антени се постигат следните характеристики:

  • работен честотен диапазон - 2.4 GHz
  • честотна лента - 100/200 MHz
  • печалба - до 8 dBi
  • диапазон от ъгли на сканиране - 360 градуса в хоризонтална равнина
Диаграма на излъчване на антената с кръгово сканиране:
Възможни варианти за комерсиализация на технологията
  • Създаване на 3G / LTE модем, оборудван с управляема антена;
  • Създаване WiFi горещи точкидостъп, оборудван с контролирана антена;
  • Създаване на самонастройващи се антени за комуникационни системи, бързо разположени в неподготвени територии (включително такива с голям брой възли);
  • Създаване на далекобойни RFID системи;
  • Създаване на клиентски терминали за сателитни комуникационни системи;
  • Създаване на охранителни радарни системи;
  • Създаване на пеленгаторни системи за подвижни обекти, движещи се в ограничена зона;
  • Създаване на разпределени антенни системи (DAS технология).
Послеслов
Заслужава да се отбележи, че технологията е старателно разработена, тествана в реални условия и е показала отлични резултати.
Също така, няма съмнение, че перспективите пред тази технология са изключително големи, ако не да се каже, че това е бъдещето.
За още Подробно описаниеможете да видите презентацията.

Благодаря за вниманието. Ще се радвам на всякакви въпроси, коментари. и инвестиционни предложения.