|
| |
|
Слаботочка Книги  ДОС 5оп-лерс етВертоео ПС-ряд а 1 г i 1 i i L i :t t t t t t t t: ДОС Батлера Восьмого порядма TTTTTTTI Рис. 7.22  -Зле , предыдущем. Третья схема состоит из одной секции - ДОС Батлера восьмого порядка. Переизлучающая MAP с такой ДОС имеет максимальную чувствительность, определяемую КНД всей решетки, которая в 8 раз превышает чувствительность переизлучающей антенны типа Ван-Атта. На рис. 7.23,а, б представлены электрические схемы двух- и односекционного многополюсников для восьмиэлементной ПМАР. Отличительной особенностью этих схем является отсутствие статических фазовращателей и уменьшение количества пересечений линий передачи по сравнению с аналогичными ДОС Батлера. Увеличение чувствительности переизлучающих антенн приводит к усложнению схемы .многополюсника, объединяющего излучатели решетки, и уменьшению надежности их работы по сравнению с переизлучающей антенной типа Ван-Атта, имеющей такое же число излучателей. Например, выход из строя одного из а-ктив-ных элементов ПМАР с максимальной чувствительностью приводит кроме ее уменьшения к ослеплению антенны в направлении максимума соответствующей ДН MAP. В этом направлении волиы не переизлучаются или переизлучаются без усиления. 7.5. ПУТИ РАЗВИТИЯ МА Создание теории и техники МА - одно из направлений развития антенной техники. Формирование нескольких независимых лучей в пространстве является отличительным признаком и основным достоинством многолучевых многоканальных антенных систем перед однолучевыми. Это обстоятельство определяет большие потенциальные возможности практического использования МА в радиотехнических комплексах различного назначения. Функциональное назначение антенной системы в составе радиотехнического комплекса состоит в осуществлении пространствен-но-вр.еменн6й обработки электромагнитных колебаний [17]. При этом возможности и характеристики антенной системы определяют характеристики комплекса в целом. В этом смысле перспективным и целесообразным является применение MAP в системах выделения внекоординатной информации из электромагнитных колебаний (распознавание образов), в системах радиовидения, предназначенных для визуализации радиосцены, в многоцелевых РЛС, работающих одновременно с несколькими целями, и т. п. Представляет несомненный интерес изыскание новых путей совершенствования антенных систем за счет гибридизации МА и их ДОС с другими типами антенн, в первую очередь с ФАР, с зеркальными и линзовыми антеннами. В МА пространственная обработка электромагнитных колебаний осуществляется с помощью ДОС (см. рис. 7.1). Главным недостатком, снижающим применение МА на практике, является схемная и конструкторско-технологическая сложность ДОС. Этот недостаток особенно проявляется с ростом порядка ДОС, т. е. при увеличении числа лучей МА. Поэтому важной является задача изыскания новых принципов и схем построения МА, позволяющих существенно упростить их конструкторскую реализацию в диапазонах от УВЧ до КВЧ включительно. При этом весьма интересным является разработка практических схем ДОС для многолучевых и переизлучающих конформных антенйых решеток, располагаемых на неплоских поверхностях, активных MAP, сверхширокополосных MAP, создание ДОС не только для пространственной, но и для временной обработии электромагнитных колебаний на несущей или промежуточной частоте. Основой для поисковых работ, особенно в диапазоне КВЧ, может служить использование различных физических явлений и эффектов, являющихся результатом взаимодействия электромагнитного поля с веществом, находящимся в различных агрегатных состояниях [11]. Поэтому воз-н1;кает задача создания материалов с заданными свойствами, обеспечивающими решение практических задач по реализации новых принципов и схем построения МА. При этом необходимо учитывать возможности современной технологии производства и ориентироваться на ее основные перспективные направления развития, в первую очередь на планарную технологию и технологию бъемных интегральных схем СВЧ. в теоретическом плане в настоящее время, по-видимому, возникает задача глубокого обобщения результатов исследования многолучевых и родственных им антенн. В этом смысле представляет интерес выработка фундаментальных принципов и ограничений, характеризующих МА в общем виде, на базе которых могут быть решены задачи их конкретной практической реализации. При этом дальнейшее совершенствование MAP и их характеристик требует создания адекватных математических моделей элементов структурной схемы МА. Например, при создании линейных и плоских MAP с низким уровнем боковых лепестков требуется учет краевых эффектов, а при создании гибридных зеркальных МА необходимо учитывать еще и взаимодействие зеркала с АР МА. При этом следует также учитывать взаимодействие АР МА с ее ДОС. Учет указанных явлений несомненно отразится на структуре ДОС МА и на характеристиках ее элементов. Решение указанных задач позволит расширить функциональные возможности и улучшить характеристики радиотехнических комплексов различного назначения. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛ. 7 1. Хансен Р. С. Сканирующие антенные системы СВЧ: Пер. с англ./Под ред. Г. т. Маркова и А. Ф. Чаплина. - М.: Сов. радио, 1971. - Т. 3. - 464 с. 2. Сазонов Д. М. Основы матричной теории антенных решеток: Сборник науч.-метод. статей по прикладной электродинамике. - М.: Высшая школа, 1983, вып. 6, с. 111-162. 3. А. с. 316358 СССР, МКИ HOIQ 21/00. Многолучевая антенная решетка/ С. М. Мнхеев, М. А. Жутнков. - Опубл. 1986, Бюл. № 36. 4. Максимов В. М., Михеев С. М., Попов В. В. Коммутационная сканирующая антенная решетка с трехлучевыми нзлучателями Фазированные антенные решетки и их элементы/Под ред. Д. И. Воскресенского. - М.; Труды МАИ, 1980, - С. 26-29. 5. Михеев С. М., Остроухое И. С. Активные антенные решетки на диаграммообразующих схемах с коммутационным управлением Радиотехника и электроника, - 1979. - Т, 24, № 4, - С. 843-848. 6. Максимов В. М., Остроухой Н. С. Об одном методе исследования взаимосвязанных автогенераторов Радиотехника и электроника. - 1983. Т. 28, № 10. - С. 1953-Ю59. 7. Максимов В. М.. Михеев С. М., Остроухое Н. С. Синтез матрицы рассеяния фидерной системы для переизлучающей антенной решетки Антенны. Сб. статей/Под ред. А. А. Пнстолькорса. - М.: Связь, 1979. - Вып. 27.- С. 1511159. 8. Антенны (современное состояние н проблемы)/Под ред. Л. Д. Бахраха и Д. И. Воскресенского. - М.: Сов. радио, 1979, - 208 с, - (Б-ка радиоинженера: Современная радиоэлектроника, вып, 16). 9. Максимов В. М., Уваров В. Н. Автоматизированное проектирование последовательных диаграммообразующих схем для многолучевых многоканальных антеин Тезисы докл. Всесоюз. конф. Теоретические н прикладные вопросы разработки, внедрения и эксплуатации систем автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры /Под ред. В. И. Гриднна. - М.: МАИ, 1983. -С. 61. 10. Farrar F. G. Millimetter wave W-band slolled waveguide antennas Proc, Int. Simp. Digest, Ant, and Prop, - Los Angeles, 1981,-P. 436-439. 11. Воскресенский Д. И., Максимова В. М., Рудь С. В., Сухарев И. Г. Антенны и устройства диапазона миллиметровых волн Изв. вузов СССР. Радноэлектроннка. - 1985. - Т. 28, № 2. - С. 4-23. 12. Максимов В. М. Днаграммообразующне схемы на основе многоволновых волноводов Изв. вузов СССР. Сер. Радноэлектроннка. - 1978. - Т. 81, № 2. -С. 42-47. 13. А. с. 605497 СССР, МКИ HOIQ 3/24. Многолучевая антенна/В. М. Максимов, С. М. Мнхеев. - Опубл. 1986, Бюл. № 36. 14. Максимов В. М., Михеев С. М. Исследование результирующего амплитудно-фазового распределения поля в регулярной многоволновой линии пере-дачи Радиотехннка н электроника. - 1978. - Т. 23, № 7. - С. 1386- 1393. 15. Антенны и устройства СВЧ (проектирование фазированных антенных решеток): Учеб. пособие для вузов/Под ред. Д. И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1981, -с. 235. 16. Учебное пособие -к практическим занятиям по курсу Антенны и устройства СВЧ /Витко А. В., Крнцын В. А., Максимов В. М., Остроухов И. С - М.: МАИ, 1983, с. 30-45. 17. Воскресенский Д. И., Максимов В. М. Развитие антенных снстем Изв. вузов СССР. Сер. Радноэлектроннка. - 1987. - Т. 30, № 2. - С. 3-32. ГЛАВА 8. АДАПТИВНЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ О. С. ЛИТВИНОВ, В, В. ПОПОВСКИЙ 8.1. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АДАПТИВНЫХ АНТЕНН Адаптивными антенными решетками (ААР) принято называть сложные Л/-элементные антенные системы (обычно при- емные), у которых на основании анализа сигнально-помеховых соотношений максимизируется на выходе та или иная качественная характеристика полезного сигнала. Необходимые свойства ААР достигаются соответствующим выбором весовых коэффициентов (ВК), включенных между антенными элементами и общим сумматором. Весовые коэффициенты обеспечивают соответствующее формирование суммарной ДН и поляризационной диаграммы (ПД), представляющей собой отклик антенны на сигнал заданной поляризации. В то же время их предназначение можно интерпретировать как задачу формирования таких соотношений между принимаемыми в каждом из i=l, N антенных элементов полезным сигналом s(/), суммой / узкополосных анизотропных помех 2 j(0 и шумом V(): /=1 Xi (t) = St (t) + 2 Па (t) + Vi{t), 1=1, N, (8.1) которые после сложения на общем сумматоре позволяют обеспечить желаемое свойство суммы (8.1) с помощью набора ВК, рассматриваемых как компоненты вектора Wt (О = [Щ (t), W, (t),..., Wn (t)]. (8.2) в общем случае вектор ВК (ВВК) W(0 должен обладать возможностью изменения как амплитуды, так и фазы принимаемых сигналов, т. е. быть комплексным, при этом скорость его изменения должна быть согласована со скоростью изменения сиг-нально-памеховой ситуации, а диапазон этих изменений согласован с динамическим диапазоном изменения уровней сигналов и помех, а также с диапазоном изменений фазовых соотношений в различных элементах ААР. На выходе общего сумматора ААР взвешенна сумма сигналов в каждом канале у (О = (W (О, X* (0) = (О X, (t) + ... + tcyv (t) Xn (0. (8.3) где выражения в скобках обозначают скалярное произведение векторов, удовлетворяющее заранее выбранному критерию; звездочка обозначает комплексное сопряжение. При этом суммарная ДН и ПД ААР как таковая может вообще не рассматриваться, хотя как промежуточная характеристика она безусловно представляет интерес. Так, ДН может быть получена с помощью скалярного произведения ВВК W(0 на вектор А (О) F(O) = (Wt(0, А*()), (8.4) где Ат(д) = (А1(0), A2(0)exp(i<pi9. )..... Ан(д)ехр(1ф/у#. )); Аг-(#) - ненормированные ДН приемных элементов ААР; ф.д, - фазы огибающей волны единичной амплитуды, отсчитываемые от фазы сигнала с выхода 1-го элемента (при фю, =0), зафиксированные на выходах приемных элементов за счет пространственных различий. Задачу подавления помех в ААР можно решать по-разному. Так, использовав принцип разделения, декомпозиции [1], можно сначала оценить j, /=1, /, - направление прихода этих помех и их поляризацию, а затем решать задачу управления ВКК ААР и нахождения ее ДН и ПД с ориентированными в направлении прихода помех нулями. На практике применяют более конструктивное решение, основывающееся на непосредственном нахождении оценки ВВК W(). В настоящее время из.вестны решения различающиеся как выбранными критериями эффективности, так и предполагаемыми ограничениями [2-4]. , К наиболее распространенным критериям относят: максимум отношения полезного сигнала к сумме помех на выходе ААР [3, 4], минимум среднего квадрата отклонения (МСКО) принятого сигнала от заданного эталонного уэ(0 на выходе ААР [2, 5], минимум мощности помех на выходе ААР, максимум правдоподобия И другие, в том числе различные их модификации. Рассмотрим основные проблемы, возникающие при синтезе ААР, и обсудим новые перспективные направления в этих исследованиях. 8.2. АДАПТИВНЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ, МАКСИМИЗИРУЮЩИЕ ОТНОШЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ СИГНАЛ-Ь ПОМЕХА В предположении единичной нагрузки средняя мощность принимаемого сигнала Bb,x=ly(OI = WrMeW, (8.5) .где f\c=X*XT - ковариационная матрица принимаемого сигнала. С учетом собственных шумов приемных каналов ААР, которые предполагаются некоррелированными с принимаемыми сигналами, полная шумовая мощность на выходе ААР Ps = W;MW, (8.6) где Ж = !Лд+Ш - ковариационная матрица собственных шумов (Мд) и принимаемых шумовых сигналов на выходе приемных ка- налов ААР (для некоррелированных сигналов М- = где г=1 Мг - ковариаищонная матрица i-ro сигнала, i=l, /). Мощность собственных шумов Рс.ш на выходе ААР рассчитывается исходя из (8.6): Pe.ni = WTM,W. (8.7) Для ААР, в каждом из каналов которой шумы имеют одинаковые средние мощности ра и являются взаимно некоррелированными (т. е. Mg = po/jv), средняя мощность собственных шумов на выходе ААР определяется квадратом модуля весового вектора c.ш = PoW;vW = poWl (8.8) где In - единичная матрица размером NxN. Согласно определению отношение сигнал-шум-1-помеха на выходе ОСШП = Wt Ac;w (8.9) где Ac - ковариационная матрица полезного сигнала, средняя мощность которого равна ас- Стационарное состояние ААР имеет место при завершении процесса подстройки ВК. При этом будем считать, что после завершения подстройки ВК достигается цель адаптации. Математическим выражением цели адаптации является минимизация (нахождение оптимума) соответствующим образом определенного функционала, представляющего собой так называемую целевую функцию. Таким образом, задача расчета стационарного состояния ААР заключается в определении оптимального ВВК. Соотношение для определения оптимального ВВК называется законом оптимального управления. Рассмотрим законы оптимального управления ВВК в ААР. 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 |