.ми фазовращателями, обеспечивающими усиление отклонения луча из-за Тиз-менения фазовых задержек от фазовращателя к фазовращателю. Линза трансформирует фазовый фронт (в общем случае не плоский) плоской ФАР в плоский фазовый фронт, распространяющийся в заданном направлении.

Осевая симметрия купольной линзы обеспечивает двумерное сканирование. Однако управление купольной антенны сложнее, чем у обычной ФАР, из-за необходимости создавать существенно неплоские фазовые распределения по раскрыву плоской облучающей ФАР.

9.4. Антенные решетки с частотным сканированием

Одним из способов электрического управления лучом антенной ре-щетки является частотное управление, основанное на изменении электрического расстояния между излучающими элементами решетки и, следовательно, фазы излучающих элементов, возбуждаемых волной, бегущей по канализирующей системе при изменении частоты колебаний этой волны. Сканирование лучом в этом случае также происходит вследствие изменения фазового распределения по излучающим элементам.

Для увеличения скорости изменения фазы с изменением частоты и, следовательно, скорости изменения углового положения луча используют фидерные линии *с резко выраженной зависимостью фазовой скорости от частоты.

С изменением частоты угол отклонения луча решетки будет меняться тем быстрее, чем сильнее зависимость изменения скорости распространения волны вдоль фидера от частоты. Применяя, например, змейковые волноводы (рис. 9.9), можно получить сканирование в секторе углов 180° при 3%-ном изменении частоты.

Основным параметром, характеризующим решетку с частотным сканиро-вание.м, является углочастотная чувствительность, равная скорости изменения углового положения основного главного максимума от частоты.

В СВЧ диапазоне наиболее простым и традиционным вариантом линейной решетки с частотным сканированием является волноводно-щелевая решетка, представляющая собой прямоугольный волновод с основным типом волны Яю с элементами в виде щелей, прорезанных на широкой или узкой стенке волновода (рис. 9.10). Располагая щели с разными наклонами к оси волновода или разными смещениями от оси волновода, можно регулировать амплитудное распределение волноводно-щелевой решетки.

Волноводно-щелевые решетки подразделяют на резонансные и нерезонансные. В резонансных волноводнощелевых решетках расстояние между щелями равно либо длине волны в волноводе (рис. 9.10,а), либо Хв/2 (рис. 9.10,б,в), где Xb=V/"1-(Я/2а), при их переменно-фазном возбуждении полем волновода. В резонансных волноводно-щелевых решетках на центральной частоте диапазона щели являются синфазными и основной главный максимум направлен перпендикулярно к оси решетки.

Однако из-за синфазного сложения отраженных от щелей волн может уменьшаться коэффициент усиления волноводно-щелевой решетки по направлению к нормали и близлежащим к ней углам. Этот эффект называется «эф- фектом нормали»-

Рис. 9.9. Змейковый волновод

Рис. 9.10. Волноводно-щелевые решетки:

а - синфазное возбуждение поперечных щелей на широкой стенке волновода; б - синфазное возбуждение продольных щелей (пе-ремснно-фазносвязанных с полем волновода) на широкой стеяке волновода; в - синфазное возбуждение на узкой стенке волновода

9.5. Антенные решетки с обработкой сигнала

Многолучевые антенные решетки. В ФАР сканирование осуществляется изменением фаз фазовращателей, что позволяет обеспечить последовательный обзор пространства в секторе сканирования. В тех случаях, когда требуется сократить время обзора какого-либо сектора углов, можно применить параллельный обзор пространства, создавая веер одновременно существующих лучей, заполняющих этот сектор. Такой обзор пространства реализуется в многолучевых антенных решетках, создающих одновременно множество независимых (ортогональных) разнонаправленных лучей (рис. 9.ill).

Многолучевые решетки имеют несколько независимых входов, каждому из которых соответствует своя диаграмма направленности. Коммутируя эти входы, можно осуществлять амплитудное сканирование. При подаче (приеме) колебаний на все входы одновременно решетка будет иметь многолучевую диаграмму.

Парциальные распределения фазы, каждому из которых соответствует свой луч формируются на одном и том же раскрыве решетки. Многолучевые решетки строятся с помощью специальных многополюсников, называемых ди-аграмообразующей схемой (ДОС). При возбуждении каждого из входов ДОС реализуется конкретное фазовое распределение, которому соответствует свое положение луча в пространстве. На рис. 9.12,а приведена параллельная ДОС, называемая матрицей Батлера, для четырехэлементной решетки, формирую-

щая четыре луча, состоящая из трехдецибельных мостов и фазовращателей. А1атрица Батлера формирует веер пересекающихся лучей, причем уровни их пересечения лежат в интервале от -3 дБ (при числе элементов п=2) до -3,92 дБ (при бесконечном числе элементов). Максимумы всех лучей совпадают с нулями диаграмм всех остальных лучей.

1111

ВыВы ФАР

Рис. 9.11. Веер лучей многолучевой решетки

Рис. 9.12. Диаграммооб-разующие схемы многолучевых антенных решеток:

а - параллельная схема (матрица Батлера); б - последовательная схема

матрица Бласса); / - излучающие элементы; 2 - направленные ответвители; 3 - фазовые задержки; 4 - поглощающие нагрузки; -5 - трехдедибельный мост

IE Ш IF Входы

D D D D D

При формировании амплитудных распределений, спадающих к краям решетки, с целью уменьшения уровня боковых лепестков приходится усложнять матрицу Батлера, снижая при этом ее КПД.

На рис. 9.12,6 приведена последовательная ДОС, называемая матрицей Бласса, образованная двумя взаимно пересекающимися системами фидерных линий, связанных в местах пересечений направленными ответвителями. Вследствие различия электрических расстояний между двумя соседними элементами решетки при возбуждении разных входов решетки (Л</2<з...) различными будут и наклоны фазовых распределений на решетке и, следовательно, наклоны соответствуюпдах им лучей. При одновременном возбуждении всех входов матрицы будет сформирован веер лучей. Число лучей равно числу входов матрицы.

Последовательная ДОС позволяет легко реализовать требуемые амплитудные распределения по раскрыву решетки, в отличие от параллельной ДОС, и реализуется при любом числе элементов. Недостатком последовательной ДОС являются необходимость применения большого числа направленных ответвнтелёй и снижение КПД из-за потерь в поглощающих нагрузках.

Антенные решетки с синтезированной апертурой. Сформировать узкую диаграмму решетки за определенное время можно с помощью перемещения какой-либо относительно малой и слабонаправленной антенны в пространстве,