Відмінності між версіями «Фазована антенна решітка»

нема опису редагування
м (Додано посилання на іншу статтю Вікі)
'''ФазованаФазо́вана антеннаанте́нна решіткареші́тка''' — тип [[Антена|антен]], у вигляді групи антенних випромінювачів, в яких відносні фази сигналів змінюються комплексно, так, що ефективне випромінювання антени посилюється в якомусь одному, бажаному напрямку і подавляється у всіх інших напрямках.
 
== Введення ==
* формувати (при досить різноманітних розташуваннях випромінювачів) необхідну [[Діаграма спрямованості|діаграму спрямованості]] (ДС) ФАР (наприклад, гостронаправлених ДС — промінь);
* змінювати напрям променя нерухомою ФАР і т. ч. здійснювати швидке, у ряді випадків практично безінерційне, сканування — хитання променя;
* управлятикерувати в певних межах формою ДС — змінювати ширину променя, інтенсивність (рівні) бічних пелюсток тощо (для цього в ФАР інколи здійснюють також управління і амплітудами хвиль окремих випромінювачів).
[[Файл:Par installation.jpg|200пкс|thumb|left|Встановлення захисного ковпака на ФАР]]
Ці та деякі інші властивості ФАР, а також можливість застосовувати для управління ФАР сучасні засоби автоматики та обчислювальної електроніки зумовили їх перспективність і широке використання у радіозв'язку, радіолокації, радіонавігації, радіоастрономії і т. д. ФАР, що містять велику кількість керованих елементів, входять до складу різних наземних (стаціонарних і рухливихрухомих), корабельних, авіаційних і космічних радіопристроїв. Ведуться інтенсивні розробки в напрямку подальшого розвитку теорії і техніки ФАР і розширення області їх застосування.
Фазовані антенні решітки використовуються для підвищення сумарної пропускної спроможності каналів між [[Точка доступу|точкою доступу]] і рознесеними у просторі клієнтськими станціями у технологіях ''[[WiFi]]'' (''beam forming'') і ''[[5G]]'' (''beam steereing'')<ref>{{cite web 2 |title=Beam steering: One of 5G's components |url=https://www.edn.com/electronics-blogs/5g-waves/4460861/Beam-steering--One-of-5G-s-components |lang=en |showlang=y |date=5.08.2018 |work=EDN}}</ref>.
 
== Опис пристрою ФАР ==
Залежно від необхідної форми ДН і необхідного просторового сектора сканування в ФАР застосовують різне взаємне розташування елементів:
* вздовж лінії (прямої або дуги);
* по поверхні (наприклад, плоскої&nbsp;— у т.&nbsp;нзв. плоских ФАР; циліндричної; сферичної)
* в заданому обсязі (об'ємні ФАР).
 
Іноді форма випромінюючоївипромінювальної поверхні ФАР&nbsp;— розкриву, визначається конфігурацією об'єкта, на якому встановлюється ФАР. ФАР з формою розкриву, подібній формі об'єкта, іноді називаються конформним. Широко поширені плоскі ФАР; в них промінь може сканувати від напрямку нормалі до розкриву (як у синфазної антени) до направлення вздовж розкриву (як в антені біжучої хвилі). Коефіцієнт спрямованої дії (КНД) плоскою ФАР при відхиленні променя від нормалі до розкриву зменшується. Для забезпечення ширококутного сканування (у великих просторових кутах&nbsp;— аж до 4 Стерадіан без помітного зниження КНД використовують ФАР з неплоских (наприклад, сферичним) розкриваючи або системи плоских ФАР, орієнтованих в різних напрямках. Сканування в цих системах здійснюється за допомогою порушення відповідно орієнтованих випромінювачів та їх фазування.
 
За характером розподілу випромінювачів в розкриву розрізняють еквадистантні і нееквідистантні 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 у вузлах трикутної сітки (гексагональної 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&nbsp;— т.&nbsp;нзв. Паразитнихпаразитних променів) і низьким рівнем бічних пелюсток, що для будь формування вузького променя (тобто в ФАР з великим розкриваючи) 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 розкриваючи сформувати дуже вузький промінь при порівняно невеликому числі елементів; однак такі нееквідистантні ФАР з великим розкриваючи при малому числі випромінювачів мають більш високий рівень бічних пелюсток і, відповідно, нижчий КНД, ніж ФАР з великим числом елементів. У нееквідистантних ФАР з малими відстанями між випромінювачами при рівних потужностях хвиль, випромінюваних окремими елементами, можна одержувати (в результаті нерівномірного розподілу щільності випромінювання в розкриву антени) ДН з нижчим рівнем бічних пелюсток, ніж у еквідистантних ФАР з таким же розкриваючи і таким же числом елементів.
 
=== Управління фазовими зсувами ===
=== Особливості побудови ФАР ===
 
Збудження випромінювачів ФАР проводиться або за допомогою фідерних ліній, або за допомогою вільно розповсюджуються хвиль (у т.&nbsp;н. ФАР, що створюють діаграми), [[Фідерний тракт|фідерні тракти]] порушення поряд з [[Фазообертач|фазообертачами]], іноді містять складні електричні пристрої (т.&nbsp;нзв. схеми, що створюють діаграми), 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 (лінзових), в яких фазообертачі і основні випромінювачі збуджуються (за допомогою допоміжних випромінювачів) хвилями, що розповсюджуються від загального опромінювача, і відбивні&nbsp;— основний і допоміжні випромінювачі суміщені, а на виходах фазообертачів встановлені відбивачі. Багатопроменеві квазіоптичні ФАР містять кілька опромінювачів, кожному з яких відповідає свій промінь у просторі. Іноді в ФАР для формування ДН застосовують фокусують пристрої ([[Дзеркало|дзеркала]], [[Лінза|лінзи]]). Розглянуті вище ФАР іноді називаються пасивними.
 
Найбільшими можливостями керування 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 порушення когерентних передавачів, гетеродина приймачів тощо Таким чином, в активних ФАР фазообертачі можуть працювати в діапазонах хвиль, відмінних від частотного діапазону антени; втрати в фазообертачах в ряді випадків безпосередньо не впливають на рівень основного сигналу. Передавальні 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 одержувати повнішу інформацію про джерела випромінювання.
== 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 дещо меншого американського морського радара протиповітряної оборони ''SPY-1 Aegis'', встановленого на [[Ракетні крейсери типу «Тікондерога»|крейсерах класу «Ticonderoga»]] і пізніше на [[Протичовновий корабель|протичовнових кораблях «Arleigh Burke»]] . Єдиними відомими застосуваннями на літаках був великий радар Заслін (англ.), встановлений на радянському перехоплювачі [[МіГ-31]] , і радар нападу на ''Rockwell B-1B Lancer'' . У поточний момент застосовується в Су-35 і F-22 .
Такі радари не встановлювалися на літаках головним чином з-за їх великої ваги, 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 обчислювачі, щоб керувати фазообертачами антени. Це призвело до збільшення ваги антени, кількості обчислювальних модулів, а також підвищило навантаження на систему електроживлення.
 
Ця технологія також надавала менш очевидні вигоди. Одна могла швидко «оглянути» маленьку ділянку неба, щоб збільшити ймовірність виявлення маленької і швидкісний цілі, на відміну від антени, що повільно обертається, яка може сканувати специфічний сектор лише один раз за оберт (час огляду порядку секунди). Ціль з малою ЕПР, наприклад, крилату ракету, майже неможливо помітити при таких умовах. Здатність фазованої решітки до майже миттєвого зміни напрямку та форми променя фактично додають ціле новий вимір до супроводу цілей, оскільки різні цілі можуть бути відслідковані різними променями, кожний з яких переплітаються вчасно з періодично скануючим променем огляду простору. Наприклад, промінь огляду простору може охоплювати 360 градусів періодично, тоді як супроводжуючі промені можуть стежити за індивідуальними цілями незалежно від того, куди в цей час спрямований промінь огляду простору.
 
=== Обмеження ===
Фазовані решітки, як і всі фізичні об'єкти, мають і обмеження. Основне обмеження&nbsp;— діапазон кутів, на які промінь може бути відхилений. Практично, межа становить 45&nbsp;— 60 градусів45–60° від перпендикуляра до площини антени. Відхилення променя на великі кути значно погіршує основні характеристики антенної системи (УБЛ, КНД, ширину і форму основного пелюстки діаграми спрямованості). Це пояснюється двома ефектами. Перший з них&nbsp;— зменшення ефективної довжини (ширини) антени із зростанням 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 виглядом випромінювання вибраних елементів, щілин, які випромінюють менше зі збільшенням кута по вертикалі, таким чином скорочуючи транслює енергію і чутливість. В результаті, при граничних значеннях кутів промінь істотно ослаблений і дефокусірован. Це скорочення настільки істотно, що в типовій ситуації складає скорочення посилення антени, і отже випромінювань потужності та чутливості до 25% при 60 градусах° від вертикалі.
 
== Див. також ==
128 248

редагувань