Міністерство освіти і науки України

Тернопільський Державний Технічний Університет ім І.Пулюя

Реферат

з дисципліни:

,,Системи зв'язку з рухомими об'єктами''

на тему:

,,Антенні решітки: характеристики, особливості”

Виконав студент

групи РТп - 52

Гранкін Василь

Перевірив викладач

Химич.Г.П

Тернопіль 2007

Спрямованість дії найпростішої антени - симетричного вібратора - невисока. Для збільшення спрямованості дії вже на перших етапах розвитку антеною техніки стали застосовувати систему вібраторів - антенні решітки (АР). В даний час антенні решітки найбільш розповсюджений клас антен, елементами яких можуть бути як слабонаправленные випромінювачі (металеві і щілинні вібратори, хвилеводи, діелектричні стрижні, спіралі і т.д.), так і остронаправленные антени (дзеркальні, рупорні й ін.).

Застосування антенних решіток обумовлено наступними причинами. Решітки з N елементів дозволяють збільшити приблизно в N раз КНД (і відповідно посилення) антени в порівнянні з одиночним випромінювачем, а також звузити промінь для підвищення точності визначення кутових координат джерела випромінювання в навігації, радіолокації й інших радіосистемах. За допомогою решіток удається підняти електричну міцність антени і збільшити рівень випромінюваної (прийнятої) потужності шляхом розміщення в каналах решіток незалежних підсилювачів високочастотної енергії.

Перевагами решіток є:

· можливість швидкого (безінерційного) огляду простору за рахунок хитання променнями антени електричними методами (електричного сканування);

· перешкодозахищеність радіосистеми залежить від рівня бічних пелюстків (РБП) антени і можливості адаптації його по завадозахищувальній обстановці. Антена решітки є необхідною ланкою для зменшення РБП.

Однієї з найважливіших задач сучасної бортової радіоелектроніки є створення комплексированої системи, що сполучає кілька функцій, наприклад радіонавігації, РЛС, зв'язку і т.д. Виникає необхідність створення антеною решіткою з електричним скануванням з декількома променями (багатопроменевий, моноімпульсний і т.д.), що працює на різних частотах (сполученої) і яка має різні характеристики.

Мається ряд конструктивно-технологічних переваг антенних решіток для бортових і наземних пристроїв у порівнянні з іншими класами антен. Так, наприклад, поліпшення габаритних характеристик бортової апаратури відбувається за рахунок використання друкованих антенних решіток. Зниження вартості великих радіоастрономічних телескопів досягається завдяки застосуванню дзеркальних антенних решіток.

Антенні решітки можуть бути класифіковані по наступним основних ознаках: геометрії розташування випромінювачів у просторі, способу їхнього порушення, закономірності розміщення випромінюючих елементів у самих решітках, способу обробки сигналу в решітці, амплитуднофазовому розподілу струмів.

Рис.1.Антенні решітки: а - лінійні решітки; б - дугові решітки в - кільцеві решітки; м - плоскі решітки д - циліндричні решітки; е - конічні решітки ж - сферичні решітки; з - нееквідистантна решітка

Для зменшення рівня бокових пелюсток використовують еквідистанційні решітки в яких центральні вібратори мають великі струми, а перефирійні менші чи рівно амплітудні решітки в яких відстань між вібраторами по мірі їх віддаленості від центра антени збільшується. При заданих лінійних розмірів антени найбільший КНД мають рівно амплітудні еквідистнтні решітки. Відповідно зменшення рівня бокових пелюстків досягається зменшення КНД чи збільшенням розмірів антени.

По способі порушення (живлення) випромінювачів розрізняють решітки з послідовним і рівнобіжним живленням. Можливий також просторовий спосіб порушення, що називають іноді оптичним чи "ефірним" .

У великих антенних решіток застосовують комбінації послідовно-рівнобіжного живлення випромінювачів, особливо у випадку поділу всією антеною решітки на підрешітки (модулі) менших розмірів. При послідовному живлені елементи решітки збуджуються падаючою хвилею послідовно один за одним, а при рівнобіжному - незалежно .

При живлені є схема типу "ялинка", що утвориться за рахунок каскадного розподілу подводимой потужності на двох частин . У випадку просторового порушення елементи решітки збуджуються падаючою хвилею від первинного опромінювача.

У живильному антенні решітки тракті (фідері) можлива різна просторово-тимчасова обробка сигналу. Зміна фазового розподілу в решітках за допомогою системи фазообертачів у тракті дозволяє керувати максимумом діаграми спрямованості. Такі решітки називаються фазуючими антенними решітками (ФАР). Якщо до кожного випромінювача ФАР йди до їхньої групи підключається підсилювач потужності, чи генератор перетворювач частоти, то такі решітки називаються активними фазуючими антенними решітках (АФАР) . Приймальні АР із саморегульованим амплітудно-фазовим розподілом у залежності від обстановки називаються адаптивними. Приймальні АР з обробкою сигналу методами когерентної оптики називаються радіооптичними. Приймальні АР, у яких вся обробка ведеться цифровими процесами, називаються цифровими АР. Сполучені антенні решітки мають у своєму випромінюючому розкриві два (чи більш) типи випромінювачів, кожний з який працює у своєму робочому діапазоні.

У залежності від співвідношення амплітуд струмів порушення розрізняють решітки з рівномірним, експонентним і симетрично спадаючими амплітудними розподілами щодо центра решіток. Якщо фази струмів випромінювачів змінюються уздовж лінії їхнього розміщення по лінійному законі, то такі решітки називають решітки з лінійним фазовим розподілом.

Синфазні решітки широко використовуються в якості направлених антен радіозв'язку, звукового і телевізійного мовлення. Ширина ДН синфазної решітки стискується з зменшенням довжини хвилі, збільшенням чила вібраторів і збільшенням відстані між ними. Коли в синфазній решітці зменшити число вібраторів то ширина головного пелюстка залишиться незмінним, але при цьому збільшиться рівні бокових. При d?0.5л рівні бокових пелюстків практично залишається незмінним, но стане складніша система живлення. Тому відстань d між центрами ненаправлених чи напівхвилевих вібраторів зазвичай вибирають рівним 0.5, а одно хвилевих л.

Рис.2. Діаграми направленості инфазних решіток із ненаправлених випромінювачів: а) лінійна; б) плоска; в) плоска з рефлектором.

Змінно - фазові решітки. В порівнянні з синфазними має ряд переваг до яких відноситься: можливість узгодження антени з фідером в більш широкому діапазоні частот.

Розглянемо систему вібраторів, які живляться лінією яка розміщена вздовж осі решітки. Швидкість зміни фази вздовж лінії визначається фазовою швидкістю v_ф, яка для повітряних лінії с = 3 •10⁸м /с. коли лінія, наприклад коаксіального кабеля, запавнена діелектриком з е > е₀ то v_ф < с. Відповідно зміниться і довжина хвилі в лінії:

V_л = .

Для одержання режиму бігучої хвилі вібратори зв'язують слабким зв'язком з лінії, напруженої на узгодження опорів. В цьому випадку здвиг по фазі Ф між сусідніми вібраторами за рахунок живлення і коефіцієнт укороченої хвилі в лінії о відповідно будуть рівні:

Ф = к_л• d = о•к • d; о = .

Коефіцієнт направленої дії антени рухомої хвилі:

D = (6…..8) L_опт/л.

Рис.3. Діаграма направленості решітки антени рухомої хвилі із ненаправлених випромінювачів.

Фазовані антенні решітки відрізняються від АР включенням в антений тракт системи фазообертача чи комутаторів, що здійснює керування фазовим чи амплітудно-фазовим розподілом для електричного сканування.

Знайшли застосування різні схеми побудови ФАР у залежності від вимог до системи. Просторовий спосіб порушення (називаний ще розподільником оптичного типу) допускає два варіанти антен: відбивну ФА і прохідну ФАР.

Фідерний спосіб порушення (розподільник закритого типу) допускає послідовне, рівнобіжне, двоїчно-поверхове (ялинки) живлення випромінювачів і фазообертачів і їхньої комбінації .

Знаходять застосування гібридні антени - спільне використання ФАР і антен оптичного типу.

Сполучення радиолінзи з чи ФАР застосування спрямованих випромінюючих елементів ФАР (дзеркал, підрешіток і т.д.) дозволяє одержати ті ж результати: зменшення числа керованих фазовращателей при обмеженому секторі сканування. Сполучення лінзи з ФАР розширює сектор сканування плоскої ФАР. Одночасно з цим відбувається погіршення інших характеристик антеною системи.

Циліндричні решітки випромінювачів, що підключається комутаторами (з фазовращателями чи без них) до збудливого системі полоскових ліній, хвилеводів, радіальних хвилеводів і інших елементів, дозволяє сканувати в широкому секторі кутів.

Антенні решітки, що формують з одного випромінюючого розкрива трохи незалежних (ортогональних) променів і що мають відповідне число виходів, називаються багатопроменевими.

Структурна схема багатопроменевої антенної решітки зображена на рис.4,а антена складається з решітки випромінювачів і діаграмоутворювальної схеми, яка має певну кількість розв'язаних входів. Діаграмоутворювальну схему називають матрицею.

Нехай ДУС має m незамкнених входів і забезпечує приблизно рівно амплітудне живлення n випромінювачів антенної решітки.

Фазовий розподіл має бути лінійним і змінюватися при перемиканні передавача від одного входу до іншого.

Тоді кожному входу буде відповідати свій зсув фаз збудження суміжних випромінювачів і свій напрям максимального випромінювання(рис.4,б).

При скануванні певного простору антену виконують так,щоб головні пелюстки перетиналися на рівні не нижчому від значення половинної потужності.

Оскільки окремі входи антени незалежні і розв'язані один від одного, то це дає можливість використовувати антену і для одночасної роботи в різних напрямах декількох передавачів або приймачів.

По способу побудови ДУС багатопроменеві антенні решітки поділяються на антени з послідовним і паралельним живленням. Кільцева решітка представляє собою систему випромінювачів, розміщених по колу.

Для передачі телебачення широко використовують кільцеві решітки з синфазним чи змінно - фазовим живленням, формуючи ненаправлені характеристики випромінювача в горизонтальній прощині.

Характеристика направленості такої решітки:

F(ц) =

Де , , ( ц) - відповідно кут роз положення, фаза струму і множник характеристики направленості n - го випромінювача.

N - число випромінювачів.

R - радіус решітки.

Рис.5. Кільцева решітка.

Використана література:

1. Чернишов.В.П.„Распространение радиоволн и антенно - фидерные устройства”.1989р.

2. www.bankreferatov.ru