Курсовая работа: Плоская антенная решетка с дискретным фазованием

· простота реализации и малая стоимость фазовращателя;

· простота коммутации с линией питания и излучающими элементами.

Исходя из данных требований, выберем проходные фазовращатели на полосковой линии. Проходные фазовращатели – это согласованные четырехполюсники, в идеале реактивные, обладающие переменной фазой коэффициента передачи. Проходные фазовращатели бывают плавными (с непрерывным изменением фазы) и ступенчатыми, в которых фаза принимает ряд фиксированных значений, различающихся на величину Dj – дискрет фазы. Дискретные фазовращатели обычно состоят из нескольких каскадов, каждый из которых может создавать при подаче управляющего сигнала изменение фазы волны на величину Dj=2p/М, где М=2^р , р=1, 2, 3… Фазовращатели состоят из отрезков линий передачи и электронных ключей на p­–i–n диодах. Чаще всего такие фазовращатели строятся на основе полосковых и волноводных линий передачи. В качестве параллельных ключей в полосковых линиях передачи используют корпусные p­–i–n диоды типа 2А507, 2А509, 2А511, а в качестве последовательных ключей – бескорпусные диоды 2А517, 2А522. В волноводных резонансных диафрагмах применяют двойные диоды 2А505, 2А508, 2А513. Т.к. применение дискретных фазовращателей приводит к ухудшению направленных свойств антенны, то необходимый дискрет фазирования определяется с учетом трех основных факторов:

- роста боковых лепестков:

- дискретности перемещения луча при сканировании:

- снижения коэффициента направленного действия

Необходимо так выбрать дискрет фазирования DФ, чтобы:

Таким образом, дискрет фазирования, удовлетворяющий ранее указанным условиям равен 22,5 градуса и при нем:

d_max = -23,5дБ, dQ_min =6,44×10^-3 град.

Снижение КНД при этом:

Так как для управления фазированием антенны используются фазовращатели, имеющие два состояния: "0" и "1" (“включено” и “выключено”), то для перекрытия диапазона изменения фазы [0;2p] c дискретом 22,5 градуса необходимо 4 фазовращателя для каждого излучателя соединенных последовательно, которые могут осуществлять следующие сдвиги фаз: (0; p),

(0; p/2), (0; p/4), (0; p/8).

В качестве фазовращателей осуществляющих сдвиги (0; p), (0; p/2) лучше всего использовать фазовращатели на коммутируемых линиях. Потери в линии мало зависят от дискрета фазы и примерно одинаковы в каждом фазовом состоянии. Недостатком является большое число p-i-n-диодов – 4, по сравнению с двумя в других типах ФВ. Для сдвига (0; p/4) (0; p/8) используем ФВ типа «нагруженная линия». Возможный вариант конструкции блока фазовращателей приведен в приложении 4.

Устройство управления сканированием ФАР должно выполнять следующие функции:

· прием необходимого углового положения ДН ФАР от другого устройства, например ЭВМ;

· расчет фазы для каждого излучателя ФАР, который выполняется в несколько этапов:

1) расчет фазы элемента ФАР.

В антеннах с непрерывными фазовращателями фазирование излучающих элементов осуществляется таким образом, чтобы поля от всех излучателей в дальней зоне в заданном направлении складывались синфазно. Для плоской решётки излучателей требуемое фазовое распределение имеет вид:

,

где х_n , y_n – координаты n-го излучателя в решётке; q_гл , j_гл – углы, определяющие направление максимума диаграммы направленности в пространстве; F₀ –постоянный фазовый сдвиг, величина которого зависит от выбора начала отсчёта фазы.

В нашей решётке, в силу дискретного характера изменения фазы токов в излучающих элементах, требуемое фазовое распределение не может быть реализовано точно, вследствие чего возникают специфические фазовые ошибки ( коммутационные ошибки).

Фазовое распределение реализуемое в решётке, определяется следующим образом:

F_реал (х_n )=F_нач (х_n )+q_n DF, q_n =0, ±1, ±2, ¼,

в котором F_нач –так называемое начальное фазовое распределение в решетке, которое имеет место в том случае, когда все коммутационные фазовращатели находятся в одной и той же позиции; DF–дискрет изменения фазы, обеспечиваемый коммутационным фазовращателем; q_n –число последовательных переключений коммутационного фазовращателя от исходной позиции с дискретом изменения фазы DF.