Фазированная антенная решетка

Анимация, показывающая, как работает фазированная антенная решетка. Он состоит из массива антенных элементов (A), питаемых от передатчика (TX) . Ток питания для каждой антенны проходит через фазовращатель (φ), управляемый компьютером (C) . Движущиеся красные линии показывают фронты радиоволн, излучаемых каждым элементом. Отдельные волновые фронты имеют сферическую форму, но они комбинируются ( накладываются друг на друга ) перед антенной, чтобы создать плоскую волну., луч радиоволн, движущийся в определенном направлении. Фазовращатели задерживают радиоволны, постепенно идущие вверх по линии, поэтому каждая антенна излучает свой волновой фронт позже, чем тот, который находится под ней. Это приводит к тому, что результирующая плоская волна направляется под углом θ к оси антенны. Изменяя фазовый сдвиг, компьютер может мгновенно изменить угол θ луча. Большинство фазированных решеток имеют двумерные решетки антенн вместо линейной решетки, показанной здесь, и луч можно направлять в двух измерениях. Показано, что скорость радиоволн сильно замедлена.

Анимация, показывающая диаграмму направленности фазированной решетки из 15 антенных элементов, разнесенных на четверть длины волны друг от друга, когда разность фаз между соседними антеннами изменяется в диапазоне от -120 до 120 градусов. Темная область - это луч или главный лепесток , а светлые линии, расходящиеся веером вокруг него, - это боковые лепестки .

В теории антенн фазированная решетка обычно означает решетку с электронным сканированием , управляемую компьютером решетку антенн, которая создает луч радиоволн, который можно электронным образом направлять в разные стороны без перемещения антенн. ^{[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]}

В простой антенной решетке радиочастотный ток от передатчика подается на отдельные антенны с правильным фазовым соотношением, так что радиоволны от отдельных антенн складываются вместе, увеличивая излучение в желаемом направлении, и подавляются, чтобы подавить излучение в нежелательном направлении. направления. В фазированной решетке мощность от передатчика подается на антенны через устройства, называемые фазовращателями , управляемыми компьютерной системой, которая может изменять фазу электронным способом, таким образом направляя луч радиоволн в другом направлении. Поскольку для достижения высокого усиления решетка должна состоять из множества маленьких антенн (иногда из тысяч), фазированные решетки в основном практичны на высоких частотах.конец радиочастотного спектра, в диапазонах УВЧ и СВЧ , в которых элементы антенны удобно малы.

Фазированные решетки были изобретены для использования в военных радиолокационных системах, чтобы быстро направить луч радиоволн по небу для обнаружения самолетов и ракет. Эти системы сейчас широко используются и распространились на гражданское применение. Принцип фазированной решетки также используется в акустике , а фазированные решетки акустических преобразователей используются в медицинских сканерах ультразвуковой визуализации ( УЗИ с фазированной решеткой ), при разведке нефти и газа ( сейсмология отражений ) и в военных гидролокаторах .

Термин «фазированная антенная решетка» также используется в меньшей степени для неуправляемых антенных решеток, в которых фаза мощности питания и, следовательно, диаграмма направленности антенной решетки являются фиксированными. ^{[6] [9]} Например, радиовещательные AM-антенны, состоящие из нескольких мачтовых излучателей, питаемых для создания определенной диаграммы направленности, также называются «фазированными решетками».

Типы [ править ]

Фазированные решетки могут иметь несколько форм. Однако четыре наиболее распространенных - это пассивная фазированная матрица (PESA), активная матрица с электронным сканированием (AESA), гибридная фазированная матрица с формированием луча и матрица с цифровым формированием луча (DBF). ^[10]

Пассивной фазированной массив или пассивный массив с электронным сканированием (PESA) является фазированной решеткой , в которой элементы антенны подключены к одному передатчику и / или приемника , как показано в первой анимации в верхней части. PESA являются наиболее распространенным типом фазированных решеток. Вообще говоря, PESA использует один приемник / возбудитель для всего массива.

Активной фазированной антенной решеткой или активным электронным сканированием массива (АФАР) является фазированной решеткой , в котором каждый антенный элемент имеет модуль аналогового передатчика / приемника (T / R) ^[11] , который создает фазовый сдвиг требует , чтобы электронным способом направить луч антенны. Активные матрицы - это более совершенная технология фазированных решеток второго поколения, которая используется в военных приложениях; В отличие от PESA, они могут излучать несколько лучей радиоволн на нескольких частотах одновременно в разных направлениях. Однако количество одновременных лучей ограничено практическими соображениями электронной упаковки формирователя (ов) луча примерно до трех одновременных лучей для AESA. К каждому формирователю луча подключен приемник / возбудитель.

Гибридное формирование луча фазированной решетки можно рассматривать как комбинацию с AESA и цифровым формированием луча фазированной решетки. Он использует подмассивы, которые являются активными фазированными массивами (например, подмассив может состоять из 64, 128 или 256 элементов, а количество элементов зависит от требований системы). Подмассивы объединяются вместе, чтобы сформировать полный массив. Каждая подматрица имеет свой собственный цифровой приемник / возбудитель. Такой подход позволяет создавать группы одновременных лучей.

Цифровое формирование луча (DBF) с фазированной решеткой имеет цифровой приемник / возбудитель на каждых из элементов массива. Сигнал на каждом элементе оцифровывается приемником / возбудителем. Это означает, что антенные лучи могут формироваться в цифровом виде в программируемой вентильной решетке (FPGA) или в матричном компьютере. Этот подход позволяет формировать несколько одновременных антенных лучей.

Одна из возможных физических реализаций фазированной решетки называется конформной антенной . ^[12] Это фазированная решетка, в которой отдельные антенны вместо того, чтобы располагаться в плоской плоскости, установлены на изогнутой поверхности. Фазовращатели компенсируют различную длину пути волн из-за разного положения антенных элементов на поверхности, что позволяет решетке излучать плоскую волну. Конформные антенны используются в самолетах и ​​ракетах, чтобы интегрировать антенну в изогнутую поверхность самолета, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление.

История [ править ]

Поэтапная передача массива первоначально была показана в 1905 годом Нобель премии Карл Фердинанд Брауном , который показал улучшенную передачу радио волн в одном направлении. ^{[13] [14]} Во время Второй мировой войны лауреат Нобелевской премии Луис Альварес использовал фазированную антенную решетку в быстро управляемой радиолокационной системе для « наземного подхода », системы, помогающей при посадке самолетов. В то же время GEMA в Германии построила Mammut 1. ^[15] Позже он был адаптирован для радиоастрономии, что привело к Нобелевским премиям по физике.для Энтони Хьюиша и Мартина Райла после того, как в Кембриджском университете было разработано несколько больших фазированных решеток . Эта конструкция также используется для радаров и распространена в интерферометрических радиоантеннах.

В 2004 году исследователи из Калифорнийского технологического института продемонстрировали первый интегрированный приемник на основе кремния с фазированной решеткой на частоте 24 ГГц с 8 элементами. ^[16] За этим последовала демонстрация КМОП передатчика с фазированной решеткой 24 ГГц в 2005 году ^[17] и полностью интегрированного приемопередатчика с фазированной решеткой на 77 ГГц со встроенными антеннами в 2006 году ^{[18] [19]} командой Калифорнийского технологического института. В 2007 году исследователи DARPA анонсировали 16-элементную антенну радара с фазированной решеткой, которая также была интегрирована со всеми необходимыми схемами на одном кремниевом кристалле и работала на частоте 30–50 ГГц. ^[20]

Относительные амплитуды - а также эффекты конструктивной и деструктивной интерференции - сигналов, излучаемых отдельными антеннами, определяют эффективную диаграмму направленности антенной решетки. Фазированная решетка может использоваться для наведения фиксированной диаграммы направленности или для быстрого сканирования по азимуту или углу места. Одновременное электрическое сканирование по азимуту и ​​углу места было впервые продемонстрировано в фазированной антенной решетке в Hughes Aircraft Company , Калифорния, в 1957 году ^[21].

Приложения [ править ]

Вещание [ править ]

В вещательной технике фазированные решетки используются многими радиовещательными AM- радиостанциями для увеличения мощности сигнала и, следовательно, покрытия в лицензионном городе , одновременно минимизируя помехи для других областей. Из - за различия между дневным и ночным ионосферным распространением на Mediumwave частот, он является общим для АМ вещательных станций до изменения между днем ( groundwave ) и ночами ( SkyWave ) радиационными моделями путем переключения фаз уровней и мощностью , подаваемых на отдельные антенные элементы ( мачты радиаторы ) ежедневно ввосход и закат . Для коротковолнового вещания многие станции используют массивы горизонтальных диполей. Обычно используется 16 диполей в решетке 4 × 4. Обычно это перед отражателем из проволочной сетки. Фазирование часто можно переключать, чтобы обеспечить управление лучом по азимуту, а иногда и по углу места.

Частные радиолюбители могут использовать более скромные системы антенн с фазированной антенной решеткой для приема длинноволновых, средневолновых (AM) и коротковолновых радиопередач с больших расстояний.

На УКВ фазированные решетки широко используются для ЧМ-вещания . Это значительно увеличивает усиление антенны , увеличивая излучаемую радиочастотную энергию по направлению к горизонту , что, в свою очередь, значительно увеличивает дальность вещания станции . В этих ситуациях расстояние до каждого элемента от передатчика одинаково или равно одной (или другому целому ) длине волны друг от друга. Фазирование решетки таким образом, что нижние элементы немного задерживаются (увеличивая расстояние до них), вызывает наклон луча вниз , что очень полезно, если антенна находится довольно высоко на радиомачте .

Другие настройки фазировки могут увеличить нисходящее излучение в дальнем поле без наклона главного лепестка , создавая нулевое заполнение, чтобы компенсировать чрезвычайно высокие местоположения на вершине горы , или уменьшить его в ближнем поле , чтобы предотвратить чрезмерное воздействие на этих рабочих или даже ближайших домовладельцев на земля. Последний эффект также достигается за счет полуволнового интервала - вставки дополнительных элементов на полпути между существующими элементами с полуволновым интервалом. Эта фазировка обеспечивает примерно такое же усиление по горизонтали, что и двухполупериодное разнесение; то есть пятиэлементная решетка с полуволновым интервалом равна решетке из девяти или десяти элементов с полуволновым интервалом.

Радар [ править ]

Радиолокационные системы с фазированной антенной решеткой также используются на боевых кораблях многих военно-морских сил. Из-за скорости, с которой можно управлять лучом , радары с фазированной антенной решеткой позволяют военному кораблю использовать одну радиолокационную систему для обнаружения и отслеживания поверхности (обнаружение кораблей), обнаружения и отслеживания воздуха (обнаружение самолетов и ракет) и возможностей восходящей линии связи ракет. Перед использованием этих систем для каждой ракеты класса «земля-воздух» в полете требовалась специализированная РЛС управления огнем , а это означало, что оружие с радиолокационным наведением могло поражать только небольшое количество одновременных целей. Системы фазированной антенной решетки могут использоваться для управления ракетами на средней фазе полета ракеты. Во время конечной части полета непрерывно-волновойНачальники управления огнем обеспечивают окончательное наведение на цель. Поскольку диаграмма направленности антенны управляется электроникой , системы с фазированной антенной решеткой могут направлять лучи радара достаточно быстро, чтобы поддерживать контроль качества управления огнем по множеству целей одновременно, а также управлять несколькими ракетами в полете.

AN / SPY-1 фазированной радар массив, часть боевого Aegis системы , развернутого на современных американских крейсеров и эсминцев , «способен выполнять поиск, отслеживать и наведения ракет функции одновременно с возможностью более 100 целей.» ^[22] Аналогичным образом, многофункциональный радар с фазированной антенной решеткой Thales Herakles, используемый на вооружении Франции и Сингапура, может отслеживать 200 целей и обеспечивать автоматическое обнаружение цели, подтверждение и инициирование сопровождения за одно сканирование, одновременно обеспечивая -курс обновления наведения ракет MBDA Aster, запускаемых с корабля. ^[23]Германский флот и Royal Dutch Navy разработали активной фазированной антенной решеткой радара системы (APAR). MIM-104 Patriot и другие наземные системы зенитные использовать фазированной РЛС массива для подобных преимуществ.

Фазированные антенные решетки используются в морских гидролокаторах, в активных (передача и прием) и пассивных (только прием), а также в гидролокаторах с корпусной и буксируемой антенной решеткой .

Связь с космическим зондом [ править ]

Космический корабль MESSENGER выполнял миссию космического зонда к планете Меркурий (2011–2015 гг. ^[24] ). Это был первый глубоководный космический полет использовать антенны с фазированной решеткой для связи . Излучающие элементы представляют собой щелевые волноводы с круговой поляризацией . Антенна, которая использует диапазон X , использует 26 излучающих элементов и может постепенно ухудшаться . ^[25]

Использование исследования погоды [ править ]

Национальный Severe Storms Laboratory был с помощью SPY-1A фазированного антенной решетки, при условии , ВМС США, для исследования погоды на его Norman, Оклахом объекте с 23 апреля 2003 г. Предполагается , что исследование приведет к лучшему пониманию гроз и торнадо, что в конечном итоге приводит к увеличению времени предупреждения и более точному прогнозированию торнадо. В настоящее время в проекте принимают участие Национальная лаборатория сильных штормов и Центр радиолокационных операций Национальной метеорологической службы, Локхид Мартин , ВМС США , Школа метеорологии Университета Оклахомы , Школа электротехнической и компьютерной инженерии и Исследовательский центр атмосферных радаров., Регенты штата Оклахома по высшему образованию, Федеральное управление гражданской авиации и базовая торговля и промышленность. Проект включает исследования и разработки , передачу будущих технологий и возможное развертывание системы на всей территории Соединенных Штатов. Ожидается, что на его завершение уйдет от 10 до 15 лет, а первоначальная стоимость строительства составила около 25 миллионов долларов. ^[26] Команда из Японского передового института вычислительных наук RIKEN (AICS) начала экспериментальную работу по использованию радара с фазированной антенной решеткой с новым алгоритмом для мгновенного прогноза погоды . ^[27]

Оптика [ править ]

В видимом или инфракрасном спектре электромагнитных волн можно создавать оптические фазированные решетки . Они используются в мультиплексорах длин волн и фильтрах для телекоммуникационных целей ^{[28], управления} лазерным лучом и голографии. Обнаружение гетеродина с синтетической решеткой - это эффективный метод мультиплексирования всей фазированной решетки на одноэлементный фотодетектор . Формирование динамического луча в оптическом передатчике с фазированной решеткой можно использовать для электронного растрового или векторного сканирования изображений без использования линз или механически движущихся частей в безлинзовом проекторе. ^[29]Было продемонстрировано, что приемники с оптическими фазированными решетками могут действовать как безлинзовые камеры, выборочно глядя в разные стороны. ^{[30] [31]}

Спутниковые трансиверы широкополосного доступа в Интернет [ править ]

Starlink - это группировка спутников на низкой околоземной орбите , строительство которой начнется в 2021 году . Он разработан для обеспечения широкополосного подключения к Интернету для потребителей; пользовательские терминалы системы будут использовать фазированные антенные решетки. ^{[32][Обновить]}

Радиочастотная идентификация (RFID) [ править ]

К 2014 году фазированные антенные решетки были интегрированы в системы RFID , чтобы увеличить зону покрытия одной системы на 100% до 76 200 м ² (820 000 квадратных футов), при этом по-прежнему использовались традиционные пассивные метки УВЧ . ^[33]

Человеко-машинные интерфейсы (HMI) [ править ]

Фазированная матрица акустических преобразователей, названная тактильным дисплеем с воздушным ультразвуком (AUTD), была разработана в 2008 году в лаборатории Шинода Токийского университета для создания тактильной обратной связи. ^[34] Эта система была продемонстрирована, чтобы позволить пользователю интерактивно манипулировать виртуальными голографическими объектами. ^[35]

Радиоастрономия [ править ]

Фидеры с фазированной решеткой (PAF) ^[36] недавно использовались в фокусе радиотелескопов для получения множества лучей, что дало радиотелескопу очень широкое поле зрения . Два примера ASKAP телескопа в Австралии и обновление Apertif к Westerbork Синтез радиотелескоп в Нидерландах .

Математическая перспектива и формулы [ править ]

Математически фазированная решетка является примером дифракции на N- щелях , в которой поле излучения в точке приема является результатом когерентного добавления N точечных источников в линию. Поскольку каждая отдельная антенна действует как щель, излучающая радиоволны, их дифракционная картина может быть вычислена путем добавления фазового сдвига φ к окантовке.

Мы начнем с N- образной дифракционной картины, полученной на странице дифракционного формализма , с прорезями одинакового размера и расстояния .${\ displaystyle N}$${\ displaystyle a}$${\ displaystyle d}$

${\ displaystyle \ psi = \ psi _ {0} \, {\ frac {\ sin \ left ({\ frac {\ pi a} {\ lambda}} \ sin \ theta \ right)} {{\ frac {\ pi a} {\ lambda}} \ sin \ theta}} \, {\ frac {\ sin \ left ({\ frac {N} {2}} kd \ sin \ theta \ right)} {\ sin \ left ( {\ frac {kd} {2}} \ sin \ theta \ right)}}}$

Теперь добавление члена φ к краевому эффекту во втором члене дает:${\ textstyle кд \ грех \ тета \,}$

${\displaystyle \psi =\psi _{0}\,{\frac {\sin \left({\frac {\pi a}{\lambda }}\sin \theta \right)}{{\frac {\pi a}{\lambda }}\sin \theta }}\,{\frac {\sin \left({\frac {N}{2}}\left({\frac {2\pi d}{\lambda }}\sin \theta +\phi \right)\right)}{\sin \left({\frac {\pi d}{\lambda }}\sin \theta +{\frac {\phi }{2}}\right)}}}$

Возведение волновой функции в квадрат дает нам интенсивность волны.

${\displaystyle {\begin{aligned}I&=I_{0}\left({\frac {\sin \left({\frac {\pi a}{\lambda }}\sin \theta \right)}{{\frac {\pi a}{\lambda }}\sin \theta }}\right)^{2}\left({\frac {\sin \left({\frac {N}{2}}\left({\frac {2\pi d}{\lambda }}\sin \theta +\phi \right)\right)}{\sin \left({\frac {\pi d}{\lambda }}\sin \theta +{\frac {\phi }{2}}\right)}}\right)^{2}\\I&=I_{0}\left({\frac {\sin \left({\frac {\pi a}{\lambda }}\sin \theta \right)}{{\frac {\pi a}{\lambda }}\sin \theta }}\right)^{2}\left({\frac {\sin \left({\frac {\pi }{\lambda }}Nd\sin \theta +{\frac {N}{2}}\phi \right)}{\sin \left({\frac {\pi d}{\lambda }}\sin \theta +{\frac {\phi }{2}}\right)}}\right)^{2}\end{aligned}}}$

Теперь расположите излучатели на некотором расстоянии друг от друга. Это расстояние выбрано для простоты расчета, но может быть отрегулировано как любая скалярная часть длины волны.${\textstyle d={\frac {\lambda }{4}}}$

${\displaystyle I=I_{0}{{\left({\frac {\sin \left({\frac {\pi a}{\lambda }}\sin \theta \right)}{{\frac {\pi a}{\lambda }}\sin \theta }}\right)}^{2}}{{\left({\frac {\sin \left({\frac {\pi }{4}}N\sin \theta +{\frac {N}{2}}\phi \right)}{\sin \left({\frac {\pi }{4}}\sin \theta +{\frac {\phi }{2}}\right)}}\right)}^{2}}}$

Поскольку синус достигает своего максимума при , мы устанавливаем числитель второго члена = 1.${\textstyle {\frac {\pi }{2}}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\pi }{4}}N\sin \theta +{\frac {N}{2}}\phi &={\frac {\pi }{2}}\\\sin \theta &=\left({\frac {\pi }{2}}-{\frac {N}{2}}\phi \right){\frac {4}{N\pi }}\\\sin \theta &={\frac {2}{N}}-{\frac {2\phi }{\pi }}\end{aligned}}}$

Таким образом, когда N становится больше, термин будет преобладать . Поскольку синус может колебаться между -1 и 1, мы можем видеть, что настройка будет отправлять максимальную энергию на угол, определяемый выражением ${\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {2\phi }{\pi }}\end{matrix}}}$${\displaystyle \phi =-{\begin{matrix}{\frac {\pi }{2}}\end{matrix}}}$

${\displaystyle \theta =\sin ^{-1}1={\frac {\pi }{2}}=90^{\circ }}$

Кроме того, мы можем видеть, что если мы хотим отрегулировать угол, под которым излучается максимальная энергия, нам нужно только отрегулировать фазовый сдвиг φ между последовательными антеннами. Действительно, фазовый сдвиг соответствует отрицательному углу максимума сигнала.

Подобный расчет покажет, что знаменатель минимизируется тем же фактором.

Различные типы фазированных решеток [ править ]

Есть два основных типа формирователей луча. Это формирователи диаграммы направленности во временной области и формирователи диаграммы направленности в частотной области .

Градуированное окно ослабления иногда применяется на лицевой стороне решетки для улучшения характеристик подавления боковых лепестков в дополнение к фазовому сдвигу.

Формирователь луча во временной области работает за счет введения временных задержек. Основная операция называется «задержка и сумма». Он задерживает входящий сигнал от каждого элемента массива на определенное время, а затем складывает их вместе. Матрица Батлера позволяет несколько пучков формироваться одновременно, или один луч для сканирования через дугу. Наиболее распространенным видом формирователя луча во временной области является змеевидный волновод. В конструкциях с активными фазированными решетками используются отдельные линии задержки, которые включаются и выключаются. Фазовращатели на железо-иттриевом гранате изменяют фазовую задержку в зависимости от силы магнитного поля.

Существует два разных типа формирователей луча в частотной области.

Первый тип разделяет различные частотные компоненты, которые присутствуют в принятом сигнале, на несколько элементов разрешения по частоте (с использованием либо дискретного преобразования Фурье (ДПФ), либо набора фильтров ). Когда к каждому частотному элементу применяются разные формирователи диаграммы направленности с задержкой и суммированием, в результате главный лепесток одновременно указывает в нескольких разных направлениях на каждой из разных частот. Это может быть преимуществом для каналов связи и используется с радаром SPS-48 .

Другой тип формирователя диаграммы направленности в частотной области использует пространственную частоту. Дискретные выборки берутся из каждого отдельного элемента массива. Образцы обрабатываются с помощью ДПФ. ДПФ вводит несколько различных дискретных фазовых сдвигов во время обработки. Выходы DFT - это отдельные каналы, которые соответствуют равномерно распределенным пучкам, сформированным одновременно. Одномерное ДПФ создает веер из разных лучей. Двухмерное ДПФ создает лучи ананасовой конфигурации.

Эти методы используются для создания двух типов фазированных решеток.

• Динамический - для перемещения луча используется набор переменных фазовращателей.
• Фиксированное - положение луча неподвижно по отношению к лицевой стороне решетки, а вся антенна перемещается

Есть еще две подкатегории, которые изменяют тип динамического массива или фиксированного массива.

• Активный - усилители или процессоры есть в каждом элементе фазовращателя
• Пассивный - большой центральный усилитель с ослабляющими фазовращателями

Динамическая фазированная решетка [ править ]

Каждый элемент решетки включает в себя регулируемый фазовращатель, которые все вместе используются для перемещения луча относительно лицевой стороны решетки.

Динамическая фазированная решетка не требует физического движения для наведения луча. Луч перемещается электронным способом. Это может вызвать движение антенны достаточно быстро, чтобы использовать небольшой стержневой луч для одновременного отслеживания нескольких целей при поиске новых целей с использованием всего одного радара (отслеживание во время поиска).

Например, антенне с углом луча 2 градуса и частотой следования импульсов 1 кГц потребуется примерно 8 секунд для покрытия всей полусферы, состоящей из 8000 точек наведения. Эта конфигурация предоставляет 12 возможностей для обнаружения транспортного средства со скоростью 1000 м / с (2200 миль / ч; 3600 км / ч) на расстоянии 100 км (62 мили), что подходит для военных целей. ^{[ необходима цитата ]}

Положение антенн с механическим управлением может быть предсказано, что может быть использовано для создания электронных средств противодействия , мешающих работе радара. Гибкость, возникающая в результате работы с фазированной антенной решеткой, позволяет направлять лучи в случайные точки, что устраняет эту уязвимость. Это также желательно для военных приложений.

Фиксированная фазированная решетка [ править ]

Антенны с фиксированной фазированной решеткой обычно используются для создания антенны с более желательным форм-фактором, чем обычный параболический отражатель или отражатель Кассегрена . Фиксированные фазированные решетки включают фиксированные фазовращатели. Например, в большинстве коммерческих антенных вышек для FM-радио и телевидения используется коллинеарная антенная решетка , которая представляет собой фиксированную фазированную решетку из дипольных элементов.

В радиолокационных приложениях этот вид фазированной решетки физически перемещается в процессе отслеживания и сканирования. Есть две конфигурации.

• Несколько частот с линией задержки
• Несколько смежных балок

SPS-48 радар использует несколько частот передачи с помощью задержки серпантина линии вдоль левой стороны решетки , чтобы произвести вертикальный вентилятор уложенных балок. Каждая частота испытывает различный фазовый сдвиг при распространении по змеевидной линии задержки, которая формирует разные лучи. Набор фильтров используется для разделения отдельных приемных лучей. Антенна вращается механически.

Полуактивный радар самонаведения использует моноимпульсный радар, который полагается на фиксированную фазированную решетку для создания нескольких соседних лучей, которые измеряют угловые ошибки. Этот форм-фактор подходит для крепления на кардане в поисковиках ракет.

Активная фазированная антенная решетка [ править ]

Элементы активных решеток с электронным сканированием (AESA) включают усиление передачи со сдвигом фазы в каждом антенном элементе (или группе элементов). Каждый элемент также включает в себя предварительное усиление приема. Настройка фазовращателя одинакова для передачи и приема. ^[37]

Активные фазированные решетки не требуют сброса фазы после окончания передающего импульса, что совместимо с доплеровским радаром и импульсным доплеровским радаром .

Пассивная фазированная решетка [ править ]

В пассивных фазированных решетках обычно используются большие усилители, которые производят весь передаваемый микроволновый сигнал для антенны. Фазовращатели обычно состоят из волноводных элементов, управляемых магнитным полем, градиентом напряжения или аналогичной технологией. ^{[38] [39]}

Процесс фазового сдвига, используемый с пассивными фазированными решетками, обычно помещает приемный луч и передающий луч в диагонально противоположные квадранты. Знак фазового сдвига должен быть инвертирован после завершения импульса передачи и до начала периода приема, чтобы приемный луч находился в том же месте, что и передающий луч. Для этого требуется фазовый импульс, который ухудшает характеристики видимости суб-препятствий на доплеровском радаре и импульсном доплеровском радаре. Например, фазовращатели на иттриевом железе-гранате должны быть изменены после гашения передающего импульса и до начала обработки приемника для выравнивания передающего и принимаемого лучей. Этот импульс вызывает ЧМ-шум, который ухудшает качество изображения.

В боевой системе AEGIS используется пассивная фазированная антенная решетка. ^[40] для оценки направления прибытия .

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме фазированных решеток .

• Исследования и разработки радаров - Радар с фазированной решеткой - Национальная лаборатория сильных штормов
• Судовые радары с фазированной решеткой
• Отчет НАСА: MMIC для антенн с несколькими сканирующими лучами для космических приложений
• Принцип фазированной решетки
• Микрофонная система Phased Array Тони Фолкнера
• Программный инструмент для прогнозирования диаграммы направленности антенной решетки