Фазированные антенные решетки и их назначение. Влияние ФАР на широкополосный сигнал

1. Структура курса

• Введение
– Фазированные антенные решетки и их назначение
• Теория ФАР
– Основные характеристики ФАР
– Диаграммоформирование в ФАР
• Особенности широкополосного диаграммоформирования
• Техника ФАР
– Схемы возбуждения ФАР
– Принципы конструирования ФАР
– Калибровка и контроль ФАР
1

2. Влияние ФАР на широкополосный сигнал:

• Затягивание фронта сигнала
– межсимвольная интерференция каналов
• Зависимость коэффициента усиления
от частоты
– уход положения диаграммы
направленности
2

3. Монохроматический сигнал – когерентное сложение

n
2
0
( uxn vy n ) n
0
пусть 0
n
3

4. Модулированный сигнал – когерентное сложение

Сигнал в каждом канале синхронно включается на время Т
(прямоугольная модуляция)
4

5. Модулированный сигнал – затягивание фронта

5

6. Затягивание фронта

L Du 0
6

7. Уход положения ДН

7

8. Ширина полосы ФАР с точки зрения частотного сканирования

Уход ДН не должен изменять мощность сигнала более чем на 3 дБ.
Ширина ДН u3dB
D
(уход должен быть вполовину меньше)
Относительная отстройка частоты
Максимальный угол отклонения
u0 (направляющий косинус)
Частотный уход максимума ДН
u0
Соотношение для оценки ширины полосы u0
Альтернативное соотношение для оценки
u3dB
2
2 u0
D
8

9. Затягивание фронта

L Du 0
9

10. Ширина полосы ФАР с точки зрения затягивания фронта сигнала

Дополнительное время, вносимое антенной, не должно быть больше
характерного времени сигнала
Дополнительное время
Du 0
c
Характерное время фронта
для ширины полосы f 2 f
Итак, характерное время
Соотношение
1
f
или
, частоты
1
2 f
f
c
2 c
Du 0
c
2 c или
2 u0
D
10

11. Ширина полосы ФАР с точки зрения частотного сканирования

Уход ДН не должен изменять мощность сигнала более чем на 3 дБ.
Ширина ДН u3dB
D
(уход должен быть вполовину меньше)
Относительная отстройка частоты
Максимальный угол отклонения
u0 (направляющий косинус)
Частотный уход максимума ДН
u0
Соотношение для оценки ширины полосы u0
Альтернативное соотношение для оценки
u3dB
2
2 u0
D
11

12. Условие широкополосности ФАР - обсуждение

2 u0
D
• Чем больше СЭС, тем уже полоса
• Чем больше апертура, тем уже полоса
• Чем выше частота (меньше длина
волны – тем уже полоса)
• И наоборот
12

13. Условие широкополосности ФАР – альтернативное представление

L Du 0
2 u0
D
1
13

14. Пути увеличения широкополосности ФАР

• Использование задержек в каждом канале
• Разбиение на подрешетки
с двухступенчатым формиированием
диаграмммы
14

15. Задержки в каждом канале радикально решают проблему, но:

• Сложно (даже для ЦФДН)
• Дорого
• Затруднения при формировании луча
(метод парциальных диаграмм не работает)
15

16. Разбиение на подрешетки

Каждая подрешетка запитывается
с соответствующей временной задержкой
16

17. Концепция двухступенчатого диаграммоформирования

• Предполагает, что апертура ФАР разделена на подрешетки
• Вначале каждая из подрешеток формирует свою диаграмму
• Затем сигналы подрешеток складываются, формируя
диаграмму ФАР
• Для увеличения широкополосности – сложение происходит
через временные задержки
• И вообще используется тогда, когда хотят на чем-то сэкономить
(например, на цифровом диаграммоформировании)
17

18. ФАР с двухступенчатым диаграммоформированием

18

19. Двухлучевая ФАР с двухступенчатым диаграммоформированием

19

20. Двухступенчатая схема: луч по оси

F, dB
0
ДН элемента
ДН подрешетки
ДН антенны
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Угол отклонения, сечение в азимутальной плоскости
5
6
7
8
9
10
20

21. Двухступенчатая схема: луч отклонен

F, dB
0
ДН элемента
ДН подрешетки
ДН антенны
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-10
-9
-8
-7
-6
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
Угол отклонения, сечение в азимутальной плоскости
5
6
7
8
9
10
21

22. Двухступенчатая схема: луч отклонен

F, dB
0
ДН элемента
ДН подрешетки
ДН антенны
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Угол отклонения, сечение в азимутальной плоскости
5
6
7
8
9
10
22

23. Двухступенчатая схема: луч отклонен

F, dB
0
ДН элемента
ДН подрешетки
ДН антенны
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Угол отклонения, сечение в азимутальной плоскости
5
6
7
8
9
10
23

24. Двухступенчатая схема: разрыв непрерывности фазы

24

25. Двухступенчатая схема

F, dB
0
ДН элемента
ДН подрешетки
ДН антенны
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Угол отклонения, сечение в азимутальной плоскости
5
6
7
8
9
10
25