Многолучевые антенные решетки

Принцип действия многолучевой антенны можно пояснить с помощью рис. 20.8. На нем изображена АР, состоящая из N излучателей. Сигнал от генератора подается на любой из М входов и распределяется между излучателями с помощью пассивного многополюсника. Он представляет собой схему, обеспечивающую линейное изменение фазы вдоль АР, причем величина сдвига фаз y между соседними излучателями, а следовательно, и ориентация главного лепестка определяются номером входа, на который поступает сигнал.

Таким образом, диаграмма направленности антенны зависит от типа схемы, получившей поэтому наименование диаграммоообразующей или матричной схемы. Предложено много разновидностей таких схем [38]. Рассмотрим две из них.

На рис. 20.9, а изображена антенна последовательного питания в которой линии передачи, подсоединенные ко входам антенны, и линии передачи, присоединенные к излучателям, связаны в местах пересечения с помощью направленных ответвителей. Направления ответвления энергии показаны стрелками.

К каждому излучателю по сравнению с предыдущим излучателем сигнал проходит дополнительный путь, равный

                                                                                                                   (20.12)

где b — угол между линией передачи и осью антенной решетки (рис.20.9).

Тогда согласно формуле (20.10) ориентация главного лепестка может быть определена с помощью выражения

                              (20.13)

Следовательно, каждому значению b (каждому входу антенны) соответствует свой главный лепесток (рис. 20.9, б). Переключая (механически или электрически) входы антенны, можно осуществить скачкообразное сканирование луча. При подаче питания одновременно на несколько входов можно сформировать веер лучей.

На рис. 20.10, а изображен вариант антенны параллельного питания. Диаграммообразующая схема содержит отрезки волновода, длина которых от входа к выходу одинакова, два постоянных фазовращателя и четыре делителя мощности, у каждого из которых на двух выходах сигналы одинаковы по величине, но сдвинуты по фазе на p/2.

В качестве таких делителей мощности могут быть использованы щелевые мосты. Можно считать, что при прохождении сигнала через делитель в прямом направлении фаза не меняется, а в диагональном направлении она отстает на p/2.

При подаче сигнала на любой вход антенны распределение фаз на АР является линейным, но сдвиг фаз y между соседними излучателями зависит от номера входа. Например, при подаче сигнала на вход 1 распределение фаз на АР соответствует рис. 20.10, а, т. е. сдвиг фаз j=p/4. Если d=l/2, то лепесток (нулевого порядка) согласно формулам (20.1) и (13.9) отклонен от нормали к антенне на угол J_гл=arcsin 0,25 (рис. 20.10, б). При подаче сигнала на вход 4, симметричный входу 7, луч отклонится на угол J_гл=-arcsin 0,25.

Нетрудно показать, что при подаче сигнала на входы 2 или 3 сдвиг фаз между соседними излучателями составляет соответственно ±3p/4, а лепесток отклонен от нормали на угол J_гл=±arcsin 0,75.

При возрастании числа излучателей резко растет необходимое число делителей и фазовращателей, что является недостатком многолучевых антенн такого типа.