|
| |
|
Слаботочка Книги Луч2- ЛцчЫ  Рис. 7,12 О передатчика  МОЙ зоны, прием отражеиного сигнала можно вести, коммутируя узкие лучи МА. На рис. 7.13 изображена возможная схема реализации этого принципа. Основу составляет МА с N независимыми лучами, состоящая из решетки излучателей 1 и ДОС 2. К входам-ДОС подключены (Переключатели *прием-(передача 3. Принятые в каждом канале МА с разных направлений, сигналы поступают на смеситель См 4, где смешиваются с сигналом перестраиваемого гетеродина ПГ 5. При этом один канал на другой переключается скачкообразным изменением частоты гетеродина на одну и ту же величину А/. Далее в каждом канале стоит фильтр 6 с полосой пропускания А/ (причем полосы прозрачности фильтров соседних каналов соприкасаются), которая зависит от длительности зондирующего импульса. Это обеспечивает преобразование различных направлений в различные частоты. Сигнал с перестраиваемого гетеродина поступает одновременно на смеситель См суммарного канала 7, на который подаются сигналы, разделенные во времени и различные по частоте, прошедшие полосовые фильтры 6. На вход фильтра суммарного канала 8 поступают сигналы с различных входов МА на несущей частоте, но разделенные во времени. Эффективность использования схемы тем выше, чем больше ширина осматриваемой РЛС угловой зоны, и уже лучи МА, заполняющие эту зону. 7.3. АКТИВНЫЕ MAP Проблема создания высокоэффективных активных АР была поставлена более 20 лет назад в связи с возможностью получения больших мощностей излучения с одновременным повышением надежности, улучшением массогабаритных характеристик, а также возможностью электрического управления лучом. Однако ряд объективных трудностей ограничивает создание активных АР, конкурентоспособных с пассивными ФАР. Одна из причин заключается в сложившемся традиционном подходе к активным АР как к некоторому очередному этапу развития пассивных ФАР. Поэтому большинство известных до последнего времени схем АФАР базируется на модульном принципе, а устройства, объединяющие модули, фактически являются копиями схем пассивных АР и предназначены для распределения Синхронизирующего или опорного сигнала. В настоящее время актуальной является проблема создания высокоэффективных АФАР, в которых активные элементы составляли бы единое целое с объединяющими их пассивными фидерными системами. Одно из ведущих мест в этой проблеме занимает комплексный подход к использованию ДОС для объединения активных элементов, излучателей и управляющих устройств в единое целое. Такой подход позволяет, в частности, изыскать пути построения АМАР, включающих в свой состав ДОС, автогенераторы (АГ) и управляющие элементы с простым управлением характеристиками направленности. Обобщенная схема передающей активной АР на взаимосинхро-низированных АГ представлена на рис. 7.14. Она включает в себя ДОС 1, объединяющую АГ 2, решетку излучателей 3 и управляющий многополюсник (УМ) 4, который содержит управляющие элементы и может быть невзаимпым и диосипативным многополюсником. Изменение внутренних состояний этого многополюсника приводит к переключению лучей АМАР. Конкретные схемы активных АР на взаимосинхронизирован-ных двухполюсных АГ могут быть приведены к обобщенной схеме. Поставим в соответствие клеммам а-а матрицу рассеяния А объединяющего многополюсника 5, включающего в свой состав решетку излучателей, ДОС и УМ. Матрица рассеяния А является несимметрической и неунитарной из-за наличия в объединяющем многополюснике невзаимных элементов, тепловых потерь и потерь на излучение. Векторы-столбцы (далее - векторы) комплексных амплитуд падающих а и отраженных b волн на клеммах а-а связаны линейным соотношением Ь=Аа. Если использовать эквивалентную схему л-го АГ в виде параллельного соединения нелинейного элемента с элементами колебательного контура Rn, Ln, Сп, то можно получить матричное нелинейное дифференциальное уравнение, описывающее процессы в системе взаимосвязанных АГ [6]: Т(Е-А)-х--[т-1Т(Е-ЬЛ)-Ьт-1Т(Е-Л) + -bY(x)T(E+A)]x + ft)2T(E-J-A)x = 0. (7.4) В этом уравнении Т - матрица, столбцами которой являются собственные векторы t матрицы А; Л - диагональная матрица АГ
Рис. 7.14 Рис. 7.15
fi собственных чисел кп матрицы А, т. е. АТ=ТЛ; х - вектор комплексных амплитуд мод, способных существовать в системе; тя Тр - диагональные матрицы с элементами RnCn и рпСп соответственно; р - волновое сопротивление линии передачи, соединяющей л-й АГ с объединяющим многополюсником; Е - единичная матрица порядка Лл; Y(x) - диагональная матрица дифференциальных проводимостей нелинейных элементов; ю - диагональная матрица резонансных частот автогенераторов; Ип = 1/пСп; t - время. - Ч Уравнение (7.4) не учитывает временных задержек в объединяющем многополюснике и справедливо для процессов, в пределах полосы частот которых собственные векторы t матрицы рассеяния А мЬжно считать частотно-иезависимыми. Каждый вектор x ()t представляет собой одно из JVa пространственно-временных колебаний (мод), способных существовать в системе Ла взаимосвязанных АГ. При этом весь процесс, происходящий в системе, есть линейная комбинация собственных векторов t с временными сомножителями х (/), т. е. а= 2 x (Ot = Tx. Как видно из (7.4), процессы в системе взаимосинхронизиро-ванных АГ существенно зависят от собственных чисел Я,п матрицы рассеяния объединяющего многополюсника. В [6] показано, что, не решая систему нелинейных дифференциальных уравнений (7.4), можно предсказать поведение АГ по собственным числам и собственным векторам матрицы рассеяния объединяющего многополюсника. В частности, если все собственные числа равны нулю, кроме к-го, для которого справедливо соотношение 0<Я 1, то все моды будут устойчиво подавляться кроме к-й. Отсюда следует, что для обеспечения одномодового режима работы системы АГ необходимо, чтобы матрица рассеяния А объединяющего их многополюсника была близка к проекционной, т. е. произвольный вектор а= 2 с эта матрица должна проектировать на свой к-й собственный вектор с масштабом Хк (0<Хк1) Аа = Ск к 1к, где Сп - коэффициент разложения вектора а в ряд Фурье по векторам tn. Физически это означает, что энергия колебаний всех собственных векторов матрицы А, кроме к-го, полностью поглощается в объединяющем многополюснике. Отличие квадрата к-го собственного числа от единицы определяет долю мощности к-й моды, расходуемую На излучение. А квадрат к-го собственного числа определяет уровень мощности, необходимый для обеспечения синхронизации конкретного типа АГ. Следовательно, управляя структурой объединяющего многополюсника так, чтобы изменялся номер отличного от нуля собственного числа его матрицы рассеяния, можно управлять структурой пространственных колебаний в системе взаимосвязанных АГ. Это обстоятельстю может быть положено в основу синтеза матрицы рассеяния ДОС активных MAP. Рассмотренная схема АМАР предполагает использование двухполюсных АГ. Однако существует большое число АГ, представляющих собой четырехполюсники. Включение таких четырехпо-люсных АГ в схему АМАР приводит к ее значительному структурному упрощению. На рис. 7.15 представлена обобщенная схема такой антенны. Подробное исследование АМАР на четырехполюсных АГ приведено в [16]. На рис. 7.16,а, б представлены электрические схемы четырехлучевой передающей антенны. В первом случае в качестве ДОС использована матрица Батлера. Особенностью схемы, изображенной на рис. 7.16,6, является простота реализации управляющего многополюсника, а также то, что система ортонормированных векторов, обеспечивающая синхронизацию АГ, отличается от системы ортонормированных векторов, определяющих АФР поля на решетке. В [5] приведены экспериментальные характеристики АМАР,  
 Рис. 7.16 основу которой составляет четырехканальная матрица Баглера, выполненная в волноводном варианте и описанная в [16]. В качестве активных элементов в ней используются АГ на диодах Га ни а типа АА703Б. Диоды включены в поперечном сечении выходных волноводов матрицы Батлера. Излучателями АМАР являются согласованные открытые концы волноводов. На рис. 7.17,а, б представлены расчетные (сплошные линии) и экспериментальные (штриховые) ДН четырехлучевой антеины. Такие диаграммы сохраняются при расстройке АГ в полосе частот ±5%. Затягивание лучей антенны к нормали объясняется, по-видимому, сильным влиянием взаимодействия излучателей решетки на работу АГ. Это является недостатком схемы АМАР с использованием четырехполюсных АГ. Устранение этого недостатка приводит к необходимости включения между излучателями и АГ развязывающих элементов. На. рис. 7.18,а, б представлены ДН четырехлучевой антенны с развязанными излучателями. Развязка достигается включением
-т -то -60 -so -ио -30 -го -ю о го 30 W so 60 70 в, град
Рис. 7.17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [26] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||