Антенная решётка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Российския радиолокационная станция метрового диапазона Небо-М. Состоит из 175 фазированных петлевых вибраторов. Излучает узкий луч радиоволн перпендикулярно плоскости антенны.

Антенная решётка (АР) — сложная антенна, состоящая из совокупности отдельных антенн (излучающих элементов), расположенных в пространстве особым образом. Антенные решётки применяются для повышения коэффициента направленного действия антенны как системы излучающих элементов по сравнению с одиночным элементом и для получения возможности управления формой диаграммы направленности (в том числе, ориентации в пространстве) с помощью электрических сигналов (электрическое сканирование луча в противовес механическому сканированию).

Элементарный излучатель антенной решётки[править | править код]

В качестве элементарных излучателей в АР могут использоваться различные антенны как малой, так и большой направленности. Например в простейших решётках в качестве элементарной антенны могут быть установлены симметричные и несимметричные вибраторы, волноводные щели, печатные излучатели и т.п. В радиоастрономии используются системы из нескольких больших зеркальных антенн с узкой диаграммой направленности, сориентированных в одном направлении. Это позволяет увеличить в N раз коэффициент усиления системы и принимать сигнал из пространства на малых отношениях сигнал/шум.

Варианты конструкций[править | править код]

Антенные элементы в АР могут быть расположены различным способом. Если фазовые центры излучателей расположены в одной оси, то решётка называется линейной, если в плоскости - плоской. Существуют и более сложные варианты размещений антенных элементов в пространстве. Зачастую такие системы называют конформными, потому что они повторяют форму поверхности, на которой размещены излучатели. Например, это может быть поверхность летательного аппарата, спутника земли либо сложный рельеф местности. Наиболее распространены антенные решётки, излучающие элементы которых расположены в одной плоскости.

Формирование излучения[править | править код]

Для того, чтобы получить принятый из пространства сигнал на выходе АР, необходимо произвести когерентное сложение сигналов от всех элементов антенной решётки. За это отвечает распределительная система, построенная на элементах СВЧ-тракта, включающих в себя линии передачи, системы управления и устройства сложения сигналов. Диаграмма направленности формируется амплитудным и фазовым распределением по апертуре антенны.

Амплитудное распределение[править | править код]

Амплитудное распределение - это зависимость коэффициента передачи в конкретном излучающем элементе АР. Обычно для формирования узконаправленного излучения используется равномерное либо спадающее к краям апертуры амплитудное распределение.

Фазовое распределение[править | править код]

Фазовое распределение - зависимость разности фаз между соседними излучателями. В общем случае определяет временную задержку сигнала падающей волны, связанную с разностью хода волн между соседними излучателями. На практике чаще всего применяются два типа фазовых распределений:

В первом случае антенна формирует излучения по нормали к апертуре. Второй тип фазового распределения позволяет сформировать излучение под некоторым углом к апертуре. Более сложные фазовые распределения (например, квадратичное) могут применяться для подавления боковых лепестков ДН, формирования диаграмм направленности сложной формы и при многолучевой работе.

Адаптивные антенные решётки[править | править код]

В процессе работы системы изменяются как внешние, так и внутренние условия работы. Появляются источники помех (для РЛС), отказы отдельных элементов, условия электромагнитной совместимости. В сложных системах существует возможность подстраивать характеристики направленности АР в процессе работы. Для этого вычислительный комплекс системы управления перестраивает по особым алгоритмам коэффициенты передачи в каждом пространственном канале АР (элементарном излучателе), меняя тем самым амплитудно-фазовое распределение так, чтобы сформировать "ноль" в направлении источника помехи, либо скомпенсировать вышедший из строя антенный элемент. Это позволяет существенно повысить качество работы системы, улучшить скрытность (для РЛС). Такие системы получили название адаптивных антенных решеток.

Преимущества и недостатки[править | править код]

Преимущество антенной решетки перед другими антеннами заключается в:

  • Возможности применения электрического сканирования (перемещения луча в пространстве без физического изменения положения антенны);
  • Повышение усиления антенны в сравнении с элементарным излучателем;
  • Возможность формирования диаграммы направленности сложной формы;
    • Адаптация к помеховой обстановке и компенсация отказов оборудования;
    • Формирование ДН косекансной формы для оптимизации использования энергетического потенциала системы по дальности;
    • Возможность многолучевой работы.

В недостатки системы можно выделить:

  • Сложность расчёта конструкции и электрических параметров;
  • Сужение полосы, вызванное искажением формы ДН на частотах, отличных от расчётной;
  • Сложность элементной базы и высокие требования к ней;
  • Высокую стоимость.

См. также[править | править код]

Литература[править | править код]