Доклад на тему: "Учет взаимного влияния элементов в ФАР"

В данной работе будет анализироваться взаимное влияние элементов в ФАР. Для начала разберемся в данной теме, и приведем основные понятия. В ходе изучения информационных источников опишем предметную область и изучим тему данной работы.Фазированные антенные решетки (ФАР) благодаря возможности быстрого и гибкого изменения амплитудно-фазового распределения в излучающей структуре нашли широкое применение в радиотехнических системах связи, локации и навигации. Фазированная антенная решётка (ФАР) — антенная решётка, направление излучения и (или) форма соответствующей диаграммы направленности которой регулируются изменением амплитудно-фазового распределения токов или полей возбуждения на излучающих элементах. Излучающий элемент (антенной решётки) — составная часть антенной решётки, антенна или группа антенн с заданным относительным возбуждением. В антенной решётке требуемая диаграмма направленности формируется благодаря специальным образом организованной интерференции электромагнитных волн, излучаемых в пространство её излучающими элементами. Для этого обеспечивают необходимое амплитудно - фазовое распределение - необходимые относительные амплитуды и начальные фазы переменных токов или полей возбуждения каждого излучающего элемента антенной решётки. Отличие фазированной антенной решётки заключается в том, что амплитудно-фазовое распределение не является фиксированным, оно может регулироваться (управляемо изменяться) при эксплуатации. Благодаря этому можно перемещать луч (главный лепесток диаграммы направленности) антенной решётки в определённом секторе пространства (антенная решётка с электрическим сканированием луча как альтернатива антенне с механическим сканированием, то есть альтернатива механически вращающейся антенне) или изменять форму диаграммы направленности.Эти и некоторые другие свойства ФАР, а также возможность применять для управления ФАР современные средства автоматики и вычислительной техники, обусловили их перспективность и широкое использование в радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиоастрономии и т. д.Развитие технологийФазированные антенные решетки (ФАР) прошли долгий научно-практический путь развития. Первые ФАР были созданы более 35 лет назад и с тех пор находят широкое применение в различных радиоэлектронных системах. Интерес к ним не ослабевает и сегодня. Об этом свидетельствуют непрекращающиеся поиски новых, эффективных решений, опирающихся на самые современные технологии и способных существенно расширить сферы применения ФАР.Развитие теории и техники ФАР в настоящее время идет по следующим наиболее важным направлениям:1) использование в перспективных радиотехнических устройствах активных ФАР с большим числом элементов новых типов;2) разработка и внедрение новых методов построения ФАР с раскрывом больших размеров, например, проект глобальный Радиотелескоп на основе неэквидистантной ФАР, в состав которой входят остронаправленные антенны, расположенные на одном из полушарий Земли;3) разработка и совершенствование радиотехнических элементов и методов, позволяющих ослабить взаимовлияния между элементами ФАР;4) дальнейшее развитие методов синтеза ФАР и автоматизации их проектирования;5) дальнейшая разработка и внедрение методов обработки принятой элементами ФАР информации, обеспечивающих, например, управление формой ДН (адаптивные ФАР) и автоматическое фазирование элементов ФАР (самофазирующиеся ФАР):6) разработка методов управления независимым движением отдельных лучей в многолучевых ФАР.Достижения последних десятилетийВыдающиеся достижения в разработке ФАР за последние десятилетия обеспечили им широкое внедрение в различные радиотехнические системы и комплексы, обеспечивающие обнаружение и сопровождение как воздушных, так и наземных целей. Образцами таких систем можно назвать следующие:зенитно-ракетный комплекс Patriot (США);бортовая система дальнего обнаружения целей AEGIS (США);радиолокационная станция (РЛС) обнаружения артиллерийского и минометного огня TPQ-37 (США);РЛС GPN-22 (США);РЛС Flap Lid (Россия).Преимущества и перспективы развития ФАРЧто является преимуществом ФАР? Часто говорят – отсутствие механического привода и, как следствие меньшие габариты и вес.Нет, главное в ФАР - возможность электронного сканирования. Возможность сформировать луч или несколько лучей любой формы и быстро перебрасывать их в нужное направление. Для ФАР ещё и возможность получить намного большую мощность с той же площади антенны – нет опасности пробоя волноводов, при подведении большой энергии от единого мощного передатчика.Для ФАР большие размеры дают и дополнительные специфические преимущества. Благодаря большему количеству элементов, неважно активных или пассивных, появляется возможность выделить часть их для формирования одного луча, а часть для другого. Причём лучи могут иметь разную форму, их может быть несколько. Какие-то подсвечивают цели для ракет, какие-то производят обзор пространства и тому подобное. В активных ФАР большее количество передающих модулей позволяет решить проблему ограничения мощности из-за опасности «пробоя» в волноводах.Опишем более подробнее преимущества:Антенная решётка из N излучающих элементов позволяет увеличить приблизительно в N раз коэффициент направленного действия (КНД) и, следовательно, коэффициент усиления антенны по сравнению с одиночным излучателем, а также сузить луч для повышения помехозащищенности, разрешающей способности по угловым координатам, точности пеленгации источников радиоизлучения в радиолокации и радионавигации.В антенной решётке возможно увеличение электрической прочности по сравнению с апертурной антенной, оснащённой одиночным облучателем [источник не указан 602 дня].Важным преимуществом ФАР является возможность быстрого обзора (сканирования) пространства за счёт «качания» луча диаграммы направленности электрическими методами (по сравнению с антеннами с механическим сканированием луча). Такая ФАР является антенной с электрическим сканированием луча.Функциональные возможности ФАР расширяются при использовании совместно с каждым излучающим элементом активного приёмопередающего модуля. Такие ФАР называются активными.Перспективы развития ФАР связывают с увеличением их рабочей полосы. Как полагают специалисты, одна широкополосная ФАР сможет одновременно выполнять несколько функций и работать с несколькими радиоэлектронными средствами. Специалисты Центра вооружения авиации ВМС США совместно с фирмой Texas Instruments в рамках программы создания усовершенствованной ФАР с разделением апертуры ASAP ведут разработку бортовой ФАР для истребителя-бомбардировщика. Диапазон ее частот будет постоянно охватывать полосу от С- до Ku-диапазона (3,9-17,25 ГГц). В этой полосе будут совместно работать бортовой локатор, пассивные средства радиоэлектронной поддержки, постановщик активных помех и средства связи. Для получения такой широкой полосы в антенной решетке применены щелевые трапецеидальные излучатели, которые к тому же обеспечивают горизонтальную, вертикальную и круговую поляризацию радиоволн. По технологии MMIC создан приемопередающий модуль, который может работать в полосе частот от С до Ku. Его выходная мощность 2-4 Вт, коэффициент шума 6,5-9 дБ, КПД по мощности 5,5-10%. Антенные решетки такого типа позволят одновременно использовать отдельные их части для различных бортовых систем - локатора, средств радиоэлектронной поддержки, постановщика активных помех и средств связи. Размер и расположение участков решетки, используемых для каждой функции, могут изменяться в процессе работы и при необходимости накладываться друг на друга.Взаимное влияние элементов фазированной антенной решёткиПри практической реализации антенных решёток, как правило, элементы решётки располагаются на расстоянии порядка половины длины волны друг от друга. Это требование связано с тем, что при увеличении расстояния между излучателями в диаграмме направленности появляются дополнительные дифракционные максимумы решётки. Более того, в последнее время начинают получать широкое распространение антенные решётки с высокой плотностью расположения излучающих элементов. Эффект сильного взаимного влияния между излучателями негативно сказывается на взаимных корреляционных свойствах каналов приемопередающей системы.Сущность взаимной связи состоит в том, что каждый элемент ФАР возбуждает все остальные (или по крайней мере соседние). В результате появляются волны, бегущие от излучателей, изменяется излучение элементов в окружающее пространство (рисунок 1).Рисунок 1 -  Взаимное влияние излучателей ФАР друг на другаВолны, бегущие от излучателей, можно интерпретировать как отражение, что позволяет учесть их влияние на характеристики элементов и ФАР в целом с помощью коэффициента Г отражения. Поскольку во многих практических случаях связь между излучателями быстро убывает в зависимости от расстояния, то в ФАР больших волновых размеров можно пренебречь краевым эффектом, полагая, что все элементы решетки независимо от их местоположения в раскрыве работают в одинаковых условиях. В антенных решётках наличие взаимной связи (взаимного сопротивления) между излучателями приводит к изменению входного импеданса излучателей, искажениям амплитудно-фазового распределения возбуждающих токов или напряжений и, как следствие, к ухудшению направленных свойств всей антенны и росту бокового излучения.Эффект взаимного влияния достаточно подробно изучен для самых различных типов антенных решёток. Например, (рисунок 1) наглядно демонстрирует эффект взаимного влияния излучателей ФАР друг на друга.В ситуациях, когда взаимная связь не может быть уменьшена конструктивно, её необходимо корректно учитывать. Реальная диаграмма направленности антенной решётки может быть предсказана на основе информации о диаграммах направленности отдельных излучателей.ЗаключениеОсновные научно-технические результаты работ в области антенных систем с электронным управлением лучом могут быть с успехом применены не только в системах управления вооружением, но и в радиолокации широкого назначения: метеорадарах, авиационных и наземных системах наблюдения и информационного обеспечения, управления воздушным движением, связи и др. Эффективность применения наших технологий для решения этих новых задач определяется не только высокими радиотехническими и массо-габаритными характеристиками и новыми функциональными возможностями, но и низкой себестоимостью изготовления, обусловленной комплексом высокопроизводительных технологий и производственных процессов.