Рис. 9.2. Коо1Гдинатные сетки размещения излучающих элементов плоских антенных решеток:

а - косоугольная; б - прямоугольная; е - квадратная; г - гексагональная

Большинство плоских решеток состоит из идентичных элементов, расположенных в узлах плоской прямолинейной координатной сетки с двойной периодичностью (рис. 9.2). Наиболее часто используются прямоугольная сетка, квадратная и гексагональная, образующая ромбическую сетку с углом 60°.

Излучающие элементы плоской решетки, как правило, о.риентированы так, чтобы максимум излучения их диаграмм совпадал с нормалью к плоскости решетки, что позволяет обеспечить в этом направлении максимальный КНД решетки, который изменяется пропорционально диаграмме направленности элемента при сканировании в секторе углов.

Желание расширить сектор сканирования (от значений, превышающих i ±45 ... +60°) до полусферы и более приводит к применению поверхностных выпуклых решеток. Например, цилиндрическая антенная решетка позволяет реализовать круговое сканирование по азимуту. Выпуклые решетки обладают дополнительными степенями свободы в размещении излучающих элементов, которые могут быть расположены на самых различных поверхностях, например на .гранях многогранников, конусе, цилиндре, сфере и т. д. Такие решетки обладают большими, чем плоские, возможностями в реализации требуемых характеристик направленности за счет выбора формы поверхности и расположения на ней элементов.

Однако применение выпуклых решеток приводит к усложнению управления ими, так как простые линейные фазовые распределения, применяемые в плоских решетках, в выпуклых решетках заменяются на более сложные фазовые распределения.

9.3. Фазированные антенные решетки

Электрическое сканирование, обеспечивающее наибольшую скорость перемещения луча в лростраистве и управление характеристиками направленности антенны, наиболее часто реализуется в фазированных антеннах решетках (ФАР), направление максимального излучения и (или) форма диаграммы которых изменяется с помощью изменения фазы радиосигналов в элементах. Фазированная антенная решетка состоит из канализирующей системы, обеспечивающей возбуждение ее раскрыва, фазовращателей, изменяющих фазу сигналов, поступающих к элементам через фазовращатели от канализирующей системы и непосредственно элементов, излучающих и (или) принимающих энергию электро-магнитных колебаний. Функционирует ФАР совместно с системой управления лучом (СУЛ), подающей управляющие сигналы на фазовращатели (.рис. 9.3). ,

По типу канализирующей системы различают следующие виды антенных решеток:

с пространственным возбуждением, реализуемым облучением решетки пер-ВИЧНЫ.М облучателем;

с фидерным возбуждением, реализуемым с помощью фидеров, подсоединенных к излучающим элементам;

с комбинированным возбуждением, сочетающим пространственное и фидерное возбуждение.

Пространственное возбуждение решетки реализуется в двух вариантах: проходном и отражательном.

В проходной ФАР электромагнитные волны от первичного, как правило, слабонаправленного облучателя (вибратора, рупора, волновода, щели и т. д.) падают на коллекторную антенную решетку (рис. 9А,а), предназначенную для приема этой энергии, проходят через фазовращатели, трансформирующие (кол-лимирующие) выпуклый фазовый фронт волны от первичного облучателя в фазовый фронт заданной формы (как правило, плоский), который излучается элементами с раскрыва ФАР. Такой вариант построения ФАР аналогичен линзовой антенне с управляемым коэффициентом преломления.

Отражательной антенной решеткой называется решетка с пространственным или Комбинированным возбуждением, у которой прием электромагнитных колебаний от первичного облучателя и их излучение в пространство осуществляются одними и темп же элементами. В отражательной ФАР (рис. 9.4,6) энергия первичного облучателя принимается элементами ФАР, проходит через отражательные фазовращатели, обеспечивающие требуемую поверхность излучаемого ФАР фазового фронта, и излучается в пространство теми же элемен-

Рис. 9.3. Структура фазированной антенной решетки:

1 - излучающие элементы; 2 - фазовращатели: 3-система управления лучом; 4 - канализирующая система; 5 - выход или вход антенной решетки

□

V N1

/ г 3

□ □

I i

Рис. 9.4. Схемы построения фазированных антенных решеток с пространственным возбуждением проходной (с) и отражательной (б):

I - первичный? облучатель; 2 - излучающие элементы; 3 - проходные фазовращатели; 4 - отражательные фазовращатели; S - излучающие элемещ-ы коллекторной решетки; 6 - фронт волны; 7 - вход антенной решетки; В - фронт волны от первичного облучатели

тами. Такой вариант построения ФАР аналогичен зеркальной антенне с управляемой фазой коэффициента отражения или формой зеркальной поверхности.

Заданная форма амплитудного распределения решетки с пространственным возбуждением реализуется выбором первичного облучателя с соответствующей диаграммой.

Преи.муществами отражательных решеток перед проходными решетками являются отсутствие коллекторной части (т. е. меньшее число элементов и меньшие продольные размеры), конструктивно-эксплуатационная простота (из-за наличия легкого доступа к любому фазовращателю с тыльной, неиз-лучающей стороны решетки). Недостатком отражательной решетки является затенение ее раскрыва первичным облучателсуг, что приводит к снижению КПД и росту боковых лепестков, как и в зеркальных антеннах. Преимуществами проходной решетки перед отражательной являются возможность отдельной оптимизации коллекторной н излучающей части, отсутствие затенения раскрыва первичным облучателем.

Фидерное возбуждение ФАР реализуется соединением источника колебаний с фазовращателями и элементами с помощью отрезков фидерных линий, волноводных и коаксиальных тройников, мостов, направленных ответвнтелёй и т. п. Различают следующие виды фидерного возбуждения: параллельное, последовательное и смешанное. При параллельном возбуждении решетки возбуждение происходит разветвлением на два илн более фидеров, каждый из которых соединяется с одним элементом. Схемы решеток с параллельным возбуждением приведены на рис. 9.5,й,б,в, При последовательном возбуждении решетки элементы в последовательности, определяемой их расположением, соединяются с общим фидером. При последовательном возбуждении ФАР фазовращатели могут находиться как в общем фидере между боковыми ответвлениями к соседним элементам (рис. 9.5,г), так и в боковых ответвленпях, непосредственно перед элементом (рис. 9.5,5).

Смешанное возбуждение осуществляется сочетанием параллельного и последовательного возбуждений, например, как это показано на рис. 9.5,е,ж.

Преимуществами фидерного возбуждения перед пространственным явля- -