Антенные решетки с электрическим сканированием

Антенной решеткой с электрическим сканированием называется решетка, в которой сканирование производится без механического перемещения антенны или отдельных её частей, а путём изменением полей возбуждения отдельных сост. решетки.

В качестве отдельных элементов антенные решетки чаще всего используются рупоры. Часто применяются так же волноводно-щелевые решетки. Если электронное сканирование осуществляется за счет изменения фазы питающих токов, то такая антенная решетка называется фазированной (ФАР). Если сканирование осуществляется за счет изменения частоты, то такая решетка называется решеткой с частотным сканированием. Возможно сочетание электронного сканирования с механическим. Антенные решетки с электрическим сканированием бывают одномерная и линейная, двумерные или плоские и многомерные или объемные. Принцип электрического сканирования состоит в следующем: между передатчиком и приемником с одной стороны и излучателями с другой стороны в. устройства распределения и управления. Элементы этих устройств встроены в фидерный тракт и подобраны таким образом, что бы мощность, поступающая от передатчика, распределялась между излучателями по заданному закону, обеспечивающему перемещение луча в пространстве. Мощность, поступающая от антенны к приемнику должна оптимально суммироваться на входе приемника. Устройство распределения должно обеспечить управление амплитудно-фазовым распределением энергии в раскрыве решетки от чего зависит положение и форма луча в пространстве. В большинстве антенных решеток функции управления и распределения выполняет одно и то же устройство. ЭВМ используется для расчета сигналов управления антенной решеткой.

Антенные решетки с электрическим сканированием применяются в радиолокации, радиоастрономии, космической радиосвязи, радиоуправлении, радионавигации. В радиолокационных станциях используются в системе ПРО для обнаружения и определения параметров движения воздушных целей.

Производится не только первичная, но и вторичная обработка информации. Результатом первичной обработки является обнаружение целей и определение их мгновенных параметров: дальности, скорости, азимута и угла места. По этим данным в результате вторичной обработки вычисляется скорость и курс цели в дальнейшем. При последовательном обзоре пространства управление лучом может осуществляться по жесткой или гибкой программе. Порядок и скорость просмотра при жесткой программе устанавливается заранее. А при гибкой программе приспосабливается к изменяющейся радиолокационной обстановке. И при этом и при другом типе управление осуществляется ЭВМ. В первом случае ЭВМ содержит заданную программу. Во втором – работает от сигнала рассогласования. Принцип сканирования луча ФАР состоит в следующем: в каждом питающем волноводе на расстоянии l/4 друг от друга устанавливаются p-i-n диоды, соединенные с ЭВМ. По сигналу ЭВМ создается фазовый сдвиг. В результате изменения фазовых сдвигов питающих рупора токов луч перемещается в пространстве, сканируя определенный сектор. Чем меньше расстояние между этими диодами, тем меньше уровень боковых лепестков в ДН, тем меньше погрешность определения координат цели. Уменьшению расстояния между этими диодами препятствует размер самого p-i-n диода. Чтобы получить более узкий главный лепесток нужно увеличить количество излучателей, но увеличение количества излучателей делает более громоздкой конструкцию, увеличивая ее стоимость и габариты. Минимально допустимое количество излучателей без ухудшения параметров антенны определяется из формулы:

Мmin = 1+ 2q_скан / 2q_0.5

q_скан – это угол электронного отклонения луча в одном направлении.

2q_скан – полный угол обзора

2q_0.5 – ширина главного лепестка определенная по уровню 0,5 от мощности.

Чтобы сузить главный лепесток можно также увеличивать расстояние между центрами излучателей. Но при этом может появиться не единственный максимум. Ширина главного лепестка определяется по формуле:

2q_0.5 = 51l/Nd cosq_скан

d<l/(1+|sinqскан|)

ДН отдельного излучателя при включении его в розетку искажается за счет взаимного влияния соседних излучателей.. За счет взаимного влияния соседних излучателей формируется максимум в одном направлении и главный лепесток сужается. В большинстве ФАР применяются слабонаправленные антенны, полуволновые вибраторы (щели), открытые концы волноводов и небольшие рупоры. С увеличением длины рупора его направленные свойства улучшаются, но конструкция становиться более громоздкой.

Виды сигналов

Они бывают:

- непрерывные (аналоговые)

- дискретные (импульсные)

И те и другие сигналы могут быть детерменироваными и случайными.

Детерменироваванные сигналы описываются математической формулой и не несут никакой информации.

Случайные сигналы несут информацию.

Информацию выгоднее передавать с помощью импульсного сигнала.

Преобразование непрерывного сигнала в импульсный производится на основе теоремы Котельникова: любой непрерывный сигнал может быть преобразован в дискретный сигнал без потери информации. Если шаг Квантования по времени:

Преобразование аналогового сигнала в цифровой вызвано 2 причинами:

1. При работе передатчика в импульсном режиме мощность излучения в импульсе в Q раз больше средней мощности передатчика, где Q- скважность импульсной последовательности.

2. Сигнал представленный в импульсной форме (в настоящее время применяется цифровая форма) является защищенным.

Атмосферные, промышленные помехи воздействуют на амплитуду сигнала.

При цифровой передачи информации имеет значение только значение импульса любой формы в данном разряде.

Кроме квантования по времени необходимо провести квантование по уровню и записать номер уровня в двоичном коде.

Такое преобразование делает аналоговый цифровой преобразователь.

На приёмном конце канала связи имеется цифра – аналоговый преобразователь, который восстанавливает непрерывный сигнал.

Параметры импульсов и импульсных последовательностей.

U t

Т r

Импульсная последовательность характеризуется следующими параметрами:

-длительность импульса

-периодом повторения «Т», или обратная ему величина, частотой исследования и амплитудой импульса.

Реальный одиночный импульс.

Характерный длительностью импульса «V», который определяют по уровню 0,1 от «U».

«U»- максимальное отклонение импульса от 0-го значения.

Длительность переднего фронта определяется расстоянием во времени от уровня 0,1 «U» до уровня 0,9 «U».

Длительность среза определяется расстоянием во времени от уровня 0,9 «U» до 0,1 «U».

Идеальный импульс имеет «Т» фронта и «Т» среза равными нулю, то есть перехода от 1 к 0 или от 0 к 1, происходит мгновенно.

С помощь разложения в ряд Фурье импульса последовательность может быть представлена, как сумма отдельных гармонических колебаний.

т

а(т)

Т

Идеальный импульс.

Формирователи импульса.

Схемы которые преобразуют сигналы одной формы в сигналы другой формы называются формирователями импульса.

Формирователи могут быть:

- дифференцирующие – интегрирующие цепи.

- ограничители амплитуд.

Как всякие радиотехнические цепи формирователи могут быть линейными и нелинейными.

Линейные цепи строятся на линейных элементах, которые характеризуются тем, что их параметры не зависят от протекающих через них токов и приложенных к ним напряжений.

ВАХ линейного элемента представляет собой прямую пропорциональную зависимость.

На выходе линейного устройства сохраняются те же гармоники, что и на входе.

Нелинейные устройства строятся на нелинейных элементах параметры, которых зависят от протекающих через них токов или приложенных напряжений. Нелинейные элементы характеризуются нелинейной ВАХ. На выходе нелинейных устройств появляются новые гармоники по сравнению с входным сигналом.