Фазированная антенная решётка
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Фазированная антенная решётка - в волновой теории обозначает группу антенных излучателей, в которых относительная фазировка сигналов этих излучателей изменяется комплексно, так, что эффективное излучение антенны усиливается в каком-то одном, желаемом направлении и подавляется во всех остальных направлениях.
[править] Введение.
|
Для улучшения статьи желательно:
|
Щелевая плоская решётка — антенна СВЧ-диапазона, которая использует сотни или тысячи крошечных щелей, где каждая щель действует как элементарный излучатель.
Сложная сеть волноводов и элементов задержки, скрытых позади антенны, выстраивает времена прибытия СВЧ-сигналов таким способом, что в диаграмме направленности антенны появляется очень узкий (< 5-10°) главный лепесток, и очень маленькие боковые лепестки. Как и в обычном радаре, передатчик использует большой Тraveling Wave Tube (TWT) микроволновый усилитель, который подает очень мощный микроволновый сигнал в антенну. В противоположном направлении, элементы щелей/волноводов/задержки подают сигнал в приемник, который потом в свою очередь подает в обычное pulse Doppler сигнал обрабатывающие устройство. Это семейство микроволновых антенн было первое, которое видело ограниченное применение принципов фазированых решеток, которые будут обсуждены, и они обычно используются для функции нахождения высоты цели.
Фазированые решетки являются усовершенствованием плоских решеток . В плоских решетках, луч постоянен в направлении и форме, потому что фазы микроволн, подаваемых в такое множество постояны. Однако, если фазы могут быть изменены, то и форма луча и его направление может быть изменено. Если это делается с помощью электроники, форма и направление луча может быть изменено в очень короткое время (доли секунды).
Само собой разумеется, это может быть сложной задачей, потому что несколько сотен или тысяча элементов решетки должны быть рассчитаны одновременно. Ключевые элементы в построении такого множества - программируемый изменитель фаз (или более разговорно, "шифтер"), устройство, которое может изменить фазу (то есть задержку времени) микроволн, проходящих через него при электронном управлении цифровым компьютером. Используя компьютер, чтобы управлять шифтерами, вся решетка становится в результате антенной с программируемой формой луча и его направлением.
До конца восьмидесятых, создание такой системы вовлекало использование большого количества устройств, изза чего полностью с помощью электроники управляемые фазированые решетки главным образом использовались на больших стационарных радарах, типа массивного BMEWS (Ballistic Missile Warning Radar) и несколько меньшего американского морского SPY-1 Aegis радаре воздушной обороны, установленого на крейсеры класса Ticonderoga и позже Arleigh Burke противолодочных кораблях. Единственными известными применениями на самолетах был большой Flash Dance радар, установленый на огромном советском МиГ-31 Foxhound воздушном перехватчике, и радар нападения на Rockwell B-1B Lancer.
Такие радары не ставили на самолетах главным образом изза их большого веса, поскольку первое поколение технологии фазированых решеток использовало обычную радарную архитектуру. В то время как антенна изменилась, все остальное еще оставалось как было, но дополнительные компьютеры были добавлены, чтобы управлять шифтерами антенны. Это привело к более тяжелой антенне, дополнительным компьютерам, и дополнительной нагрузке в электрической системе, которая нуждалась в больших дополнительных генераторах тока.
Выгоды применения фазированых решеток однако оправдывали дополнительную стоимость. Фазированые решетки могли в единственной антенне делать работу нескольких антенн, почти одновременно. Широкие лучи могли использоваться для поиска, узкие лучи для сопровождения, плоские в форме веера лучи для определения высоты и узкие направленые лучи для полета по ландшафту (B-1B). Во враждебной зоне глушения выгоды были еще больше, поскольку фазированые решетки позволяют системе размещать "ноль", область нулевой чувствительности приемника, на волне глушения и таким образом в результате блокировать ее от попадания в приемник. Другая выгода, хотя и маленькая, - то, что нет больше потребности механически поворачивать антенну в направлении цели. Обычно многосторонная антенна могла обеспечить охват в 360 градусов, неподвижными антеннами, охватывающими все направления сразу.
Менее очевидные выгоды также выходили их этой технологии.Одна была способностью быстро обыскать маленький участок неба, чтобы увеличить вероятность обнаружения маленькой и мимолетной цели, в отличие от медленно вращающейся антенны, которая может обыскать специфический сектор только однажды за оборот, типично через секунды. Маленькую цель подобно низко летящей крылатой ракете почти невозможно заметить при таких условиях. Способность фазированой решетки к почти мгновенному изменению направления луча и формы фактически добавляют целое новое измерение к сопровождению целей, поскольку разные цели могут быть отслежены разными лучами, все из которых переплетаются вовремя с периодически обыскивающим лучом обзора. Для прмера, луч обзора может охватывать 360 градусов периодически, тогда как сопровождающие лучи могут следить за индивидуальными целями независимо от того, куда луч обзора смотрит, в это время.
Фазированые решетки в действительности имеют и ограничения, как все проекты имеют. Основное ограничение - диапазон углов, через которые луч может быть отклонен. Практически, предел - приблизительно 45 - 60 градусов от вертикальной плоскости антенны, луч отклоненый к более маленьким углам ухудшает работу антенны значительно. Два эффекта - играют здесь роль. Первый из них - то, что эффективная длина (ширина) антенны уменьшается с увеличивающимся углом отклонения луча, сокращение длины решетки в свою очередь уменьшает ее способность разрешить цели на расстоянии, при также уменьшеном усилении антенны, что является мерой ее эффективности.
Второй эффект менее очевиден, но происходит от вида излучения выбраных элементов, щелей, которые излучают меньше с увеличением угла по вертикали, таким образом сокращая передающию энергию и чувствительность. В результате, при чрезвычайных углах луч существенно ослаблен и дефокусирован. Это сокращение столь существенно, что в типичной ситуации состовляет сокращение усиления антенны, и следовательно излученной мощьности и чувствительности до 25 % при 60 градусах от вертикали.
[править] См. также
- Антенна с синтезированной апертурой, (en:Synthetic aperture radar)
- Пассивная фазированная антенная решётка (en:Passive electronically scanned array)
- Активная фазированная антенная решётка (en:Active electronically scanned array)
- НИИП, Фазотрон-НИИР - советские/российские разработчики авиационных/наземных ФАР и АФАР
