Skubu išsklaidyti galimą skepticizmą dėl „snarglių“ kūrimo apie novatorių vargus Rusijoje. Mes kalbame apie nuostabias ir pažangias technologijas.
Labai jautrios antenos, pagrįstos daugybe valdomų pasyvių sklaidytuvų
Šią technologiją galima pritaikyti įvairių tipų antenos labai plačiame dažnių diapazone nuo šimtų megahercų iki 10 GHz. Technologija yra visiškai nauja ir neturi analogų.
Kaip žinoma, fazinės matricos antenos (PAA) dar nebuvo plačiai naudojamos belaidės sistemos ryšiai, prieinami masinėje telekomunikacijų įrangos rinkoje (WiMax, LTE, 3G, WiFi tinkluose ir kt.). Buvo pavienių bandymų sukurti tokias komercines antenų sistemas, tačiau rezultatai nebuvo tinkami masiniam naudojimui.
To priežastis yra didelė tokių įrenginių kaina, susijusi su didele mikrobangų elementų (fazių keitiklių, bangolaidžių ir kt.), ant kurių yra pastatyta dauguma šiuolaikinių antenų sistemų su kontroliuojamais spinduliuotės modeliais, ir, dar svarbiau, programinė įranga, kuri yra labai nebanali užduotis šios technologijos rėmuose.
Tuo tarpu tokių antenų naudojimas lemtų kokybinį belaidžio ryšio galimybių šuolį.
Žvelgdamas į ateitį, pasakysiu, kad sprendimas jau yra, bet pirmiausia viskas.
Pateiksiu pagrindinius privalumus, schematiškai aprašysiu technologiją, galimų technologijos pritaikymų variantus ir trumpai apibendrinsiu.
Privalumai
Antenos, pagamintos naudojant šią technologiją, turi šiuos privalumus:
- Maža kaina - iki 500 USD bazines stotis ir iki 100 USD klientų stotims;
- Automatinis generavimas paskirstytas belaidžiai tinklai su daugybe mazgų;
- Trikdžių šaltinių įtakos ryšio kokybei sumažinimas;
- Sumažinti neigiamą signalų atspindžių iš aplinkinių objektų įtaką ryšio kokybei;
- Judančio signalo šaltinio krypties nustatymas;
- Mažas energijos suvartojimas;
- Didelis galutinių būsenų perjungimo greitis;
- Greita ryšio sąsaja su skaičiavimo įrenginiu;
- Didelis išėjimo signalo (įtampos) tikslumas;
- Perkonfigūravimo galimybė.
Technologijos aprašymas
Mūsų antenos gali būti pagamintos dviem versijomis: su sektorių skenavimu ir su apskritu skenavimu.
Antenos su apskritu skenavimu.
Koncepcinė labai jautrios 2,4 GHz antenos su dideliu stiprinimo ir sektoriaus nuskaitymo galimybėmis schema:
Antena susideda iš veidrodžio (a), sudaryto iš valdomų difuzorių trimačio matricos, ir siunčiančio bei priimančio elemento (tiektuvo) (b).
Kaip valdomus difuzorius siūloma naudoti centre apkrautus elektrinius vibratorius su talpine varža, kurios vertė gali skirtis. Apkrovos varžos kitimas leidžia reguliuoti vibratoriaus skleidžiamos bangos fazę. Kartu kinta ir išsklaidyto lauko amplitudė. Siūlomas dizainas (kuriame difuzoriai yra išdėstyti erdvėje, o ne plokštumoje) leidžia savavališkai keisti santykinę difuzorių padėtį, o tai išplečia galimybes optimizuoti jo struktūrą, norint gauti tam tikras charakteristikas.
Veikimo principas:
Gaminio veikimo principas yra toks – norint efektyviai priimti spinduliuotę, sklaidytuvų apkrovos vertės turi būti parinktos taip, kad sklaidytuvų sukurtų bangų fazės užtikrintų optimalų šių bangų papildymą. siųstuvo-imtuvo elementas (tiektuvas).
Aprašytai koncepcijai įgyvendinti buvo paskaičiuota difuzoriaus – elektrinio dipolio – konstrukcija bei viso iš difuzorių suformuoto veidrodžio architektūra. Be to, buvo nustatyta veidrodinio švitintuvo konstrukcija ir jo vieta difuzorių atžvilgiu.
Difuzoriaus dizainas:
Difuzorius yra vienpusis spausdintinė plokštė ir yra sudarytas iš dipolio svirties (a), impedanso transformatoriaus - ilgos linijos (b), varikapo (c), prijungto prie ilgos linijos, šunto droselių (d), skiriančių difuzoriaus RF dalį nuo valdymo linijų (e ), per kurią įtampa tiekiama varikapo poslinkiams. Į konstrukciją įvesta ilga linija (impedanso transformatorius), siekiant išplėsti apkrovos varžos pokyčių diapazoną dipolio įėjime.
Bandinio pavyzdžio matavimai parodė, kad antena turi šias charakteristikas:
- Darbo dažnių diapazonas 2,4 GHz;
- Darbinio dažnio juostos plotis iki 200 MHz;
- Antenos matricos stiprinimas yra didesnis nei 21 dBi, kai antenos matricos dydis yra 60 cm x 100 cm;
- Pagrindinės spinduliuotės skilties reguliavimas nuo -60° iki +60° azimutinėje plokštumoje ir nuo -15° iki +15° aukštyje;
- Užtikrinti priėmimo/perdavimo stabilumą pasikeitus aplinkai, taip pat palaikyti kelių vartotojų darbo režimus, kartu atitinkant greito galutinių būsenų perjungimo ir greitos sąsajos reikalavimus.
- Vidutinis duomenų perdavimo greitis WiFi įrenginiams (IEEE 802.11b) – 6,85 Mbps 6,5 km atstumu
- Vienalaikių jungčių skaičius – 135
Tačiau pagrindinė šios technologijos grandis yra programinė įranga, atsakinga už reikiamo spinduliavimo modelio generavimą. Pasirinkta valdymo sistema, kuri naudoja sklaidytuvų masyvo savaiminio organizavimo (saviderinimo) mechanizmus.
Apvalaus skenavimo versija
Žiedinės skenuojančios antenos, pagamintos naudojant UPR technologiją, yra sudarytos iš kelių pakopų kolinearinės antenos, apsuptos specialios konstrukcijos pasyviųjų difuzorių sluoksniu (apskaičiuota atsižvelgiant į arti esančio aktyvaus elemento ir valdymo linijų įtaką jų charakteristikoms).
Antrojo tipo antenoms buvo pasiektos šios charakteristikos:
- veikimo dažnių diapazonas – 2,4 GHz
- pralaidumas – 100/200 MHz
- stiprinimas - iki 8 dBi
- skenavimo kampo diapazonas - 360 laipsnių horizontalioje plokštumoje
Galimi technologijos komercializavimo variantai
- 3G / LTE modemo su valdoma antena sukūrimas;
- Kūrimas WiFi taškai prieiga su valdoma antena;
- Savaiminio derinimo antenų kūrimas greitai dislokuotoms ryšio sistemoms neparengtose teritorijose (įskaitant tas, kuriose yra daug mazgų);
- Tolimojo RFID sistemų kūrimas;
- Klientų terminalų palydovinio ryšio sistemoms kūrimas;
- Apsaugos radarų sistemų kūrimas;
- Krypties nustatymo sistemų, skirtų objektams, judantiems ribotoje teritorijoje, sukūrimas;
- Paskirstytų antenų sistemų kūrimas (DAS technologija).
Pokalbis
Verta paminėti, kad technologija buvo kruopščiai išvystyta, išbandyta realiomis sąlygomis ir parodė puikius rezultatus.Taip pat neabejotina, kad šios technologijos perspektyvos yra itin didelės, jei ne sakyti, kad tai ateitis.
Daugiau Išsamus aprašymas Galite peržiūrėti pristatymą.
Ačiū už dėmesį. Mielai turėsiu klausimų ar komentarų. Ir investiciniai pasiūlymai.
Skirta antenoms. Tęsdamas temą noriu papasakoti habrasocialijai apie fazinių matricų antenų (PAR) veikimo principus. Fazinės matricos plačiai naudojamos radarų sistemose, priešraketinėje gynyboje, erdvės komunikacijos; Taikymą civiliniuose objektuose (komercinėje) apsunkina gamybos sudėtingumas ir didelės sąnaudos. Galbūt kas nors susidomės šia tema ir sugalvos efektyviai panaudoti fazinius masyvus komerciniam naudojimui.
Kas čia?
PAR yra emiterių (fazių poslinkių, PV) grupė, kurioje signalų santykinės fazės kompleksiškai kinta pagal tam tikrą dėsnį taip, kad efektyvioji PAR spinduliuotė yra sustiprinama norima kryptimi, o visomis kitomis – slopinama. PAR yra matrica, kurioje matricos elementas yra PV, bet, žinoma, PV erdvėje gali turėti kitokias konfigūracijas. 1 paveiksle parodytas „Ginger“ sektoriaus vaizdo radaras, kuris yra priešlėktuvinės raketų sistemos S300B dalis. Galite matyti ir fazinį masyvą, ir švitinimo ragą.1 paveikslas.
Kaip vyksta fazavimas?
Yra paprasta formulė iš fizikos kurso: V = c/sqrt(mu*eps). Šioje formulėje V – elektromagnetinės bangos fazės greitis, c – šviesos greitis vakuume, mu – magnetinis pralaidumas, eps – dielektrinė konstanta. Iš šios formulės aišku, kad fazės greitis priklauso nuo mu ir epsilono, o keičiant šias reikšmes galime įvesti EM bangos vėlavimą per PV. Todėl PV gali būti feritiniai (galime pakeisti jų magnetinį laidumą) ir feroelektriniai (galime keisti jų dielektrinę konstantą). Fazių keitiklių maitinimas tiekiamas oro keliu (kaip 1 pav.) arba bangolaidžiais (pavyzdžiui, mažo dydžio priešlėktuvinių raketų sistemose, 2 pav.).2 pav. Tor oro gynybos sistema.
Fazinė masyvo diagrama pav. 4: antena yra emiterių linija, PV yra tarp galios skirstytuvo ir emiterių. Feritas PV yra cilindrinis analoginis feritas, ant kurio suvyniotos valdymo apvijos. Keičiant srovę valdymo apvijose (nustatyta PV valdymo bloko), kinta PV magnetinis pralaidumas ir atitinkamai EM bangos fazinis greitis. Taigi, nuosekliai keičiant valdymo signalo lygį apvijose, bangos fronto formavimosi procesą galima pavaizduoti taip, kaip parodyta 3, 4 paveiksluose (vienmatis atvejis). Galima nubrėžti analogiją su akmenukais, kuriuos paeiliui metame į vandenį. Kita fazinio masyvo veikimo analogija yra objektyvas. 5 paveiksle parodytas bangos fronto formos pokytis naudojant objektyvą.
3 pav. Bangos fronto susidarymas.
4 pav. Fazinio masyvo diagrama.
5 pav.
6 pav. Tipinis spinduliavimo modelis.
Elektrinis skenavimas užtikrina įvairių fazių poslinkių sukūrimą visoje diafragmoje ir reikšmingą šių poslinkių kitimo greitį su santykinai mažais galios nuostoliais. Fazių keitiklių veikimas valdomas dideliu greičiu elektronine sistema, kuris paprasčiausiais atvejais valdo elementų grupes (pavyzdžiui, eilutes ir stulpelius plokščiose fazinėse matricose su stačiakampiais emiteriais), o sudėtingiausiais atvejais – kiekvieną fazės keitiklį atskirai. Spindulį galima siūbuoti erdvėje arba pagal iš anksto nustatytą dėsnį, arba pagal programą, sugeneruotą viso radijo įrenginio veikimo metu, kuris apima fazinį masyvą.
Straipsnio brėžinius galima rasti nurodytoje literatūroje, išskyrus 3 pav. Išsamesniam įvadui į fazinius matricus ir jų valdymą galiu rekomenduoti Samoilenko ir Šišovo knygą „Fazinių matricų antenų valdymas“.
Literatūra:
1. O. G. Vendik, „Fazinė masyvo antena – radijo inžinerinės sistemos akys“, 1997 m.Elektroninis spindulio valdymas paverčia anteną aktyviu signalų apdorojimo įrenginiu. Dažniausia tokios antenos forma yra fazinė antena (PAA). Yra svarstomi įvairių būdų elektromagnetinių bangų valdymas fazinėse matricose, ypač valdymas naudojant puslaidininkinius diodus.
Įsivaizduokime labai kryptingą anteną, kuri užtikrina ryšį su dirbtiniu Žemės palydovu (AES). Tokia antena turi labai sufokusuotą spindulį, tiksliai nukreiptą į ryšio objektą. Tokios antenos pavyzdys yra antžeminė stoties „Orbita“ antena, kuri buvo naudojama pirmosiose sovietinėse televizijos perdavimo sistemose ir teikianti daugiakanalį. bendravimas telefonu per palydovą. Tokia antena yra apie dešimties metrų skersmens parabolinis atšvaitas. Norint sekti ryšio ar radijo stebėjimo objektą naudojant tokią anteną, reikia sukti visą šią gana sunkią mechaninę sistemą.
Akivaizdu, kad daugeliu atvejų reikalinga antena, kurioje spindulio kryptis nesusijusi su visos antenos, kaip mechaninės konstrukcijos, orientacija. Jums reikia antenos su nemechaniniu pluošto judėjimu arba, kitaip tariant, antenos su elektroniniu skenavimu. Nuskaitymas čia reiškia antenos pluošto judėjimą, kuris tiria erdvę tam tikru erdviniu kampu. Tokia antena reikalinga ne tik ryšių su palydovais sistemose, bet ir eismo valdymo sistemoje didelio oro uosto teritorijoje. Elektroniniu būdu nuskaitomos antenos atliko ir atlieka ypatingą vaidmenį priešraketinės gynybos (BMD) sistemose. Nuo 1990-ųjų pradžios elektroniniu būdu nuskaitomos antenos tapo automobilių kompanijų susidomėjimo sritimi. Šiuo atžvilgiu tokios antenos gali tapti masinės paklausos objektu, pavyzdžiui, spalvotu televizoriumi ar asmeniniu kompiuteriu. Dabartinis techninis antenos su elektroniniu skenavimu sprendimas pateikiamas gardelės pavidalu, kurios mazguose išsidėstę paprasčiausi elektromagnetinės bangos skleidėjai. Šių emiterių galios grandinės sutvarkytos taip, kad kiekvieno emiterio skleidžiama spinduliuotė būtų koherentiška su visų emiterių spinduliuote, o skleidžiamų bangų fazė kinta pagal duotą dėsnį. Pakeitus fazių pasiskirstymą ant emiterių, galima suformuoti antenos spindulį tam tikra kryptimi. Toks emiterių masyvas su kontroliuojamu elementariųjų emiterių skleidžiamų bangų fazių pasiskirstymu vadinamas fazine matricos antena (PAR). Taigi terminai nemechaninio pluošto judesio antena, elektroniniu būdu nuskaityta matricos antena arba fazinio matricos antena yra praktiškai sinonimai.
Idėja, kad koherentinių emiterių sistemos spindulį galima valdyti keičiant fazių pasiskirstymą ant emiterių, buvo išsakyta seniai. Viena pirmųjų nemechaninių spindulio valdymo antenų buvo pastatyta transatlantiniam radijo telefono ryšiui 1937 m. Ši antena, turinti gana didelį kryptingumą, leido pakeisti spindulių priėmimo kryptį vertikalioje plokštumoje ir taip parinkti spindulių, kurie mažiausiai susilpnėjo atsispindėdami nuo jonosferos, atvykimo kryptį. Kadangi dėl antenos kryptinių savybių buvo gautas tik vienas atspindėtas spindulys, signalo išblukimas smarkiai sumažėjo. Ši antena buvo rombinių antenų sistema, išdėstyta tiesi linija maždaug 1,5 km ilgio plote. Krypties modelis buvo valdomas keičiant fazių santykius tarp srovių atskiruose rombuose. Didelis greitis Rombinės antenos sistemos spindulio valdymas nebuvo reikalingas. Radaro kūrimas sukėlė antenos modelio valdymo problemą laiko intervalais, matuojamais pirmiausia milisekundėmis, o vėliau mikrosekundėmis ir net mikrosekundės dalimis.
Kiek galima spręsti iš žinomų publikacijų, pirmoji antena su elektroniniu skenavimu, skirta naudoti radare, buvo įdiegta Leningrado elektrotechnikos institute (LETI) 1955 metais grupėje, kuriai vadovavo prof. Taip. Jurova (1914-1955). Antenos veikimo principas buvo pagrįstas bangų fazių valdymu keliuose antenos spinduliuočiuose, naudojant fazių keitiklius, kuriuose yra ferito elementų. Kaip tik tais metais įvairaus dažnio elektronikoje pradėti plačiai naudoti feritai – geležies turintys metalų oksidai, kurie yra dielektrikai, tačiau turi geležies savybėms artimas magnetines savybes. JAV taip pat buvo vykdomi elektroninio skenavimo antenų radarų naudojimo darbai. Pirmoji publikacija apie fazių keitiklį ferito pagrindu, skirtą naudoti elektroniniu būdu nuskaitomoje antenoje, pasirodė 1954 m. pabaigoje, o apie pačią anteną – 1956–1957 m.
Elektroniniu būdu nuskaitytos antenos kūrimo problema susideda iš dviejų komponentų:
- 1) emiterių skaičiaus parinkimas ir jų išdėstymo konfigūracija;
- 2) fazių keitiklių, valdančių emiterių elektromagnetinės bangos fazę, sukūrimas.
antenos maketas, sukurtas 1954-1955 metais ir išbandytas 1955 metų birželį. Antena buvo keturių dielektrinių emiterių masyvas, į kurį buvo tiekiama mikrobangų banga per fazių keitiklius, kurie buvo stačiakampių bangolaidžių dalys, iš dalies užpildytos feritu. Ferito įdėklai yra kintamajame elektromagnetų lauke. Išorinis magnetinis laukas keičia ferito magnetinį pralaidumą. Pasikeitus terpės, kurioje sklinda banga, magnetinis pralaidumas keičia bangos fazės greitį, todėl atsiranda reikiamas fazės poslinkis.
Kaip veikia elektroniniu būdu nuskaityta antena? Būtina atskirti antenas su
- vienmatis
- dvimatis skenavimas
arba, kitaip tariant, antenos su pluošto judėjimu vienoje plokštumoje ir antenos su pluošto judėjimu dviejose plokštumose. Antenos su vienmačiu skenavimu reikalingos dirbant su objektais, esančiais toje pačioje plokštumoje. Pavyzdys – radaro antena, užtikrinanti eismo kontrolę jūrų uosto akvatorijoje, kur visi objektai, su kuriais užmezgamas arba stebimas ryšys, yra vandens paviršiuje. Situacija skiriasi teikiant ryšį su dirbtiniu Žemės palydovu arba valdant eismą didelio oro uosto teritorijoje. Tokiais atvejais kryptys į objektus, su kuriais bendraujama ar stebimi, gali būti skirtingais kampais tiek horizontalioje, tiek vertikalioje plokštumose, todėl antenos spindulys turi judėti dviem plokštumomis.
Su vienmačiu skenavimu. Antena yra eilė spindulių, kurie paveiksle schematiškai pavaizduoti kaip garsiniai spinduliai. Antenos įvestį vaizduoja vienas bangolaidis arba koaksialinis kabelis, kuris jungiasi prie imtuvo, siųstuvo ar kitos radijo sistemos. Galios daliklis yra tarp antenos įvesties ir emiterių, o fazės keitiklis yra įtrauktas į kiekvieno emiterio maitinimo grandinę. Fazių keitikliai valdomi iš vieno valdymo įrenginio (kompiuterio) ir formuoja reikiamą fazių paskirstymą ant emiterių. plokščias fazinis frontas, esantis kampu qk emiterių plokštumos atžvilgiu. Akivaizdu, kad pagrindinis antenos spindulys formuojamas išilgai normalės emiterių nurodytos bangos fazės fronto atžvilgiu, taigi ir pagrindinis antenos spindulys yra nukrypęs nuo antenos simetrijos ašies. kampu qk. Prisiminkime, kad iš elektromagnetinių bangų difrakcijos dėsnių išplaukia, kad antenos pluošto plotį lemia skleidžiamos bangos ilgio santykis. elektromagnetinės vibracijos antenos dydis: kur Dq yra pluošto plotis, l yra bangos ilgis, L yra antenos dydis. Gana gerai nukreiptos antenos pluošto plotis turėtų būti vieno kampinio laipsnio eilės: Dq = 1. Tegul Dqk = 90, tada N = 90, tai yra, emiterių linijos konstrukcija pasirodo gana sudėtinga. Panagrinėkime anteną emiterių masyvo pavidalu, kuris užtikrina elektroninį pluošto nuskaitymą dviejose plokštumose. Masyvas susideda iš lygiagrečių spindulių linijų, esančių toje pačioje plokštumoje, sistemos. Vienoje eilutėje esančių emiterių skaičius bus vadinamas skleidėjų skaičiumi horizontalioje plokštumoje Ng, o pats eilučių skaičius bus vadinamas emiterių skaičiumi vertikalioje plokštumoje Nv. Taigi bendras emiterių skaičius nagrinėjamame masyve
FAZIŲ POJUNGIMO FORMAVIMO PRIETAISAI Kaip parodyta aukščiau, kiekvieno fazinio matricos emiterio maitinimo grandinėje turi būti įtaisas, užtikrinantis reikiamą fazės poslinkį - fazės keitiklis. Fazinių masyvų fazių keitiklius galima suskirstyti į dvi dideles grupes:
- 1) analoginiai fazių poslinkiai, kurių fazės poslinkis yra nuolatinė valdymo veiksmo (įtampos arba srovės) funkcija;
- 2) skaitmeniniai (diskretieji) fazių poslinkiai, kurių fazės poslinkis nurodomas dvejetainiu kodu:
Analoginiai fazių keitikliai yra pagrįsti medžiaga, kurios magnetinė arba dielektrinė konstanta keičiasi veikiant išoriniam poveikiui. Tokia medžiaga gali būti feritas, kuris buvo trumpai aptartas aukščiau, arba feroelektrikas, kurio dielektrinė konstanta priklauso nuo įtampos elektrinis laukas Fazių nustatymo diskretiškumas puikiai dera prie valdymo kompiuterio komandų struktūros, nors dėl to atsiranda tam tikrų klaidų nurodant antenos pluošto koordinates, taip pat šiek tiek padidėja antenos šoninių skilčių lygis. radiacijos modelis. Tačiau esant daugybei fazuotų masyvo elementų, tokiu būdu atsirandančios klaidos yra suvidurkinamos ir pasiekia lygį, kurio galima nepaisyti.
Su kontroliuojamomis fazėmis arba fazių skirtumais (fazių poslinkiais) bangų, kurias skleidžia (arba priima) jos elementai (emiteriai). Fazių valdymas (fazavimas) leidžia: suformuoti (su labai skirtingomis emiterių vietomis) reikiamą fazinio masyvo kryptingumo šabloną (schemą) (pavyzdžiui, labai kryptingą raštą √ pluoštą); pakeisti stacionarios fazinės matricos pluošto kryptį ir kt. atlikti greitą, kai kuriais atvejais beveik be inercijos skenuojantį √ spindulio svyravimą (žr., pvz., Skenavimas radare); valdyti rašto formą tam tikrose ribose – keisti spindulio plotį, šoninių skilčių intensyvumą (lygius) ir kt. (tam tikslui fazinis masyvas kartais valdo ir atskirų emiterių bangų amplitudes). Šios ir kai kurios kitos fazinių matricų savybės, taip pat galimybė naudoti modernią automatiką ir kompiuterines priemones fazinėms matricoms valdyti, nulėmė jų perspektyvas ir platų panaudojimą radijo ryšiuose, radare, radijo navigacijoje, radijo astronomijoje ir kt. Fazinės matricos, kuriose yra daug valdomų elementų (kartais 104 ir daugiau), yra įvairių antžeminių (stacionarių ir mobiliųjų), laivų, aviacijos ir kosminių radijo įrenginių dalis. Vykdoma intensyvi plėtra, siekiant toliau plėtoti fazinių masyvų teoriją ir technologiją bei išplėsti jų taikymo sritį. PAR struktūra.Šiuolaikinių fazuotų masyvų formos, dydžiai ir dizainai yra labai įvairūs; jų įvairovę lemia ir naudojamų teršalų tipas, ir jų vietos pobūdis ( ryžių. 1). Fazinio masyvo nuskaitymo sektorius nustatomas pagal jo emiterių modelį. Fazinėse matricose su greitu plataus kampo spindulio svyravimu dažniausiai naudojami silpnos krypties spinduliuotieji: simetriški ir asimetriniai vibratoriai, dažnai su vienu ar keliais atšvaitais (pavyzdžiui, veidrodžio pavidalo, bendro visai fazuotai matricai); atviri radijo bangolaidžių, lizdų, ragų, spiralinių, dielektrinių strypų, rąstinių periodinių ir kitų antenų galai. Kartais didelės fazinės matricos yra sudarytos iš atskirų mažų fazuotų matricų (modulių); Pastarosios modelis yra orientuotas į viso fazinio masyvo pagrindinio pluošto kryptį. Kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, kai priimtinas lėtas spindulio nukreipimas, kaip emiteriai naudojamos labai kryptingos antenos su mechaniniu sukimu (pavyzdžiui, vadinamasis pilno sukimosi veidrodis); tokiose fazinėse matricose spindulys nukreipiamas dideliu kampu sukant visas antenas ir fazuojant jų skleidžiamas bangas; Šių antenų fazavimas taip pat leidžia greitai keisti fazinio matricos pluoštą jų modeliuose. Priklausomai nuo reikiamos rašto formos ir reikiamo erdvinio skenavimo sektoriaus faziniame masyve, naudojami skirtingi santykiniai elementų išdėstymai: išilgai linijos (tiesi arba lanko); ant paviršiaus (pavyzdžiui, plokščios √ vadinamosiose plokščiosiose fazinėse matricose; cilindrinės; sferinės) arba tam tikrame tūryje (tūrinės fazinės matricos). Kartais fazinio matricos √ angos spinduliuojančio paviršiaus formą (žr. Radijo bangų spinduliavimas ir priėmimas) lemia objekto, ant kurio sumontuota fazinė matrica, konfigūracija (pavyzdžiui, palydovo forma). PAR, kurių diafragmos forma panaši į objekto formą, kartais vadinamos konforminėmis. Plokštieji PAR yra plačiai paplitę; juose spindulys gali skenuoti nuo įprastos krypties į apertūrą (kaip ir fazėje antenoje) į kryptį išilgai diafragmos (kaip keliaujančios bangos antenoje). Plokščios fazinės matricos kryptingumo koeficientas (DA) sumažėja, kai spindulys nukrypsta nuo įprastos diafragmos link. Siekiant užtikrinti plataus kampo nuskaitymą (dideliais erdviniais kampais √ iki 4 (ster) be pastebimo kryptingumo sumažėjimo, fazinės matricos su neplokščia (pavyzdžiui, sferine) diafragma arba plokščių fazuotų matricų sistemos, orientuotos į įvairiomis kryptimis. Skenavimas šiose sistemose atliekamas sužadinant atitinkamai orientuotus emiterius ir jų fazavimą. Atsižvelgiant į emiterių pasiskirstymo angoje pobūdį, išskiriamos vienodo ir nevienodo atstumo fazinės matricos. Vienodo atstumo fazinėse matricose atstumai tarp gretimų elementų yra vienodi visoje apertūroje. Plokščiose vienodo atstumo fazinėse matricose emiteriai dažniausiai yra mazguose stačiakampė grotelė(stačiakampis išdėstymas) arba trikampio tinklelio mazguose (šešiakampis išdėstymas). Atstumai tarp emiterių vienodo atstumo fazinėse matricose dažniausiai parenkami gana maži (dažnai mažesni už darbinį bangos ilgį), todėl skenavimo sektoriuje galima suformuoti raštą su viena pagrindine skiltele (be šoninės difrakcijos maksimumų – tai. vadinami netikrais spinduliais) ir žemas šoninių skilčių lygis; tačiau norint suformuoti siaurą spindulį (t.y. faziniame masyve su didele diafragma), būtina naudoti daug elementų. Nevienodo atstumo fazinėse matricose elementai yra nevienodu atstumu vienas nuo kito (atstumas gali būti, pavyzdžiui, atsitiktinis dydis). Tokiose fazinėse matricose, net esant dideliems atstumams tarp gretimų emiterių, galima išvengti klaidingų spindulių susidarymo ir gauti modelį su viena pagrindine skiltimi. Tai leidžia, esant didelėms angoms, suformuoti labai siaurą spindulį su palyginti nedideliu elementų skaičiumi; tačiau tokios nevienodo atstumo fazuotos matricos su didele diafragma ir nedideliu emiterių skaičiumi turi aukštesnį šoninių skilčių lygį ir atitinkamai mažesnį efektyvumą nei fazinės matricos su dideliu elementų skaičiumi. Nevienodo atstumo fazinėse matricose, kurių atstumai tarp emiterių ir vienodos atskirų elementų skleidžiamos bangos galios, galima gauti (dėl netolygaus spinduliuotės tankio pasiskirstymo antenos angoje) modelį su žemesniu šoniniu lygiu. skilčių nei vienodo atstumo fazinėse matricose su ta pačia apertūra ir tuo pačiu elementų skaičiumi. Fazių poslinkių valdymas. Remiantis fazių poslinkių keitimo metodu, išskiriamos fazinės matricos su elektromechaniniu skenavimu, atliekamos, pavyzdžiui, keičiant jaudinančio radijo bangolaidžio geometrinę formą ( ryžių. 2, A); dažnio nuskaitymas, pagrįstas fazių poslinkių priklausomybės nuo dažnio naudojimu, pavyzdžiui, dėl tiektuvo ilgio tarp gretimų emiterių ( ryžių. 2, b) arba bangų sklaida radijo bangolaidyje; su elektriniu skenavimu, įgyvendintu naudojant fazių keitimo grandines arba fazių keitiklius, valdomus elektriniais signalais ( ryžių. 2, c) su sklandžiu (nuolatiniu) arba laipsnišku (diskrečiu) fazių poslinkių pasikeitimu. Didžiausią potencialą turi elektra skenuojančios fazinės matricos. Jie leidžia sukurti įvairius fazių poslinkius visoje diafragmoje ir didelį šių poslinkių kitimo greitį su santykinai mažais galios nuostoliais. Esant mikrobangų dažniams, šiuolaikinėse fazinėse matricose plačiai naudojami ferito ir puslaidininkiniai fazių keitikliai (kurių greitis yra mikrosekundės, o galios nuostoliai ~ 20%). Fazių keitiklių veikimas valdomas naudojant didelės spartos elektroninę sistemą, kuri paprasčiausiais atvejais valdo elementų grupes (pavyzdžiui, eilutes ir stulpelius plokščiose fazinėse matricose su stačiakampiais emiteriais), o sudėtingiausiais atvejais – kiekvieną fazę. pavarų perjungiklis atskirai. Spindulys erdvėje gali siūbuoti arba pagal iš anksto nustatytą dėsnį, arba pagal programą, sugeneruotą viso radijo įrenginio veikimo metu, apimantį fazinį masyvą. Fazinio masyvo konstrukcijos ypatybės. PAR spindulių sužadinimas ( ryžių. 3) gaminamas naudojant tiekimo linijas arba per laisvai sklindančias bangas (vadinamąsias kvazioptines fazines matricas), tiektuvo sužadinimo keliuose kartu su fazių keitikliais kartais yra sudėtingų elektrinių prietaisų (vadinamųjų pluošto formavimo grandinių), kurie sužadina visus emiterius. iš kelių įėjimų, leidžiančių vienu metu sukurti skenuojančius pluoštus, atitinkančius šiuos įėjimus erdvėje (kelių spindulių fazinėse matricose). Kvazioptinės fazinės matricos daugiausia yra dviejų tipų: pralaidos (lęšis), kuriose fazių poslinkiai ir pagrindiniai emiteriai yra sužadinami (pagalbinių emiterių pagalba) bangomis, sklindančiomis iš bendro maitinimo šaltinio, ir atspindinčios - pagrindinės ir pagalbiniai emiteriai yra sujungti, o fazių keitiklių išėjimuose sumontuoti atšvaitai. Kvazioptinėse daugiasluoksnėse fazinėse matricose yra keli švitintuvai, kurių kiekvienas turi savo spindulį erdvėje. Kartais fazinėse matricose modeliams formuoti naudojami fokusavimo įtaisai (veidrodžiai, lęšiai). Aukščiau aptartos fazinės matricos kartais vadinamos pasyviomis. Didžiausias valdymo charakteristikų valdymo galimybes turi aktyvios fazinės matricos, kuriose prie kiekvieno emiterio ar modulio yra prijungtas faze valdomas (kartais amplitudės valdomas) siųstuvas arba imtuvas ( ryžių. 4). Fazių valdymas aktyviosiose fazinėse matricose gali būti atliekamas tarpinio dažnio keliuose arba koherentinių siųstuvų, imtuvų vietinių generatorių ir kt. Taigi, aktyviose fazinėse matricose fazių poslinkiai gali veikti kituose bangų diapazonuose nei dažnių diapazonas antenos; Kai kuriais atvejais fazių perjungiklių nuostoliai neturi tiesioginės įtakos pagrindinio signalo lygiui. Perduodamos aktyvios fazinės matricos leidžia erdvėje pridėti atskirų siųstuvų sukurtų koherentinių elektromagnetinių bangų galias. Priimant aktyvias fazuotas matricas, bendras atskirų elementų gaunamų signalų apdorojimas leidžia gauti daugiau visa informacija apie radiacijos šaltinius. Dėl tiesioginės emiterių tarpusavio sąveikos pluoštui siūbuojant keičiasi fazinio masyvo charakteristikos (spindulių koordinavimas su jaudinančiais tiektuvais, kryptingumas ir kt.). Siekiant kovoti su kenksmingu emiterių tarpusavio įtakos fazinėse matricose, kartais naudojami specialūs metodai, skirti kompensuoti elementų tarpusavio ryšį. Fazinių masyvų kūrimo perspektyvos. Svarbiausios fazinės masyvo spinduliuotės teorijos ir technologijos tolesnio tobulinimo kryptys yra šios:
platus fazinių matricų su daugybe elementų įvedimas į radijo inžinerijos įrenginius, naujų tipų elementų kūrimas, ypač aktyviosioms fazinėms matricoms;
fazinių matricų su didelėmis apertūromis kūrimo metodų kūrimas, įskaitant nevienodo atstumo fazuotas matricas su labai kryptingomis antenomis, esančiomis visame Žemės pusrutulyje (pasaulinis radijo teleskopas),
tolesnis metodų ir techninių priemonių, skirtų susilpninti fazinio masyvo elementų tarpusavio ryšio žalingą poveikį, tobulinimas;
fazinių matricų sintezės teorijos ir mašininio projektavimo metodų kūrimas;
teorijos kūrimas ir naujų metodų, skirtų fazinio masyvo elementų gaunamos informacijos apdorojimui ir šios informacijos panaudojimui valdymui, kūrimas ir diegimas
Fazinės matricos, ypač skirtos automatiniam elementų fazavimui (savaime fazuojančios fazinės matricos) ir modelio formos keitimui, pavyzdžiui, šoninių skilčių lygio mažinimui trukdžių šaltinių kryptimis (adaptyviosios fazinės matricos);
atskirų pluoštų nepriklausomo judėjimo valdymo kelių pluoštų fazinėse matricose metodų kūrimas.
Lit.: Vendik O. G., Antenos su nemechaniniu spindulio judesiu, M., 1965; Mikrobangų skenavimo antenų sistemos, trans. iš anglų k., t. 1√3, M., 1966√71.
M. B. Zaksonas.
Vikipedija
Fazinė masyvo antena (PAR) - antenos matrica, kurios spinduliavimo kryptis ir atitinkamo spinduliavimo modelio forma reguliuojama keičiant srovių arba žadinimo laukų amplitudės-fazinį pasiskirstymą ant spinduliuojančių elementų.
Spinduliuojantis elementas - komponentas antenų matrica, antena arba antenų grupė su nurodytu santykiniu sužadinimu. Antenos matricoje reikalingas spinduliuotės modelis susidaro dėl specialiai organizuotų elektromagnetinių bangų, skleidžiamų į erdvę jos spinduliuojančių elementų, trukdžių. Norėdami tai padaryti, pateikite būtiną amplitudės-fazių pasiskirstymas- kiekvieno spinduliuojančio antenos matricos elemento būtinos santykinės amplitudės ir kintamųjų srovių arba žadinimo laukų pradinės fazės. Skirtumas fazinis antenos matrica yra ta, kad amplitudės fazių pasiskirstymas nėra fiksuotas, jį galima reguliuoti antenos matrica tam tikrame erdvės sektoriuje ( elektra nuskaitomų spindulių antenų masyvas kaip alternatyva mechaninei skenuojančiai antenai, tai yra alternatyva mechaniškai besisukančiai antenai) arba pakeisti spinduliavimo modelio formą.
Šios ir kai kurios kitos fazinių masyvų savybės, taip pat galimybė naudoti šiuolaikinę automatiką ir Kompiuterinė technologija lėmė jų perspektyvas ir platų panaudojimą radijo ryšiuose, radare, radijo navigacijoje, radijo astronomijoje ir kt. Fazinės matricos, kuriose yra daug valdomų elementų, yra įvairių antžeminių, laivų, aviacijos ir kosminių radijo sistemų dalis. Vykdoma intensyvi plėtra, siekiant toliau plėtoti fazinių masyvų teoriją ir technologiją bei išplėsti jų taikymo sritį.
Aktyvi fazinė masyvo antena (AFAR) - fazinė antenos matrica, kurioje spinduliavimo kryptis ir (ar) spinduliuotės modelio forma reguliuojama keičiant srovių arba žadinimo laukų amplitudės-fazinį pasiskirstymą ant aktyvių spinduliuojančių elementų.
Aktyvioji fazinė matricinė antena yra struktūriškai sudaryta iš modulių, jungiančių spinduliuojantį elementą (arba spinduliuojančių elementų grupę) ir aktyvius įrenginius (stiprintuvus, generatorius arba keitiklius). Paprasčiausiu atveju šie įrenginiai gali sustiprinti skleidžiamo elemento perduodamą ar priimamą signalą, taip pat konvertuoti signalo dažnį, generuoti (formuoti) signalą, konvertuoti signalą iš analoginės į skaitmeninę formą ir (ar) iš skaitmeninio į analoginį. . Kad veiktų bendrai koordinuotai, visi APAA moduliai turi būti sujungti žadintuvo signalo paskirstymo grandine (priėmimo režimu, signalo surinkimo į priėmimo įrenginį grandine), arba modulių veikimas turi būti sinchronizuotas iš vieno šaltinio. .
Skirtingai nuo AFAR, pasyviajame faziniame masyve nėra aktyvūs įrenginiai. Pavyzdžiui, siunčiančioje sistemoje su pasyviu faziniu matricu radijo signalas generuojamas ir sustiprinamas iki reikiamos galios viename radijo siųstuve visai sistemai, po to jis paskirstomas (ir radijo signalo galia paskirstoma) spinduliuojančius elementus. Priešingai, siunčiantis APAA neturi vieno galingo išėjimo stiprintuvo: mažiau galingi stiprintuvai esančius kiekviename jo modulyje.
Palyginimas su pasyviuoju masyvu[taisyti | redaguoti wiki tekstą]
Tipiškame pasyviame masyve vienas kelių kilovatų galios siųstuvas maitina kelis šimtus elementų, kurių kiekvienas skleidžia tik dešimtis vatų galios. Tačiau modernus mikrobangų tranzistorinis stiprintuvas taip pat gali pagaminti dešimtis vatų, o aktyviame fazinio matricos radare keli šimtai modulių, kurių kiekvienas turi dešimčių vatų galios, iš viso sukuria kelių kilovatų galingą radaro pagrindinį pluoštą.
Nors rezultatas yra identiškas, aktyvios matricos yra daug patikimesnės, nes nors vieno masyvo siųstuvo-imtuvo elemento gedimas iškraipo antenos spinduliavimo modelį, o tai šiek tiek pablogina lokatoriaus charakteristikas, tačiau apskritai ji išlieka veikianti. Katastrofiškas siųstuvo lempos gedimas, kuris yra įprastinių radarų problema, tiesiog negali įvykti. Papildomas pranašumas yra svorio sutaupymas be didelės didelės galios lempos, susijusios su aušinimo sistema ir didelis blokas aukštos įtampos tiekimas.
Kita funkcija, kurią galima naudoti tik aktyviuose masyvuose, yra galimybė valdyti atskirų siuntimo / priėmimo modulių stiprinimą. Jei tai įmanoma, kampų, per kuriuos galima nukreipti spindulį, diapazonas labai padidėja, todėl daugelis masyvo geometrijos apribojimų, kuriuos turi įprastos fazinės matricos, gali būti apeinami. Tokios grotelės vadinamos super didinimo grotelėmis. Iš paskelbtos literatūros neaišku, ar kuri nors esama ar planuojama antenų matrica naudoja šį metodą.
Trūkumai[taisyti | redaguoti wiki tekstą]
AESA technologija turi dvi pagrindines problemas:
Galios išsklaidymas[redaguoti | redaguoti wiki tekstą]
Pirmoji problema yra galios išsklaidymas. Dėl mikrobangų tranzistorių stiprintuvų trūkumų (monolitinė mikrobangų krosnelė integrinis grandynas, MMIC (anglų k.) rusų k.), modulio siųstuvo efektyvumas paprastai yra mažesnis nei 45%. Dėl to APAR generuoja didelį kiekį šilumos, kurią būtina išsklaidyti, kad siųstuvo lustai neištirptų – GaAs MMIC lustų patikimumas gerėja esant žemai temperatūrai. Darbinė temperatūra. Tradicinis aušinimas oru, naudojamas įprastuose kompiuteriuose ir aviacijos elektronikoje, prastai tinka esant dideliam AESA elementų pakavimo tankiui, dėl to šiuolaikiniai AESA elementai aušinami skysčiu (Amerikos projektuose naudojamas polialfaolefino (PAO) aušinimo skystis, panašus į sintetinį hidraulinį skystį) . Įprastoje aušinimo skysčiu sistemoje naudojami siurbliai, kurie įveda aušinimo skystį per antenos kanalus, o tada nuneša jį į šilumokaitį – tai gali būti oro aušintuvas (radiatorius) arba degalų bake esantis šilumokaitis – su antruoju skysčiu, aušinančiu šilumą. keitimo kilpa, kad sumažintų kuro bako kaitinimą.
Palyginti su įprastu oru aušinamu naikintuvo radaru, AESA radaras yra patikimesnis, tačiau sunaudoja daugiau energijos ir reikalauja daugiau aušinimo. Tačiau AESA gali suteikti daug didesnę perdavimo galią, kuri reikalinga didesniam taikinio aptikimo diapazonui (tačiau didinant perdavimo galią, padidėja pėdsakas, per kurį priešo radijo žvalgyba arba RWR gali aptikti radarą).
Kaina
Kita problema – masinės modulių gamybos kaina. Naikintuvo radarui, kuriam paprastai reikia 1000–1800 modulių, AESA kaina tampa pernelyg didelė, jei kiekvienas modulis kainuoja daugiau nei šimtą dolerių. Ankstyvieji moduliai kainavo apie 2000 USD, o tai neleido masinis naudojimas AFAR. Tačiau tokių modulių ir MMIC lustų kaina nuolat mažėja, nes nuolat mažėja jų kūrimo ir gamybos sąnaudos.
Nepaisant trūkumų, aktyvios fazinės matricos yra pranašesnės už įprastas radaro antenas, todėl užtikrina geresnes sekimo galimybes ir patikimumą, nors ir šiek tiek sudėtingesnės ir galbūt brangesnės.
