Реферат: Антенные решетки
В качестве таких делителей мощности могут быть использованы щелевые мосты. Можно считать, что при прохождении сигнала через делитель в прямом направлении фаза не меняется, а в диагональном направлении она отстает на p/2.
При подаче сигнала на любой вход антенны распределение фаз на АР является линейным, но сдвиг фаз y между соседними излучателями зависит от номера входа. Например, при подаче сигнала на вход 1 распределение фаз на АР соответствует рис. 20.10, а, т. е. сдвиг фаз j=p/4. Если d=l/2, то лепесток (нулевого порядка) согласно формулам (20.1) и (13.9) отклонен от нормали к антенне на угол Jгл=arcsin 0,25 (рис. 20.10, б). При подаче сигнала на вход 4, симметричный входу 7, луч отклонится на угол Jгл=-arcsin 0,25.
Нетрудно показать, что при подаче сигнала на входы 2 или 3 сдвиг фаз между соседними излучателями составляет соответственно ±3p/4, а лепесток отклонен от нормали на угол Jгл=±arcsin 0,75.
При возрастании числа излучателей резко растет необходимое число делителей и фазовращателей, что является недостатком многолучевых антенн такого типа.
Антенные решетки с обработкой сигнала
1. Методы обработки сигнала. Во всех рассмотренных выше типах АР сигналы, принятые отдельными излучателями, складывались на выходе антенны (рассматривается режим приема). Это простейший вид обработки сигналов. АР с такой обработкой сигналов называются аддитивными. Предложен ряд других методов обработки сигналов» в результате чего удается создать антенны, имеющие известные преимущества в сравнении с аддитивными антеннами.
Из этих антенн рассмотрим корреляционные, самофокусирующиеся ретрансляционные антенны и антенны с логическим синтезом.
2. Корреляционные (мультипликативные) антенны. Рассмотрим простейшую АР, состоящую из двух ненаправленных излучателей (см. рис. 20.11). Пусть на решетку под углом J падает плоская волна. Напряжения на выходе излучателей можно записать в виде
(20.14)
(20.15)
где
(20.16)
Произведем над сигналами последовательно операции умножения и усреднения, тогда результирующий сигнал будет иметь вид
 |
Операции умножения и усреднения двух функций определяют корреляционную функцию, откуда следует название антенны. Функция
(20.18)
есть ДН двухэлементной корреляционной антенны. Сравнивая формулы (20.18) и (12.23), заключаем, что корреляционная двухэлементная антенна имеет такую же ДН, как и обычная (аддитивная) двухэлементная синфазная антенна с вдвое большим расстоянием между элементами. Таким образом, корреляционная обработка сигнала привела к сужению ДН.
Аналогичные результаты можно получить с многоэлементными АР. Предложен ряд методов разбиения АР на секции с последующим перемножением и усреднением сигналов.
Заметим, что выражение (20.18) определяет величину постоянного напряжения. Для того чтобы получите на выходе антенны переменное напряжение частоты W, можно в канал одного излучателя включить переменный фазовращатель и осуществлять фазовую модуляцию сигнала с частотой W.
Если излучатели 1 и 2 являются направленными, то результирующий сигнал будет пропорционален произведению ДН излучателей. Это открывает дополнительные возможности для формирования остронаправленной диаграммы.
3. Антенная система с логическим синтезом ДН состоит из нескольких, чаще всего двух антенн. Логическое синтезирование состоит в сравнении амплитуд сигналов от отдельных антенн и использовании логических устройств типа «ДА—НЕТ» для отпирания или запирания приемника, либо подсоединения его к одной из антенн.
 |
В качестве примера на рис. 20.12, а изображены ДН двух антенн: остронаправленной f1(q) и ненаправленной f1(q). Боковые лепестки остронаправленной антенны будут полностью подавлены (рис. 20.12,6), если вход приемника открыт при |f1(q)|>|f2(q)| и закрыт при |f2(q)|>|f1(q)|.
Другим примером может служить многоэлементная антенная система, применяемая на летательных аппаратах [35, 36]. Для борьбы с экранирующим действием корпуса аппарата каждый элемент имеет направленную диаграмму и принимает сигналы, приходящие в пределах только определенного телесного угла. Логическое устройство подсоединяет к приемнику ту антенну, на выходе которой амплитуда сигнала наибольшая. Таким образом, синтезированная ДН является квазиизотропной.
4. Самофокусирующиеся антенны представляют собой такие АР, в которых обеспечивается синфазное сложение сигналов, принятых отдельными элементами, при произвольной форме фронта набегающей волны и произвольном расположении элементов АР в пространстве.
Рассмотрим простейшую двухэлементную приемную АР (рис. 20.13). Сигнал от элемента 1 поступает на сумматор и фазовый детектор непосредственно, а от элемента 2 — через управляемый фазовращатель. Пусть фаза сигнала элемента 2 отличается от фазы сигнала элемента 1. Тогда на выходе фазового детектора появится напряжение; оно подается на управляемый фазовращатель. Оба эти устройства образуют контур автоматической настройки фазы. Когда в результате работы этого контура фазы обоих сигналов станут одинаковыми, напряжение на выходе фазового детектора будет равно нулю, и дальнейшая настройка фазы прекратится.
Источником сигнала с опорной фазой может быть один из элементов АР, сумматор либо специальный высокостабильный гетеродин. Вместо фазовращателя в контуре настройки фазы можно использовать гетеродин, управляемый напряжением от фазового детектора. Сигналы гетеродина и элемента АР поступают на смеситель, а с него — на фазовый детектор, на который также подается опорный сигнал. Разработаны и другие варианты самофокусирующихся антенн [4].
Самофокусировка позволяет ослабить требования к точности изготовления антенн, уменьшает влияние случайных изменений фаз сигналов и в некоторых случаях, например на летательных аппаратах, облегчает размещение элементов АР.