|
| |
|
Слаботочка Книги Пусть Vs{t)-флуктуации напряжения источника питания усилителей АМ, являющиеся случайным стационарным узкополосным процессом. Комплексная огибающая поля излучения (ДН) линейной АФАР из Л излучателей при монохроматическом сигнале возбудителя Е(е, ф, о = FqFi(6. Ф) 2 in (t) ехр (/Ч ). (15.32) где / (О - комплексная огибающая (амплитуда) тока п-го излучателя; fо - постоянный множитель, не зависящий от токов и угловых координат; Fi{Q, ф) - ДН одного излучателя АФАР; Ч = кРп; к -волновой вектор точки наблюдения; р -радиус-вектор л-го излучателя. Выражение (15.32) с учетом (15.29), (15.30) принимает вид Е (6, ф, t) = f о i (6i. Ф) 2 аК°п (о ехр (/ ) -= ap fi 2 /с {I -f [а (1 -f а ) + / Р(1 + Рп)] v,(0}ехр (/¥ ) Определим энергетический спектр процесса Е(е, ф, t). Для этого предварительно вычислим автокорреляционную функцию на выходе системы (поля излучения) R(Q, ф, т) = Ё(е, ф, ое(е, ф, -fT) = = \a\\F,Fi\ 2 2 °exp(-/wexp(/4jlim ±- j :{tmt+ n=lm=l -t/2 + t)dt, где T - время усреднения [9]. Средний энергетический спектр комплексной огибающей поля излучения [усреднение по ансамблю АФАР с учетом (15.31)] <S(0, ф, /)) = ((0, ф, т)) =/а \F,F,\ 2 2л°Х /1=1 m=i X ехр (- j ¥ ) kl, ехр (/ J {1 + [[а (I + а ) - / р (1 -f р J] (а (I + а J + 00 7-/2 1 + /p(I+pm)]] jlim j vat)vat + T)dte-ifUT \a\\FoF,\ 6(0 + 2л:оехр(/Ч? ) I + 2 к\цо.о1+Ро1)8аг) (15.33) I где Ss(/) - энергетический спектр случайного процесса - флуктуации напряжения источника питания; f - текущее значение частоты, отсчитываемое от частоты возбудителя АФАР. Первое слагаемое выражения (15.33) представляет в частотной области дискретную спектральную линию, а в пространственной - зависимость излучения от углов б, ф; второе слагаемое - составляющую непрерывного спектра, обусловленную зависимостью номинальных значений коэффициентов передачи усилителей АМ от флуктуации напряжения источника питания; третье - составляющую непрерывного спектра, вызванную разбросом характеристик усилителей. Таким образом, второе и третье слагаемые - дополнительные боковые полосы спектра поля излучения АФАР. Рассуждая аналогично, можно получить средний энергетический спектр пассивной ФАР при флуктуациях напряжения источников питания передатчика (5(6, ф, f)) = \a\\FoF,\ 2 (°ехр(у¥ ) (15.34) где /сп = Я°ус/с п/(<*п; Яс - коэффициент передачи усилительной цепи передатчика ФАР при номинальном значении напряжения источника питания; а, р - номинальные значения относительных коэффициентов чувствительности. Из сравнения выражений (15.33) и (15.34) видно, что непрерывная часть спектра излучения активной ФАР, как и следовало ожидать, содержит дополнительное слагаемое, обусловленное включением усилителей, характеристики которых отличаются друг от друга. На рис. 15.6 показано пространственное распределение составляющих среднего энергетического спектра <5(6, ф, /)> активной ФАР с числом полуволновых вибраторов над экраном N=2\ при косинусоидальном амплитудном распределении с постаментом 0,23. <s[e,f,fp ,лв ят/Гц  (s(l,f,f).>al вт/Гц  ii 10 щ таление от несущей. Рис. 15.6 Рис. 15.7 Каждое слагаемое выражение (15.33) построено отдельно; при этом первое слагаемое (кривая /) соответствует изменению по углу 0 составляющей энергетического спектра монохроматического сигнала. Второе слагаемое меняется в пространстве согласно ДН решетки (кривая 2), а третье - согласно ДН единичного излучателя решетки (кривая 3). На рис. 15.7 приведены отдельно огибающие среднего энергетического спектра побочных излучений пассивной ФАР (кривая /) на частоте, соответствующей удалению от несущей на 100 кГц [формула (15.34), второе слагаемое], и активной ФАР [(15.33), сумма второго и третьего слагаемых] - кривая 2. Видим, что при выбранных типе, числе излучателей и АФР уровень побочных излучений, соответствующих непрерывной части энергетического спектра АФАР, только на больших углах 0 превышает уровень побочных излучений пассивной ФАР. Данные рис. 15.6, 15.7 соответствуют энергетическому спектру флуктуации напряжения источника вторичного электропитания (ИВЭП), использующего импульсные методы преобразования и стабилизации выходного напряжения, полученному экспериментальным путем со значением 0,3-10- В/Гц на частоте, отстоящей от несущей на 100 кГц. При этом также принималось А°п(афар)= = А°п(фар); а = 0,06; р = 0,04; аа=0,1; ар=0,3. Полученные аналитические соотношения и сравнительная оценка энергетических спектров АФАР и ФАР при действии различных дестабилизирующих факторов показывают, что наличие некоррелированных аддитивных шумов усилителей AIM АФАР приводит к дополнительному фоновому излучению, которое в главном максимуме в N раз меньше, чем в пассивной ФАР. С ростом корреляции шумов усилителей слабонаправленное фоновое излучение постепенно переходит в направленное, как в ФАР. В случае мультипликативной случайной помехи и разброса параметров усилителей АМ в спектре поля АФАР появляется дополнительная составляющая боковых частот модуляции, изменяющаяся в пространстве согласно ДН единичного излучателя рещетки. В результате в главном лепестке ДН АФАР характеристики сохраняются как в ФАР, а за его пределами уровень побочного излучения увеличивается. Таким образом, анализ энергетических спектров излучения на примере радиосистем, работающих в непрерывном режиме, позволяет при выборе варианта построения АР (АФАР или ФАР) оценить их по чистоте спектра в дальней зоне, характеру распределения побочных излучений по угловым координатам с учетом их уровня, а также зашумленность сигнала в режиме передачи. Так, отношение шум-сигнал в направлении главного максимума излучения пассивной ФАР при наличии собственных шумов усилительной цепи передатчика (см. рис. 15.5) Рш/Рс= i[SMaK]df j6(/)d/=. jS(f)df/aK И составляет -55 дБ. Для активной ФАР это отношение в раз меньше и равно -68 дБ. В режиме приема механизм мультипликативной помехи остается таким же, как и в режиме передачи. Энергетический спектр сигнала на выходе сумматора приемной АФАР рассчитывается аналогично энергетическому спектру передающей АФАР. При этом приемные излучатели заменяются когерентными генераторами ЭДС {вп}, фазировка которых соответствует фронту падающей волны. Вместо выражения (15.32) поля излучения следует рассматривать сигнал на выходе сумматора е(0. ф, О-ЛхСб. Ф) 2е /С , (15.35) где Ао - постоянный множитель; Кп - коэффициент передачи п-го канала от выхода излучателя до выхода сумматора; е = = eoexp(yV ); бо -амплитуда принимаемого сигнала, одинаковая для всех излучателей; Wn - фаза сигнала, принимаемого п-м излучателем. Ввиду аналогичности выражений (15.32) и (15.35) структура энергетического спектра и его зависимость от угла прихода падающей волны качественно будут такими же, как и в режиме передачи. В случае аддитивной помехи (собственные шумы усилителей модулей и пассивных элементов) качественная картина энергетических спектров сигналов на выходах активной и пассивной ФАР аналогична активной передающей ФАР. Это обусловлено тем, что в пассивной приемной ФАР кроме шумов приемника имеет место суммирование некоррелированных шумов пассивных компонентов ее отдельных каналов (при отсутствии взаимного влияния по внутренним трактам). 15.4. ОСОБЕННОСТИ АКТИВНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК С ОПТОВОЛОКОННОЙ СИСТЕМОЙ РАЗВОДКИ СИГНАЛОВ По мере совершенствования технологии гибридно-интегральных схем СВЧ основной проблемой, стоящей перед разработчиками конкурентоспособных АР современных РЛС, становится не высокая стоимость, ограничивающая сегодняшнее применение, а сложность системы разводки сигналов. Проблема эффективной разводки наиболее характерна для активных АР. Значительный прогресс в этом направлении ожидается [10] благодаря использованию оптоволоконных систем и устройств [11, 12]. По оценкам американских специалистов [10], рынок оптоволоконных компонентов возрастет в ближайшее десятилетие в 50 раз, причем половину его составят компоненты для АР различных типов. Такой прогноз базируется на потенциальных преимуществах передачи радиосигналов по оптическому волокну с помощью модуляции оптической несущей, которыми обладают оптоволокон-
детектора. °Р шириной полосы модулт;ин и фото- * Параметр измерен для волокна с сердцевиной из бороснлнкатпого стекла. ные каналы по сравнению с традиционными коаксиально-волно-водными линиями (табл. 15.3) [13J). Важными преимуществами волоконных линий передачи является высокая (~10 ГГц-км) полоса пропускания, малые масса и габариты, низкая стоимость, малые (менее 1 дБ/км) потери, высокая температурная стабильность, гальваническая развязка и механическая гибкость. Основные недостатки связаны с большими потерями мощности радиосигнала (-24 дБ) при электрооптическом и оптоэлектрическом преобразованиях в модуляторе и фотодетекторе, а также невысокое отношение сигнал-шум (ОСШ) на выходе фотодетектора (при Рпх = 0,3 мкВт, ОСШ = 50 дБ). Отмеченные недостатки не являются принципиальными и могут быть устранены последетекторным усилением, увеличением мощности на входе фотодетектора, а также в результате применения когерентных методов модуляции и детектирования [14]. Наиболее наглядно преимущества оптоволоконной разводки сигналов просматриваются в активных АР. В соответствии с модульным методом проектирования канал каждого излучателя АР, содержащий активный элемент в виде автогенератора, усилителя или преобразователя частоты, модулятор, устройства управления усилением и фазой, а также сам излучатель, конструктивно оформлен в виде самостоятельного блока - приемопередающего модуля (рис. 15.8,а). Для обеспечения рабочего режима такой модуль сопрягается через свою торцевую часть с большим числом разнообразных сигналов (рис. 15.8,6). Поперечное сечение модуля, ограничивающее расстояние между излучателями АР, стремятся обычно уменьшить, что способствует улучшению характеристик сканирования и одновременно усложняет задачу сопряжения модуля с многочисленными сигналами, особенно в миллиметровом диапазоне. 330   Анализ сигналов, сопрягаемых с модулем активной АР, показал [11], что их можно условно разбить на три группы; 1) высокостабильные непрерывные сигналы с частотой, не превышающей, как правило, 15 ГГц, обладающие высоким ОСШ. К ним относятся сигнал синхронизации автогенератора Ыо или сигнал о, усиливаемый в усилителе и промодулированный напряжением модуляции ы , а также непрерывные гармонические сигналы гетеродинов первого П\ и второго преобразования частоты /о принятого сигнала в промежуточные частоты \\ и /г соответственно; 2) широкополосный сигнал Мпр, полученный из принятого АР сигнала после двойного частотного преобразования на промежуточной частоте или видеосигнал с полосой Af = 5... 20 МГц, обладающий большим динамическим диапазоном (ДД = 50... ...90 дБ); 3) цифровые управляйщие сигналы, используемые для передачи информации объемом 10... 20 бит со скоростью несколько мегабит в секунду. К этой группе относят сигналы управления усилением щ и фазой щ, сигналы временной коммутации Ик приемника и передатчика, определяющие моменты запуска и форму импульсов передатчика и запирающие приемник на время работы передатчика, а также сигналы и кон контроля режима работы модуля на расстоянии. Таким образом, при построении оптоволоконной системы разводки в принципе достаточно трех отдельных каналов: один для опорных сигналов гетеродинов щ,2 и синхросигналов Ио,с; второй- для принятого сигнала, а третий - для сигналов управ- 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 |
||||||||||||||||||||