100 лет радио - Мигулина В.В.
ISBN 5-256-01228-2
Скачать (прямая ссылка):
Широкое применение ФАР и АФАР сложных многокомпонентных систем требует автоматизации их проектирования. В последние годы разработаны алгоритмы и программы автоматизации проектирования ФАР и АФАР путем сочетания электродинамиче-
Л.Д. Бахрах, В. Г.Ямпольский
89
ского подхода к граничным задачам и матричной теории антенных решеток. Переход к АФАР, адаптивным и другим системам с пространственно-временной обработкой сигналов следует рассматривать как возникновение нового класса антенн: антенн-передатчиков, антенн-усилителей, антенн-фильтров и т.д. Поскольку в АФАР используются активные элементы, то традиционный термин "коэффициент усиления" антенн имеет ограниченное значение. Поэтому были введены новые энергетические характеристики, например потенциал передающей АФАР. За счет нелинейности входящих в АФАР элементов могут иметь место нелинейные искажения, приводящие к деформации диаграммы направленности, главным образом к увеличению бокового излучения антенны.
В последние годы в АФАР начали использовать волоконно-оптические системы распределения сигналов и другие оптоэлект-ронные устройства. Это объясняется тем, что при большом числе модулей АФАР (порядка 103...105) очень сложно организовать их разводку и управление ими, в результате традиционная распределительная техника СВЧ диапазона дает наибольший вклад в стоимость АФАР и перестает оправдывать себя. При этом оказываются весьма перспективными волоконно-оптические устройства распределения сигналов. Волоконные световоды, используемые в качестве трактов разводки радиосигналов, имеют следующие преимущества по сравнению с традиционными трактами: малые поперечные размеры и массу, нечувствительность к радиопомехам и к мощному электромагнитному импульсу, весьма широкую полосу частот (несколько октав), низкое погонное затухание, высокую гибкость кабеля. Кроме того, обеспечивается гальваническая развязка, высокая температурная стабильность фазы и решаются проблемы электромагнитной совместимости. С помощью промодулированных полупроводниковых лазеров, фотоприемников и волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) можно распределить между модулями опорные сигналы для синхронизации передатчиков и гетеродинов приемников в модулях АФАР, сигналы управления фазовращателями (которые тоже могут строиться на базе ВОЛС), переключателями, обеспечивающими формирование амплитудно-фазового распределения в раскрыве АФАР. В настоящее время это направление бурно развивается и у нас и за рубежом. Близкими этому направлению являются радиооптические решетки, которые представляют собой приемные антенны с оптической обработкой сигнала. Принятые каждым излучателем АФАР сигналы после ряда преобразований в конечном счете преобразуются в колебания оптического диапазона с сохранением амплитудно-фазовых соотношений. Дальнейшую обработку уже в оптическом диапазоне выполняют специфические оптические устройства. Выходные сигналы индицируются в виде оптического отображения или вновь преобразуются в электрические сигналы для дальнейшей обработки на ЭВМ. Весьма важно по-
90
Антенно-фидерные устройства
высить КПД фазированных антенных решеток. В последнее время достигнут весьма высокий коэффициент использования поверхности ФАР за счет оптимального проектирования распределительной системы.
В области адаптивных антенн нашли практическое применение методы чисто фазовой адаптации и адаптации с квадратичным ограничением бортовых и наземных радиолокационных и связных систем, в том числе космического базирования, а также методы поляризационной адаптации, позволяющие эффективно повышать помехозащищенность антенн при приеме сигналов и помех с совпадающих или близких направлений в области главного максимума диаграммы направленности.
Следует отметить создание и успешное функционирование в последнее время больших развертывающихся в космосе антенных решеток порядка 15 м х 2 м, обеспечивающих качественную работу радиолокатора синтезированной апертуры землеобзора.
Зеркальные антенны
Зеркальные антенны по-прежнему имеют большое распространение, причем в качестве больших многометровых радиотелескопов и антенн космической связи с эффективной площадью, достигающей несколько тысяч квадратных метров и низкой шумовой температурой они вообще не имеют альтернативы. Двухзеркальные и многозеркальные антенны для этих систем оказались примерно равноценными. Для несимметричных двухзеркальных антенн только в последние годы, после многолетних дискуссий была показана возможность точного синтеза не только многозеркальных антенн с осевой симметрией, что не вызывало сомнений и ранее, но и многозеркальных антенн не обладающих осевой симметрией, причем решение было получено для трехмерной задачи. Разработаны алгоритмы расчета неосимметричной системы зеркал по заданным амплитудно-фазовой диаграмме излучателя и распределению в рас-крыве большого зеркала или волновому фронту с заданным амплитудным распределением. Кроме того, решены задачи синтеза векторных волн, т.е. создания заданных поляризационных характеристик. В результате для осесимметричных антенн КИП достигает 0,75, а для неосесимметричных многозеркальных антенн 0,8...0,85. Модернизация известных больших зеркальных антенн радиотелескопов ТНА-1500 диаметром 64 м и РТ-70, являющихся у нас самыми большими двухзеркальными радиотелескопами и одними из самых больших в мире, позволяют обеспечить КИП порядка 0,7...0,75. Это предельное значение обеспечивается не только специально рассчитанными зеркалами, но и гомологической конструкцией и высокой точностью зеркальных систем (относительная точность 10"4...Ю-6).
