Фазовані решітка - це

Управління фазами (фазування) дозволяє:

формувати (при досить різноманітних розташуваннях випромінювачів) необхідну діаграму спрямованості (ДН) ФАР (наприклад, остронаправленной ДН - промінь);
змінювати напрямок променя нерухомої ФАР і т. о. здійснювати швидке, в ряді випадків практично безінерційною, сканування - хитання променя;
управляти в певних межах формою ДН - змінювати ширину променя, інтенсивність (рівні) бічних пелюсток і т.п. (Для цього в ФАР іноді здійснюють також управління і амплітудами хвиль окремих випромінювачів).

Ці та деякі інші властивості ФАР, а також можливість застосовувати для управління ФАР сучасні засоби автоматики і обчислювальної електроніки зумовили їх перспективність і широке використання в радіозв'язку, радіолокації, радіонавігації, радіоастрономії і т.д. ФАР, що містять велику кількість керованих елементів, входять до складу різних наземних (стаціонарних і рухомих), корабельних, авіаційних і космічних радіопристроїв. Ведуться інтенсивні розробки в напрямку подальшого розвитку теорії і техніки ФАР і розширення області їх застосування.

структура ФАР

Форми, розміри і конструкції сучасних ФАР вельми різноманітні; їх різноманітність визначається як типом використовуваних випромінювачів, так і характером їх розташування. Сектор сканування ФАР визначається ДН її випромінювачів. У ФАР з швидким ширококутним хитанням променя зазвичай використовуються слабонаправленних випромінювачі: симетричні і несиметричні вібратори, часто з одним або декількома рефлекторами (наприклад, у вигляді загального для всієї ФАР дзеркала); відкриті кінці радіохвилеводів, щілинні, рупорні, спіральні, діелектричні стрижневі, логоперіодічеськие і ін. антени. Іноді великі за розмірами ФАР складають з окремих малих ФАР (модулів); ДН останніх орієнтується в напрямку основного променя всій ФАР. У ряді випадків, наприклад коли допустимо повільне відхилення променя, як випромінювачів використовують гостронаправлені антени з механічним поворотом (наприклад, т. Зв. Повноповороті дзеркальні); в таких ФАР відхилення променя на великий кут виконують за допомогою повороту всіх антен і фазирования випромінюваних ними хвиль; фазування цих антен дозволяє також здійснювати в межах їх ДН швидке хитання променя ФАР.

Залежно від необхідної форми ДН і необхідного просторового сектора сканування в ФАР застосовують різне взаємне розташування елементів:

уздовж лінії (прямої або дуги);
по поверхні (наприклад, плоскою - у т. н. плоских ФАР; циліндричної; сферичної)
в заданому обсязі (об'ємні ФАР).

Іноді форма випромінюючої поверхні ФАР - розкриття, визначається конфігурацією об'єкта, на якому встановлюється ФАР. ФАР з формою розкриття, подібній формі об'єкта, іноді називаються конформними. Широко поширені плоскі ФАР; в них промінь може сканувати від напрямку нормалі до розкриву (як в синфазной антени) до напрямку вздовж розкриття (як в антені біжучої хвилі). Коефіцієнт спрямованої дії (КНД) плоскою ФАР при відхиленні променя від нормалі до розкриву зменшується. Для забезпечення широкого кута сканування (в великих просторових кутах - аж до 4 стерадіан без помітного зниження КНД використовують ФАР з неплоским (наприклад, сферичним) розкривом або системи плоских ФАР, орієнтованих в різних напрямках. Сканування в цих системах здійснюється за допомогою порушення відповідно орієнтованих випромінювачів і їх фазирования.

За характером розподілу випромінювачів в розкриві розрізняють еквідистантно і нееквідістантние ФАР. У еквідистантних ФАР відстані між сусідніми елементами однакові по всьому розкриву. У плоских еквідистантних ФАР випромінювачі найчастіше розташовують у вузлах прямокутної решітки (прямокутне розташування) або в вузлах трикутної сітки (гексагональних розташування). Відстані між випромінювачами в еквідистантних ФАР зазвичай вибирають досить малими (часто менше робочої довжини хвилі), що дозволяє формувати в секторі сканування ДН з одним головним пелюсткою (без побічних дифракційних максимумів - т. Зв. Паразитних променів) і низьким рівнем бічних пелюсток; проте для формування вузького променя (т. е. в ФАР з великим розкривом) необхідно використовувати велику кількість елементів. У нееквідістантних ФАР елементи розташовують на неоднакових відстанях один від одного (відстань може бути, наприклад, випадковою величиною). У таких ФАР навіть при великих відстанях між сусідніми випромінювачами можна уникнути утворення паразитних променів і отримувати ДН з одним головним пелюсткою. Це дозволяє в разі великих раськривов сформувати дуже вузький промінь при порівняно невеликому числі елементів; однак такі нееквідістантние ФАР з великим розкривом при малому числі випромінювачів мають більш високий рівень бічних пелюсток і, відповідно, нижчий КНД, ніж ФАР з великим числом елементів. У нееквідістантних ФАР з малими відстанями між випромінювачами при рівних потужностях хвиль, випромінюваних окремими елементами, можна отримувати (в результаті нерівномірного розподілу щільності випромінювання в розкриві антени) ДН з більш низьким рівнем бічних пелюсток, ніж в еквідистантних ФАР з таким же розкривом і таким же числом елементів.

Управління фазовими зрушеннями

За способом зміни фазових зрушень розрізняють ФАР:

з електромеханічним скануванням, здійснюваним, наприклад, за допомогою зміни геометричної форми збуджуючого радіохвилеводу;
частотним скануванням, заснованим на використанні залежності фазових зрушень від частоти, наприклад за рахунок довжини фідера між сусідніми випромінювачами або дисперсії хвиль в радіохвилеводі;
з електричним скануванням, реалізованим за допомогою фазосдвигающих ланцюгів або фазовращателей, керованих електричними сигналами з плавним (безперервним) або ступінчастим (дискретним) зміною фазових зрушень.

Найбільшими можливостями мають ФАР з електричним скануванням. Вони забезпечують створення різноманітних фазових зрушень по всьому розкриву і значну швидкість зміни цих зрушень при порівняно невеликих втратах потужності. На СВЧ в сучасних ФАР широко використовують ферритові і напівпровідникові фазовращатели (з швидкодією порядку мікросекунд і втратами потужності

20%). Управління роботою фазовращателей здійснюється за допомогою швидкодіючої електронної системи, яка в найпростіших випадках управляє групами елементів (наприклад, рядками і стовпцями в плоских ФАР з прямокутним розташуванням випромінювачів), а в найбільш складних - кожним фазовращателем окремо. Хитання променя в просторі може проводитися як за наперед заданим законом, так і за програмою, що виробляється в ході роботи всього радиоустройства, в яке входить ФАР.

Особливості побудови ФАР

Порушення випромінювачів ФАР проводиться або за допомогою фідерних ліній, або за допомогою вільно поширюються хвиль (в т. Н. Квазіоптичних ФАР), фідерні тракти порушення поряд з фазовращателямі іноді містять складні електричні пристрої (т. Н. Діаграммообразующіе схеми), що забезпечують збудження всіх випромінювачів від декількох входів, що дозволяє створити в просторі відповідні цим входів одночасно скануючі промені (в багатопроменевих ФАР). Квазіоптичні ФАР в основному бувають двох типів: прохідні (лінзові), в яких фазовращатели і основні випромінювачі збуджуються (за допомогою допоміжних випромінювачів) хвилями, що поширюються від загального опромінювача, і відбивні - основний і допоміжні випромінювачі суміщені, а на виходах фазовращателей встановлені відбивачі. Багатопроменеві квазіоптичні ФАР містять кілька опромінювачів, кожному з яких відповідає свій промінь в просторі. Іноді в ФАР для формування ДН застосовують фокусують пристрої (дзеркала, лінзи). Розглянуті вище ФАР іноді називаються пасивними.

Найбільшими можливостями управління характеристиками володіють активні ФАР. в яких до кожного випромінювача або модулю підключений керований по фазі (іноді і по амплітуді) передавач або приймач. Управління фазою в активних ФАР може проводитися в трактах проміжної частоти або в ланцюгах збудження когерентних передавачів, гетеродинов приймачів і т.п. Таким чином, в активних ФАР фазовращатели можуть працювати в діапазонах хвиль, відмінних від частотного діапазону антени; втрати в фазовращателямі в ряді випадків безпосередньо не впливають на рівень основного сигналу. Передають активні ФАР дозволяють здійснити складання в просторі потужностей когерентних електромагнітних хвиль, що генеруються окремими передавачами. У прийомних активних ФАР спільна обробка сигналів, прийнятих окремими елементами, дозволяє отримувати більш повну інформацію про джерела випромінювання.

АФАР БРЛС "ЖУК-АЕ"

В результаті безпосередньої взаємодії випромінювачів між собою характеристики ФАР (узгодження випромінювачів з збудливими фідерами, КНД і ін.) При хитанні променя змінюються. Для боротьби з шкідливими наслідками взаємного впливу випромінювачів в ФАР іноді застосовують спеціальні методи компенсації взаємного зв'язку між елементами.

Перспективи розвитку ФАР

До найбільш важливих напрямів подальшого розвитку теорії і техніки ФАР відносяться:

Широке впровадження в радіотехнічні пристрої ФАР з великим числом елементів, розробка елементів нових типів, зокрема для активних ФАР;
Розвиток методів побудови ФАР з великими розмірами раськривов, в тому числі нееквідістантних ФАР з остронаправленной антенами, розташованими в межах цілого півкулі Землі (глобальний радіотелескоп);
Подальша розробка методів і технічних засобів ослаблення шкідливих впливів взаємному зв'язку між елементами ФАР;
Розвиток теорії синтезу і методів машинного проектування ФАР;
Розробка теорії і впровадження в практику нових методів обробки інформації, прийнятої елементами ФАР, і використання цієї інформації для управління ФАР, зокрема для автоматичного фазирования елементів (самофазірующіеся ФАР) і зміни форми ДН, наприклад зниження рівня бічних пелюсток в напрямках на джерела перешкод (адаптивні ФАР);
Розробка методів управління незалежним рухом окремих променів в багатопроменевих ФАР.

Історія створення

До кінця вісімдесятих створення такої системи вимагало застосування великої кількості пристроїв, через що фазовані решітки, повністю керовані електронікою, використовувалися, головним чином, у великих стаціонарних радарах, типу масивного BMEWS (Ballistic Missile Warning Radar) і трохи меншого американського морського радара протиповітряної оборони SPY-1 Aegis. встановленого на крейсерах класу Ticonderoga і пізніше на протичовнових кораблях Arleigh Burke. Єдиними відомими застосуваннями на літаках був великий радар Flash Dance, встановлений на радянському перехоплювачі МіГ-31 Foxhound. і радар нападу на Rockwell B-1B Lancer. У поточний момент застосовується в Су-35.

Такі радари не встановлювалися на літаках головним чином через їх велику вагу, оскільки перше покоління технології фазованих решіток використовувало звичайну радарну архітектуру. У той час як антена змінилася, все інше ще залишалася незмінною, але були додані додаткові комп'ютери, щоб управляти Шифтер антени. Це призвело до більш важкої антени, додатковим комп'ютерів, і додаткового навантаження в електричній системі, яка потребувала великих додаткових генераторах струму.

Вигоди застосування фазованих решіток, однак, виправдовували додаткову вартість. Фазовані решітки могли в єдиній антени робити роботу декількох антен, майже одночасно. Широкі промені могли використовуватися для пошуку, вузькі промені для супроводу, плоскі промені в формі віяла для визначення висоти, вузькі спрямовані промені для польоту по ландшафту (B-1B). У ворожому зоні глушіння вигоди були ще більше, оскільки фазовані грати дозволяють системі розміщувати «нуль», область нульовий чутливості приймача, на хвилі глушіння і таким чином блокувати її від попадання в приймач. Інша вигода, хоча і маленька, - то, що немає більше потреби механічно повертати антену в напрямку мети. Зазвичай багатостороння антена могла забезпечити охоплення в 360 градусів, нерухомими антенами, які охоплюють всі напрямки відразу.

Ця технологія також надавала менш очевидні вигоди. Одна могла швидко обшукати маленьку ділянку неба, щоб збільшити ймовірність виявлення маленької і скороминущої мети, на відміну від повільно обертається антени, яка може обшукати специфічний сектор тільки один раз за оборот, типово через секунди. Маленьку мета, наприклад, низько летить крилату ракету майже неможливо помітити при таких умовах. Здатність фазированной решітки до майже миттєвого зміни напрямку і форми променя фактично додають ціле новий вимір до супроводу цілей, оскільки різні цілі можуть бути відслідковані різними променями, кожен з яких переплітаються вчасно з періодично обшукувати променем огляду. Наприклад, промінь огляду може охоплювати 360 градусів періодично, тоді як супроводжують промені можуть стежити за індивідуальними цілями незалежно від того, куди в цей час спрямований промінь огляду.

Фазовані решітки, як і всі проекти, мають і обмеження. Основне обмеження - діапазон кутів, на які промінь може бути відхилений. Практично, межа становить 45 - 60 градусів від вертикальної площини антени. Відхилення променя на великі кути значно погіршує роботу антени. Це пояснюється двома ефектами. Перший з них - зменшення ефективної довжини (ширини) антени з ростом кута відхилення променя. У свою чергу, скорочення довжини решітки в поєднанні зі зниженням коефіцієнта посилення антени зменшує здатність виявлення цілі на відстані.

Другий ефект менш очевидний і викликаний видом випромінювання обраних елементів, щілин, які випромінюють менше зі збільшенням кута по вертикалі, таким чином скорочуючи передавальну енергію і чутливість. В результаті, при граничних значеннях кутів промінь істотно ослаблений і дефокусірован. Це скорочення настільки істотно, що в типовій ситуації становить скорочення посилення антени, і отже излученной потужності і чутливості до 25% при 60 градусах від вертикалі.

Дивитися що таке "Фазовані решітка" в інших словниках:

фазированная решітка - 1. Мозаїчна перетворювач з декількома активними елементами (зазвичай п'єзоелементами), управління якими дозволяє створювати акустичні поля різних конфігурацій. 2. Перетворювач з декількома окремими активними елементами (зазвичай ... ... Довідник технічного перекладача

Фазовані антенні грати - (фазированная решітка) антенна решітка з керованими фазами або різницями фаз (фазовими зрушеннями) хвиль, випромінюваних (або прийнятих) її елементами. Фазування дозволяє, напр. формувати необхідну діаграму спрямованості, управляти її ... ... Великий Енциклопедичний словник

фазована антенна решітка - (фазированная решітка), антенна решітка з керованими фазами або різницями фаз (фазовими зрушеннями) хвиль, випромінюваних (або прийнятих) її елементами. Фазування дозволяє, наприклад, формувати необхідну діаграму спрямованості, управляти її ... ... Енциклопедичний словник

фазированная антенна решітка - ФАР Антенна решітка, напрямок випромінювання і (або) форма відповідної діаграми спрямованості якої регулюються зміною амплітудно фазового розподілу струмів або полів збудження на випромінюючих елементах. [ГОСТ 23282 91] Тематики ... ... Довідник технічного перекладача

Фазовані антенні грати - Величезна наземна ФАР системи попередження про ракетний напад на Алясці, США Система управління озброєнням сучасного винищувача Фазовані антенні ґрати в хвильової теорії група антенних випромінювачів, в яких відносна ... ... Вікіпедія

Дослідження антеною з електричним скануванням променем. Роман Комягина. Розглянуто принципи побудови та розрахунок скануючих антен типу «фазированная антенна решітка». Поряд із загальними теоретичними відомостями наведені расчетниесоотношенія, необхідні при ... Детальніше Купити за 118 руб електронна книга