เสาอากาศอาเรย์แบบแบ่งเฟสที่ใช้งานอยู่ เสาอากาศแบบ Phased Array หลักการของเสาอากาศแบบ Phased Array

อาเรย์คืออาเรย์เสาอากาศซึ่งมีเฟสควบคุมหรือการเปลี่ยนเฟสอยู่ เฟสรับคลื่นจากองค์ประกอบขัดแตะหรือปล่อยคลื่นด้วยตัวปล่อยของมันเอง ด้วยการควบคุมเฟสที่ดี รูปแบบทิศทางที่เหมาะสมของเสาอากาศอาเรย์แบบแบ่งเฟสจะถูกสร้างขึ้น และทิศทางของลำแสงของอาเรย์คงที่จะเปลี่ยนไป และลำแสงจะถูกเหวี่ยงอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ เนื่องจากการควบคุมเฟส ความเข้มของกลีบด้านข้าง ความกว้างของลำแสง และรูปร่างอื่นๆ ของรูปแบบการแผ่รังสีจึงเปลี่ยนไป ด้วยคุณสมบัติดังกล่าวเมื่อรวมกับอุปกรณ์อัตโนมัติที่ทันสมัย ​​เสาอากาศแบบแบ่งเฟสจึงมีแนวโน้มที่ดีทีเดียว ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการนำทางด้วยวิทยุ การสื่อสารทางวิทยุ ดาราศาสตร์วิทยุ และเรดาร์ อาร์เรย์เสาอากาศที่มีจำนวนมาก องค์ประกอบที่ได้รับการจัดการประกอบด้วยอุปกรณ์เครื่องเขียนและเคลื่อนที่ อุปกรณ์วิทยุภาคพื้นดินและทางอากาศ เรือ อวกาศและการบิน ทฤษฎีและเทคโนโลยีของเสาอากาศแบบ Phased Array ยังคงน่าสนใจในปัจจุบัน การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ซึ่งไม่ได้สูญเสียความเกี่ยวข้องไป

เสาอากาศอาเรย์แบบแบ่งเฟสประกอบด้วยองค์ประกอบการแผ่รังสีซึ่งอยู่ห่างจากกันในระนาบเดียวกัน สัญญาณไมโครเวฟที่ตรงกันในเฟสและมีแอมพลิจูดเท่ากันจะเชื่อมต่อกับองค์ประกอบต่างๆ สัญญาณไมโครเวฟถูกสร้างขึ้นโดยออสซิลเลเตอร์หลัก และถูกขยายโดยโคมไฟคลื่นเคลื่อนที่และทรานซิสเตอร์
รูปร่างและขนาดของอาร์เรย์เสาอากาศขึ้นอยู่กับประเภทของตัวส่งสัญญาณที่ใช้และตำแหน่ง เซกเตอร์การแกว่งของลำแสงอาเรย์ เช่น การสแกน จะถูกกำหนดโดยรูปแบบการแผ่รังสีของตัวปล่อย ในอาร์เรย์เสาอากาศที่มีการสแกนมุมกว้าง เครื่องสั่นแบบสมมาตรและไม่สมมาตรพร้อมตัวสะท้อนแสงหลายตัว แตร ระยะล็อก สล็อต เสาอากาศแบบขดลวดและตัวปล่อยทิศทางที่อ่อนแออื่น ๆ ตามกฎแล้วอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่มีขนาดใหญ่จะประกอบด้วยอาร์เรย์ขนาดเล็กหลายตัว รูปแบบการแผ่รังสีของโมดูล เช่น Phased Array ขนาดเล็ก สอดคล้องกับทิศทางลำแสงของเสาอากาศ Phased Array ขนาดใหญ่ทั้งหมด เสาอากาศที่มีทิศทางสูงพร้อมการหมุนเชิงกลจะทำหน้าที่เป็นตัวแผ่รังสีหากการโก่งตัวของลำแสงช้าเป็นที่ยอมรับได้ หากจำเป็นต้องหันเหอาเรย์แบบแบ่งเฟสทั้งหมดในมุมที่กว้าง เสาอากาศทั้งหมดจะถูกหมุน

ในช่วงปี 1960-1970 เริ่มมีการใช้สถานีเรดาร์แรกที่ใช้เสาอากาศอาเรย์แบบแบ่งเฟส เริ่มแรกตะแกรงถูกใช้เพื่อจุดประสงค์ทางทหาร

เสาอากาศอาเรย์แบบแบ่งเฟสเป็นรูปแบบที่ได้รับการปรับปรุงของอาเรย์แบบแบน ในตะแกรงดังกล่าว เนื่องจากความคงตัวของเฟสไมโครเวฟ ลำแสงจึงคงที่ทั้งรูปร่างและทิศทาง เมื่อเฟสเปลี่ยน รูปร่างและทิศทางของลำแสงก็เปลี่ยนไปเช่นกัน หากเฟสมีการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ การเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นภายในไม่กี่วินาที สิ่งนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นภายใต้การควบคุมของชิฟเตอร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนเฟสของไมโครเวฟ คอมพิวเตอร์ควบคุมไมโครเวฟที่ผ่านชิฟเตอร์ ด้วยการใช้คอมพิวเตอร์ แฟลตอาเรย์ทั้งหมดจะกลายเป็นเสาอากาศซึ่งสามารถตั้งโปรแกรมรูปร่างและทิศทางของลำแสงได้

Phased Array ที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ถูกนำมาใช้ในเรดาร์คงที่ขนาดใหญ่และเรดาร์ป้องกันทางอากาศขนาดเล็ก

การใช้เสาอากาศแบบ Phased Array อย่างแพร่หลายในการทหาร อุตสาหกรรม และสาขาอื่นๆ อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเสาอากาศแบบ Phased Array ทำหน้าที่ของเสาอากาศหลายเสาในคราวเดียว คานแบบแบ่งระยะแบบแคบใช้สำหรับการติดตาม คานแบบกว้างสำหรับการค้นหา คานรูปพัดแบนกำหนดระดับความสูง และใช้คานทิศทางแคบสำหรับการบินข้ามภูมิประเทศ ลักษณะเชิงบวกอื่น ๆ ของอาเรย์แบบแบ่งเฟสคือการอนุญาตให้วางตำแหน่งเป็นศูนย์ได้เช่นความสามารถในการบล็อกคลื่นรบกวนไม่ให้เข้าสู่เครื่องรับวิทยุรวมถึงทิศทางอัตโนมัติของเสาอากาศในทิศทางของเป้าหมาย

ค่าใช้จ่ายของเสาอากาศอาเรย์แบบแบ่งเฟสขึ้นอยู่กับจำนวนขององค์ประกอบการแผ่รังสี ยิ่งมีน้อย ต้นทุนก็จะลดลงเร็วขึ้น ตามกฎแล้วในเทคโนโลยีเรดาร์จะใช้อาร์เรย์เสาอากาศที่มีองค์ประกอบการแผ่รังสีจำนวนมาก อาร์เรย์ขนาดเล็กมีลำแสงที่กว้างและโฟกัสได้ไม่ดี พื้นที่ขนาดเล็กของอาเรย์แบบแบ่งเฟสจะช่วยลดความไวต่อสัญญาณที่สะท้อน ลำแสงกว้างจะช่วยลดความละเอียดของพิกัดเชิงมุม หากไม่จำเป็นต้องสังเกตน่านฟ้าขนาดใหญ่ ข้อเสียของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสขนาดเล็กจะได้รับการชดเชยโดยการติดไว้กับตัวสะท้อนแสงขนาดใหญ่
เสาอากาศแบบ Phased Array มีข้อจำกัด ช่วงของมุมโก่งลำแสงมีจำกัด ขีดจำกัดจะอยู่ที่ 45-60° จากระนาบเสาอากาศแนวตั้ง ถ้าลำแสงถูกเบนไปในมุมที่เล็กลง ประสิทธิภาพของอาเรย์จะลดลงอย่างมาก

คำแนะนำที่สำคัญในการพัฒนาเสาอากาศอาเรย์แบบแบ่งเฟสนั้นถือเป็นการแนะนำอาเรย์แบบแบ่งเฟสที่มีองค์ประกอบจำนวนมากในอุปกรณ์วิทยุการพัฒนาองค์ประกอบรุ่นใหม่โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอาเรย์แบบแบ่งเฟสที่ใช้งานอยู่ อาร์เรย์ที่ใช้งานอยู่จะแบ่งออกเป็นการส่ง การรับโดยมีเฟสในวงจรเฮเทอโรไดน์ และการรับโดยมีเฟสในเส้นทางที่มีความถี่กลาง ระบบโครงสร้างของอาเรย์ดังกล่าวคือระบบที่ประกอบด้วยเครื่องขยายกำลัง, ตัวส่ง, ตัวกระตุ้น, ออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่, ตัวเปลี่ยนเฟส, ตัวบวก, มิกเซอร์ และตัวขยายความถี่กลาง

ทิศทางที่สำคัญอีกประการหนึ่งในการพัฒนา Phased Array คือการพัฒนาวิธีการสร้าง Phased Antenna Array ที่มีปีกขนาดใหญ่ มีระยะห่างเท่ากันและไม่เท่ากันด้วยเสาอากาศที่อยู่ภายในซีกโลก ตลอดจนการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการและ วิธีการทางเทคนิคซึ่งทำให้ผลกระทบที่เป็นอันตรายของการเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบของเสาอากาศอาเรย์แบบแบ่งเฟสลดลง

เมื่อเร็ว ๆ นี้ เสาอากาศแบบ Phased Array แพร่หลายในหลายประเทศทั่วโลก สถานีเรดาร์ในสวีเดน อิตาลี อิสราเอล บริเตนใหญ่ และประเทศอื่นๆ ได้รับการติดตั้งแผงเสาอากาศ

• กำลังติดตาม: แผนภาพเฟส

Phased Array Antenna (PAR) คือระบบของตัวส่งสัญญาณอย่างง่ายซึ่งมีสัมพัทธ์ซึ่งกันและกันในลักษณะใดลักษณะหนึ่งและป้อนตามกฎบางอย่าง

ข้อได้เปรียบหลักของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสเหนือเสาอากาศประเภทอื่นคือการสแกนแบบอิเล็กทรอนิกส์ของรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ (RP) ตามอัลกอริธึมที่กำหนดซึ่งช่วยให้คุณเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วและมีความแม่นยำสูงไม่เพียง แต่ตำแหน่งของรูปแบบในอวกาศเท่านั้น แต่ยัง รูปร่างของมันด้วย

การสแกนทางอิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูงได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ข้อกำหนดทางเทคนิคระบบเรดาร์ขยายออกไป ฟังก์ชั่นและให้คุณสร้างเรดาร์อเนกประสงค์ได้

อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสของคอมเพล็กซ์วิทยุสมัยใหม่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการก่อตัวของรูปแบบทิศทางพิเศษ (รูปเข็ม) โดยมีค่าสัมประสิทธิ์ทิศทาง (DA) อยู่ที่ 10 4 – 10 5 (ทิศทางของเสาอากาศแบบกำหนดทิศทางทั่วไปไม่เกิน 100 – 150) ;

ประสิทธิภาพของอาเรย์เสาอากาศแบบแบ่งเฟสขึ้นอยู่กับจำนวนองค์ประกอบที่ใช้งานอยู่ ตำแหน่ง ระยะห่างระหว่างองค์ประกอบเหล่านั้น ทิศทางของการแผ่รังสีขององค์ประกอบเดี่ยว รวมถึงการกระจายของแอมพลิจูดและเฟสของกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าตามแนวอาเรย์

ประสิทธิภาพตาข่ายสูงทำได้โดยการเพิ่มจำนวนการสลับของเฟสตรงข้ามและลดระยะห่างระหว่างส่วนของแอนติเฟส ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องใช้การกระจายกระแสที่กำหนดบนระนาบอาเรย์แบบแบ่งเฟสด้วยความแม่นยำสูงมาก ซึ่งทำได้โดยใช้ระบบพลังงานเสาอากาศที่ซับซ้อน

ในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส การก่อตัวและการเคลื่อนที่ของลำแสงในอวกาศจะดำเนินการโดยการแนะนำการเปลี่ยนเฟสคงที่หรือแบบแปรผันระหว่างสัญญาณที่ส่งหรือรับโดยตัวปล่อย

เพื่อให้ได้รูปแบบที่แคบ จำเป็นต้องแปลงด้านหน้าของคลื่นทรงกลมให้เป็นแบบแบน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ความสัมพันธ์เฟสของคลื่นจะเปลี่ยนไป ซึ่งแพร่กระจายไปในทิศทางที่แตกต่างจากตัวป้อน ในเสาอากาศกระจก ทำได้โดยการเปลี่ยนความยาวของเส้นทางที่เคลื่อนที่ผ่านคลื่น ในเลนส์และเสาอากาศไดอิเล็กทริก โดยการเปลี่ยนความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น เป็นผลให้ทั้งสองวิธีนำไปสู่การบุกรุกของเฟสคลื่นที่เป็นบวกหรือลบ

ปรากฎว่าเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนความสัมพันธ์เฟสของคลื่นที่แพร่กระจายไปในทิศทางที่แตกต่างจากฟีดโดยการติดตั้งองค์ประกอบการเปลี่ยนเฟส (ตัวเปลี่ยนเฟส) ในสายป้อนของตัวปล่อยซึ่งแต่ละอันจะแนะนำการเปลี่ยนเฟสที่ต้องการอันเป็นผลมาจาก ซึ่งหน้าคลื่นในช่องเสาอากาศอยู่ในเฟส ในกรณีนี้เสาอากาศจะสร้างลำแสงแคบ

หากความสัมพันธ์เฟสของคลื่นเปลี่ยนแปลงไปตามกฎบางประการ สามารถรับกฎที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่ของลำแสงในอวกาศได้

ลองพิจารณาหลักการของการสร้างรูปแบบการแผ่รังสีอาเรย์แบบแบ่งเฟส (รูปที่ 5.20)

รูปที่ 1. หลักการสร้างรูปแบบการแผ่รังสีอาเรย์แบบแบ่งเฟส

สมมติว่ามีตัวส่งสัญญาณ k ตัวอยู่ในระนาบเดียวกัน วงจรกำลังของแต่ละตัวมีตัวเปลี่ยนเฟสที่อนุญาตให้มีการเปลี่ยนเฟส Pi และ 2 เป็นต้น ให้ตัวส่งสัญญาณทั้งหมดตื่นเต้นกับตัวป้อนแบบแตรหลัก คลื่นทรงกลมจากเครื่องฉายรังสีจะกระตุ้นสนามในตัวปล่อย เมื่อ Р1=Р2=РЗ= - .=p ตัวปล่อยจะสร้างทรงกลม

ส่งผลให้เสาอากาศมีรูปแบบการแผ่รังสีที่กว้าง ในการแปลงคลื่นจากทรงกลมเป็นแบน จำเป็นต้องแนะนำการหน่วงเฟสของคลื่นที่ปล่อยออกมาจากตัวปล่อย 2, 3, ... (k-1) ขนาดของการหน่วงเฟสควรเป็นสัดส่วนกับค่าของ A1 A1 .. . และตามนั้น. ด้วยการรวมตัวเปลี่ยนเฟสในวงจรการแพร่กระจายคลื่นของตัวส่ง 2 ซึ่งทำให้เกิดการหน่วงเฟส P2 = (2x/X)A1 เข้าไปในวงจรการแพร่กระจายคลื่นของตัวส่งสัญญาณ 3 ซึ่งเป็นตัวเปลี่ยนเฟสที่ทำให้เกิดการหน่วงเวลา o (2l/? ​​ฯลฯ .) เราจะได้คลื่นหน้าแบนในรูรับแสงของเสาอากาศ ค่าสูงสุดที่ลำแสงจะพุ่งไปตามแกนไฟฟ้าของเสาอากาศ ซึ่งตั้งฉากกับระนาบรูรับแสง

หากค่าการเปลี่ยนเฟสของคลื่นตัวปล่อยมีการเปลี่ยนแปลงตามกฎหมายบางประการ คุณสามารถเปลี่ยนความกว้างของรูปแบบการแผ่รังสีหรือแกว่งลำแสงเสาอากาศในอวกาศได้ งานในการควบคุมความสัมพันธ์เฟสของคลื่นได้รับการแก้ไขโดยคอมพิวเตอร์ตามโปรแกรมที่กำหนดหรือตรรกะที่กำหนดไว้

ระบบที่ทันสมัย Phased Array ที่ให้การสแกนทางอิเล็กทรอนิกส์มีการออกแบบที่ซับซ้อน รวมถึงอุปกรณ์ควบคุมเฟสสัญญาณ ตัวเปลี่ยนเฟสไมโครเวฟ และคอมพิวเตอร์ดิจิทัลความเร็วสูง

ลองพิจารณาหลักการของการควบคุมทิศทางของการแผ่รังสีสูงสุดของรูปแบบการแผ่รังสีอาเรย์แบบแบ่งเฟสโดยใช้ตัวอย่างของอาเรย์แบบแบ่งระยะการส่งสัญญาณที่มีระยะเท่ากันเชิงเส้นซึ่งประกอบด้วยตัวปล่อยพื้นฐานสามตัวที่อินพุตของแต่ละตัวที่เชื่อมต่อตัวเปลี่ยนเฟสตามลำดับ PV PV ตัวเปลี่ยนเฟส PV (รูปที่ 5.21)

รูปที่ 2. หลักการควบคุมทิศทางของการแผ่รังสีสูงสุดของอาเรย์แบบแบ่งเฟส

ให้เราสมมติว่าตัวเปลี่ยนเฟสนั้นขับเคลื่อนแบบขนานและเป็นเฟสด้วยแรงดันไซน์ซอยด์ ถ้าการเปลี่ยนเฟสที่แนะนำโดยตัวเปลี่ยนเฟสแต่ละตัวเป็นศูนย์ (จากนั้นตัวปล่อยแต่ละตัวจะแผ่แรงดันไฟฟ้าในเฟส (ในเฟส) ในกรณีนี้ หน้าคลื่น (พื้นผิวที่จุดทั้งหมดมีเฟสเดียวกัน) จะผ่านจุด A A A และ ทิศทางของการแผ่รังสี อาเรย์แบบแบ่งเฟสตามทฤษฎีบท Umov-Poynting จะตั้งฉากกับหน้าคลื่นและจะอยู่ในตำแหน่ง 1= ซึ่งตรงกับเส้นปกติของอาเรย์แบบแบ่งเฟส (e=o)

เรามาแนะนำการเปลี่ยนเฟสเป็นตัวเปลี่ยนเฟสที่ 2 และ 3 กันดีกว่า เพื่อความชัดเจน ลองใช้ P2= และ з= 1800 แล้วแรงดันไฟฟ้าที่

ในระหว่างเส้นทางของตัวปล่อย พวกเขาจะได้รับการเปลี่ยนเฟส 90 และ 180° ตามลำดับด้วยความเคารพต่อ PV ด้วยเหตุนี้ ตำแหน่งของหน้าคลื่นที่เอาท์พุตของอาเรย์แบบแบ่งเฟสจะเปลี่ยนไป ซึ่งจะใช้เวลา ตำแหน่งที่ 4, A A และการแผ่รังสีสูงสุดจะมุ่งไปตามเส้น II และเบี่ยงเบนไปจากตำแหน่งเดิมด้วยมุม e

ดังนั้นโดยการเปลี่ยนการเปลี่ยนเฟสในตัวเปลี่ยนเฟสของอาเรย์แบบแบ่งเฟสจึงเป็นไปได้ที่จะควบคุมทิศทางของการแผ่รังสีสูงสุดตามอัลกอริธึมที่ต้องการในอาเรย์แบบแบ่งเฟสที่ส่งและรับ

มะเดื่อ 13.1. การออกแบบไดอะแกรมของอาเรย์แบบเฟสเชิงเส้นในเฟส

ตัวเลขนี้บ่งชี้:

ล. - ระยะห่างระหว่างตัวปล่อยอาร์เรย์ (ระยะห่างของอาร์เรย์)

OZ – แกนตัวปล่อย

Od – แกนเสาอากาศ

OZ΄ – แกนของด้านหน้าที่ต้องการ

J c – มุมการสแกน

Оd΄ – แกนของรูปแบบการแผ่รังสีระหว่างการสแกน

(-4 – 0 – 4) – จำนวนตัวปล่อยรอง

0 – เครื่องฉายรังสีตะแกรง

ในรูปที่ 13.1 ตัวปล่อยรองจะอยู่บนแกน OZ ของอาร์เรย์ที่มีระยะห่าง ล- หากพวกมันมีพารามิเตอร์ใกล้เคียงกันโดยประมาณและเครื่องฉายรังสี O รับประกันการฉายรังสีตามแนวแกน Od ดังนั้นการแผ่รังสีทุติยภูมิในเฟสจะถูกกระตุ้นในตัวปล่อยแต่ละตัว เนื่องจากมุมตกกระทบของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเท่ากับมุมของการสะท้อนจากตะแกรงจึงเกิดคลื่นระนาบของการแผ่รังสีทุติยภูมิซึ่งด้านหน้าตรงกับแกน OZ แกน Od ของคลื่นระนาบเกิดขึ้นพร้อมกับเส้นปกติที่ด้านหน้า

หากจำเป็นต้องเบี่ยงเบนแกนของรูปแบบการแผ่รังสีด้วยมุมการสแกน Jc ด้านหน้าของคลื่นระนาบจะต้องตรงกับเส้น OZ¢ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากในกรณีนี้ ระยะห่างจากตัวปล่อยแต่ละตัวตามปกติไปยังด้านหน้า OZ¢ จะแตกต่างกัน เฟสของการแผ่รังสีที่สร้างขึ้นก็จะแตกต่างกันเช่นกัน จากรูปที่ 13.1 สามารถคำนวณระยะทางได้ ร ฉัน จากตัวส่งสัญญาณปกติแต่ละตัวไปจนถึงด้านหน้า OZ¢:

r i - ระยะทางจากตัวส่งสัญญาณ i ถึงด้านหน้า OZ¢

n i – จำนวนของตัวปล่อย i-th

ล. – สนามขัดแตะ

ลงชื่อ n i – เครื่องหมายของหมายเลขตัวปล่อย

เพื่อชดเชยความแตกต่างของเส้นทางและรับการแผ่รังสีโหมดร่วมตามแนวด้านหน้า OZ¢ กระแสที่สร้างโดยตัวปล่อยต้องมีเฟสต่อไปนี้:

φ ฉัน= เค วีร ฉัน , (13.2)

φ i – เฟส i – ของตัวปล่อย

เค วี= 2π ⁄ แลม – เลขคลื่น

แลมบ์ – ความยาวคลื่น

หมายเลขคลื่น เค วี สำหรับ ประเภทนี้ค่าขัดแตะมีค่าคงที่ ดังนั้นการคำนวณมุมเฟสที่ต้องการ φiสำหรับตัวปล่อยแต่ละตัวนั้นดำเนินการจากนิพจน์ (13.2)

อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสสมัยใหม่สามารถมีตัวปล่อยได้มากกว่า 10,000 ตัว เพื่อให้มั่นใจว่ามีความเร็วในการสแกนสูงของรูปแบบ จำเป็นต้องคำนวณมุมเฟสสำหรับตัวปล่อยแต่ละตัวแบบเรียลไทม์ สิ่งนี้เป็นไปได้เฉพาะกับคอมพิวเตอร์ดิจิทัลสมัยใหม่ที่มีพลังการประมวลผลสูงเท่านั้น

PAR ถูกจำแนกตามจำนวนองค์ประกอบ รูปร่างของรูรับแสง ช่วงความยาวคลื่น วิธีการสร้างรังสีทุติยภูมิ เป็นต้น PAR แบบแอคทีฟและพาสซีฟมีความโดดเด่นโดยขึ้นอยู่กับวิธีการสร้างรังสีทุติยภูมิ

ใน Active Phased Array (AFAR) ตัวส่งสัญญาณแต่ละตัวจะตื่นเต้นจากออสซิลเลเตอร์แบบแบ่งเฟสของตัวเอง ซึ่งได้รับการเสริมด้วยสวิตช์รับ-ส่งสัญญาณ ขั้นตอนการแปลงความถี่ และอุปกรณ์ขยายสัญญาณล่วงหน้า รับสัญญาณ- องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้ประกอบเป็นโมดูลตัวรับส่งสัญญาณ AFAR . โมดูลถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีบูรณาการและมีขนาดเล็ก (ประมาณ 0.6 แลมบ์ดา - 0.7 แลมบ์) ข้อดีของ AFAR คือเทคโนโลยีขั้นสูงและความคุ้มค่า

ในอาร์เรย์แบบพาสซีฟ (PFAR) ตัวปล่อยทั้งหมดจะตื่นเต้นจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั่วไปและทำงานให้กับเครื่องรับทั่วไป ดังนั้นส่วนสำคัญของ PFAR คือตัวจ่ายไฟระหว่างองค์ประกอบอาเรย์

คอมเพล็กซ์ RO สมัยใหม่ใช้ตัวกระจายประเภทออปติคัลและอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสพร้อมเส้นทางปิด มีรูปแบบการจ่ายไฟแบบออปติคัลสองแบบสำหรับตะแกรง: ทะลุผ่านและสะท้อนแสง พื้นฐาน แผนภาพไฟฟ้าอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบพาสทรูจะแสดงในรูปที่ 13.2

มะเดื่อ 13.2. แผนผังของอาร์เรย์แบบพาสทรู

มีการใช้สัญลักษณ์ต่อไปนี้ในรูปนี้:

ฉ – ทางยาวโฟกัส

L – ความกว้างของช่องเปิดกระจังหน้า

ล. - ระยะห่างระหว่างตัวปล่อย

φ 1 -φ 7 – องค์ประกอบการเปลี่ยนเฟส (ตัวเปลี่ยนเฟส)

УУ – อุปกรณ์ควบคุมสำหรับองค์ประกอบการเปลี่ยนเฟส

SHI – บัสควบคุม

แผนภาพวงจรไฟฟ้าของอาเรย์แบ่งเฟสแบบสะท้อนแสงแสดงในรูปที่ 13.3

มะเดื่อ 13.3. แผนผังของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบสะท้อนแสง

แต่ละองค์ประกอบมีตัวเปลี่ยนเฟสแบบสะท้อนแสง หากต้องการสร้างการกระจายเฟสเริ่มต้นระหว่างตัวส่งและตัวเปลี่ยนเฟส สามารถรวม LP เพิ่มเติมในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสได้

ในอาเรย์แบบแบ่งเฟสแบบสะท้อนแสง ตัวปล่อยอาเรย์จะรวมพลังงานที่ปล่อยออกมาจากฟีด O และแบ่งเฟสของพลังงานที่รวมศูนย์

ตามคุณสมบัติการออกแบบ อาร์เรย์แบบค่อย ๆ แบบสะท้อนแสงมีข้อดีดังต่อไปนี้:

เข้าถึงตัวเปลี่ยนเฟสอาเรย์ได้ฟรี

การออกแบบตัวเปลี่ยนเฟสแบบสะท้อนแสงนั้นง่ายกว่าการออกแบบตัวเปลี่ยนเฟสแบบพาสทรู

ข้อดีเหล่านี้เป็นตัวกำหนดการใช้งานที่โดดเด่นของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบสะท้อนแสงใน RO

ข้อดีของแผนพลังงานแสงทั้งสองแบบ ได้แก่:

ความเรียบง่ายเมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบที่มีองค์ประกอบขัดแตะจำนวนมาก

ความสามารถในการควบคุมรูปร่างของการกระจายแอมพลิจูดในช่องเสาอากาศได้อย่างสะดวกโดยการเลือกฟีด

ความสามารถในการสร้างรูปแบบผลรวมและผลต่างสำหรับการติดตามเป้าหมายตามพิกัดเชิงมุมโดยอัตโนมัติ

ข้อเสียทั่วไปของวงจรพลังงานแสงคือขนาดของตะแกรงที่ใหญ่กว่าอย่างมีนัยสำคัญมากกว่าขนาดของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่มีเส้นทางปิด

เป็นที่ทราบกันดีว่าเฟสที่ต้องการของกระแสที่ไหลในตัวปล่อยอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่มีพิกัด y i และ z i คำนวณจากสมการ 13.2 ดังนี้:

Ф (y i , z i) = – k ใน (z i sinθ 0 sinφ 0 + y i sinθ 0 cosφ 0), (13.3)

Ф - เฟสปัจจุบันในตัวปล่อยที่มีพิกัด y ฉัน และ z ฉัน

θ 0 – มุมการสแกน RP ในระนาบแนวนอน

φ 0 – มุมการสแกนที่คล้ายกันของรูปแบบในระนาบแนวตั้ง

ในอาเรย์แบบแบ่งเฟสซึ่งมีตารางตัวปล่อยสี่เหลี่ยมสม่ำเสมอ

หากต้องการคำนวณมุมเฟสอย่างรวดเร็ว จะสะดวกในการคำนวณความแตกต่างของเฟส ΔФ Z และ ΔФ y ของกระแสที่ไหลในองค์ประกอบที่อยู่ติดกันตามแกน OY และ OZ ก่อน ตามลำดับ

ΔФ Z = – k ใน l z sinθ 0 sinφ 0 , (13.4)

ΔФ y = – k ใน ly บาป θ 0 cosφ 0 , (13.5)

โดยที่ l z และ l y คือระยะห่างของโครงตาข่ายตามคอลัมน์และแถว ตามลำดับ

หลังจากนี้ ผลต่างเฟสที่ได้จะต้องคูณตามลำดับด้วยตัวเลข m และ n ของตัวปล่อย จนถึงจำนวนสูงสุดของคอลัมน์ M และแถว N ของอาร์เรย์

กระแสเฟสที่ต้องการ Ф mn ในแต่ละอีซีแอลจะถูกคำนวณดังนี้:

Ф นาที = 0.5, (13.6)

M – หมายเลขคอลัมน์รวมถึงเครื่องหมาย

N คือหมายเลขแถวตัวปล่อย

วิธีการนี้การคำนวณเรียกว่าการจัดการแถวและคอลัมน์ จะช่วยให้คุณได้รับความง่ายและ ระบบที่เชื่อถือได้การวางขั้นตอน

มะเดื่อ 13.4. รูปแบบการควบคุม PAR สำหรับแถวและคอลัมน์

การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ดำเนินการโดย adders Σ ซึ่งมักจะอยู่ร่วมกับตัวเปลี่ยนเฟสของตัวปล่อย

จากรูปที่ 13.4 ตามด้วยวิธีการควบคุมแถวและคอลัมน์ จำนวนบัสควบคุมจะเท่ากับจำนวนแรงดันไฟฟ้าควบคุม ดังนั้น ในอาเรย์แบบแบ่งเฟสที่ควบคุมในลักษณะนี้และมีตัวปล่อย M·N จะมีเพียงบัส M+N เท่านั้น ทำให้ระบบควบคุมเรียบง่าย เชื่อถือได้ และให้ประสิทธิภาพสูง .

มะเดื่อ 13.5. แผนภาพการแพร่กระจายคลื่นจากเครื่องฉายรังสีแบบจุด

รูปนี้บ่งบอกถึง:

F A – โฟกัสเสาอากาศ

ฉ – ทางยาวโฟกัส

MIO – เครื่องฉายรังสีโมโนพัลส์

PDF – ด้านหน้าของคลื่นเหตุการณ์

FOV – หน้าคลื่นสะท้อน

Δr zi – ความล่าช้าของส่วนหน้าของคลื่นตกกระทบ

ความล่าช้า Δr zi ของด้านหน้าเท่ากับความแตกต่างระหว่าง ทางยาวโฟกัส f และส่วนระหว่าง MIO และตัวปล่อย i-th จากรูปที่ 13.5 คุณสามารถคำนวณความล่าช้า Δr zi สำหรับแต่ละคอลัมน์ PAR

∆r zi = . (13.7)

ความล่าช้า Δr уi ถูกคำนวณในทำนองเดียวกันสำหรับแต่ละแถวของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส

Δr คุณ = . (13.8)

ในสมการ 13.7 และ 13.8 พิกัดของคอลัมน์ zi และแถว y i

ตัวปล่อย PAR ได้รับการคำนวณในลักษณะที่ทราบ:

ซี ฉัน = ม ล, (13.9)

ใช่ ฉัน = น ล, (13.10)

ผลลัพธ์ของสมการกำลังสอง 13.7 และ 13.8 แสดงให้เห็นว่าด้านหน้าของคลื่นทรงกลมที่เกิดจาก MIO กลายเป็นพาราโบลาหลังจากการสะท้อนจากตะแกรง แสดงไว้อย่างชัดเจนในรูปที่ 13.5 สถานการณ์นี้ไม่เป็นที่ยอมรับ เนื่องจากจะทำให้ประสิทธิภาพของเสาอากาศลดลงอย่างมาก เพื่อให้ได้ทิศทางที่ต้องการ คลื่นที่สะท้อนจากตะแกรงจะต้องมีส่วนหน้าเรียบ

ในการสร้างส่วนหน้าเรียบในอาเรย์แบบแบ่งเฟสซึ่งควบคุมโดยแถวและคอลัมน์ จำเป็นต้องคำนวณเฟสของกระแสในตัวปล่อยทุติยภูมิ ในการทำเช่นนี้ โดยใช้ 13.6 คุณควรแสดงพิกัด z i และ y ของตัวปล่อย i ผ่านจำนวนคอลัมน์ m และแถว n จากรูปที่ 13.5 จะได้พิกัดเหล่านี้ดังนี้:

z ผม = 0.5 เครื่องหมาย n (|2n| – 1) ล. z , (13.11)

y i = 0.5 เครื่องหมาย m · (|2n| – 1) ·l y (13.12)

จากรูปเดียวกัน มุมโก่งเริ่มต้น θ n และ φ n ของแกนคลื่นซึ่งจำเป็นสำหรับการก่อตัวของส่วนหน้าเรียบจะถูกคำนวณในระนาบแนวนอนและแนวตั้งตามลำดับ

θ n = อาร์คแทน (13.13)

φ n = อาร์คแทน (13.14)

F nm = – k ใน ×z i ×sinθ n ×sinφ n, (13.15)

F nn = – k ใน ×y i ×sinθ n ×cosφ n (13.16)

ตอนนี้ เป็นไปได้ที่จะได้เฟสเริ่มต้นที่ต้องการสำหรับตัวส่งสัญญาณแต่ละตัวที่มีเลข mn เพื่อให้มั่นใจถึงการก่อตัวของคลื่นที่มีส่วนหน้าเรียบ

F nn + F นาโนเมตร (13.17)

จากการวิเคราะห์ในวันที่ 13.13-13.17 เราสามารถสรุปได้ว่าสำหรับแถวและคอลัมน์ที่สอดคล้องกันของเสาอากาศเฉพาะ เฟสเริ่มต้น Фнн และ Фнm const ดังนั้นจึงคำนวณล่วงหน้าและนำมาใช้ในรูปแบบของแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นตามสัดส่วนในแต่ละบัสควบคุมของแถวและคอลัมน์ของตัวเปลี่ยนเฟส

การบวกแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นจะดำเนินการโดยตัวบวก S เดียวกัน ซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้าควบคุมเฟส

ควรสังเกตว่าขนาดของเครื่องฉายรังสีโมโนพัลส์จริงแตกต่างจากจุดนั้นอย่างมาก ในทางปฏิบัติตะแกรงจะถูกฉายรังสีโดยบริเวณช่องเปิดของเครื่องฉายรังสี นอกจากนี้ MIO แต่ละตัวยังมีลักษณะเฉพาะและ DN ที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเอง ดังนั้นการชดเชยความล่าช้าของคลื่นที่แสดงด้านบนจึงไม่เพียงพอ ในกรณีเช่นนี้ เงื่อนไขเริ่มต้นและเครื่องมือทางคณิตศาสตร์สำหรับการคำนวณ Δr zi, Δr yi จะพิจารณาจากคุณสมบัติการออกแบบของเสาอากาศ

โครงสร้างพาร์รูปร่าง ขนาด และการออกแบบของ Phased Array สมัยใหม่มีความหลากหลายมาก ความหลากหลายของพวกมันถูกกำหนดทั้งตามประเภทของตัวปล่อยที่ใช้และลักษณะของที่ตั้ง ( ข้าว. 1 - เซกเตอร์การสแกนของอาเรย์แบบแบ่งเฟสถูกกำหนดโดยรูปแบบของตัวปล่อย ในอาเรย์แบบแบ่งเฟสที่มีการสวิงลำแสงมุมกว้างอย่างรวดเร็ว โดยปกติจะใช้ตัวปล่อยทิศทางแบบอ่อน: แบบสมมาตรและไม่สมมาตร เครื่องสั่น, มักจะมีตัวสะท้อนแสงตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป (ตัวอย่างเช่น ในรูปแบบของกระจกเงาทั่วไปในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสทั้งหมด) ปลายเปิด ท่อนำคลื่นวิทยุ, ช่อง, แตร, เกลียว, แท่งอิเล็กทริก, บันทึกเป็นระยะ ฯลฯ เสาอากาศ. บางครั้ง Phased Array ขนาดใหญ่จะประกอบด้วย Phased Array ขนาดเล็ก (โมดูล) แยกกัน รูปแบบของหลังนั้นมุ่งเน้นไปที่ทิศทางของลำแสงหลักของอาเรย์แบบแบ่งเฟสทั้งหมด ในบางกรณี ตัวอย่างเช่น เมื่อการโก่งตัวของลำแสงช้าเป็นที่ยอมรับได้ เสาอากาศที่มีทิศทางสูงพร้อมการหมุนเชิงกลจะถูกใช้เป็นตัวส่งสัญญาณ (เช่น สิ่งที่เรียกว่ากระจกหมุนเต็ม) ในอาเรย์แบบแบ่งเฟสดังกล่าว ลำแสงจะเบี่ยงเบนไปในมุมที่กว้างโดยการหมุนเสาอากาศทั้งหมดและแบ่งเฟสคลื่นที่พวกมันปล่อยออกมา การวางขั้นตอนของเสาอากาศเหล่านี้ยังช่วยให้สามารถแกว่งลำแสงอาเรย์แบบแบ่งเฟสได้อย่างรวดเร็วภายในรูปแบบของพวกเขา

ขึ้นอยู่กับรูปร่างที่ต้องการของรูปแบบและเซกเตอร์การสแกนเชิงพื้นที่ที่ต้องการในอาเรย์แบบแบ่งระยะ การจัดเรียงองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องที่แตกต่างกันจะถูกใช้: ตามแนวเส้น (ตรงหรือส่วนโค้ง); เหนือพื้นผิว (เช่น แบน - ในสิ่งที่เรียกว่าอาร์เรย์เฟสแบน ทรงกระบอก ทรงกลม) หรือในปริมาตรที่กำหนด (อาร์เรย์แบ่งเฟสเชิงปริมาตร) บางครั้งรูปร่างของพื้นผิวเปล่งแสงของอาเรย์แบบแบ่งเฟสจะเป็นรูรับแสง (ดู การปล่อยและการรับคลื่นวิทยุ ), กำหนดโดยการกำหนดค่าของวัตถุที่ติดตั้งอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส (เช่น รูปร่างของดาวเทียม) PAR ที่มีรูปร่างรูรับแสงคล้ายกับรูปร่างของวัตถุบางครั้งเรียกว่าสอดคล้องกัน Flat PAR แพร่หลาย ในนั้นลำแสงสามารถสแกนจากทิศทางของเส้นปกติไปยังช่องเปิดได้ (เช่นใน เสาอากาศโหมดทั่วไป ) ไปยังทิศทางตามแนวช่องเปิด (เช่นใน เสาอากาศคลื่นเดินทาง ). ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทาง (DA) ของอาเรย์แบบเฟสแบนจะลดลงเมื่อลำแสงเบี่ยงเบนจากปกติไปยังรูรับแสง เพื่อให้การสแกนมุมกว้าง (ในมุมเชิงพื้นที่ขนาดใหญ่ - สูงสุด 4( ลบแล้ว) โดยไม่มีการลดประสิทธิภาพอย่างเห็นได้ชัด มีการใช้อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่มีรูรับแสงที่ไม่แบน (เช่น ทรงกลม) หรือระบบของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบแบนที่มุ่งเน้นในทิศทางที่ต่างกัน การสแกนในระบบเหล่านี้ดำเนินการโดยการกระตุ้นตัวปล่อยที่มุ่งเน้นที่สอดคล้องกันและการวางเฟส

การควบคุมการเปลี่ยนเฟสขึ้นอยู่กับวิธีการเปลี่ยนเฟส อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสพร้อมการสแกนแบบเครื่องกลไฟฟ้านั้นมีความโดดเด่น ดำเนินการโดยการเปลี่ยนรูปทรงเรขาคณิตของท่อนำคลื่นวิทยุที่น่าตื่นเต้น ( ข้าว. 2 , ก); การสแกนความถี่ ขึ้นอยู่กับการใช้การขึ้นต่อกันของการเปลี่ยนเฟสกับความถี่ เช่น เนื่องจากความยาว เครื่องป้อน ระหว่างตัวปล่อยที่อยู่ติดกัน ( ข้าว. 2, ข) หรือ ความแตกต่าง คลื่นในท่อนำคลื่นวิทยุ ด้วยการสแกนทางไฟฟ้าที่ใช้ วงจรเปลี่ยนเฟส หรือ ตัวเปลี่ยนเฟส, จัดการ สัญญาณไฟฟ้า (ข้าว. 2 , c) ด้วยการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่น (ต่อเนื่อง) หรือเป็นขั้นตอน (ไม่ต่อเนื่อง) ในการเปลี่ยนเฟส

การสแกนอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสด้วยไฟฟ้ามีศักยภาพสูงสุด ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสต่างๆ ตลอดทั้งรูรับแสง และอัตราการเปลี่ยนแปลงที่มีนัยสำคัญในการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้โดยมีการสูญเสียพลังงานค่อนข้างน้อย ที่ความถี่ไมโครเวฟในอาเรย์แบบแบ่งเฟสสมัยใหม่ มีการใช้ตัวเปลี่ยนเฟสเฟอร์ไรต์และเซมิคอนดักเตอร์อย่างกว้างขวาง (ด้วยความเร็วประมาณ ไมโครวินาทีและการสูญเสียพลังงาน ~ 20%) การทำงานของตัวเปลี่ยนเฟสถูกควบคุมโดยใช้ความเร็วสูง ระบบอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งในกรณีที่ง่ายที่สุดจะควบคุมกลุ่มขององค์ประกอบ (เช่น แถวและคอลัมน์ในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบแบนที่มีตัวปล่อยสี่เหลี่ยม) และในกรณีที่ซับซ้อนที่สุด จะควบคุมตัวเปลี่ยนเฟสแต่ละตัวแยกกัน ลำแสงสามารถแกว่งไปในอวกาศได้ตามกฎหมายที่กำหนดไว้ล่วงหน้าหรือตามโปรแกรมที่สร้างขึ้นระหว่างการทำงานของอุปกรณ์วิทยุทั้งหมด ซึ่งรวมถึงอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสด้วย

คุณสมบัติของการสร้างอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสการกระตุ้นของตัวปล่อย PAR ( ข้าว. 3 ) ถูกสร้างขึ้นโดยใช้สายป้อนหรือโดยการแพร่กระจายคลื่นอย่างอิสระ (ในที่เรียกว่าอาเรย์แบบแบ่งเฟสแบบเสมือนแสง) เส้นทางป้อนแบบกระตุ้นพร้อมกับตัวเปลี่ยนเฟส บางครั้งมีความซับซ้อน อุปกรณ์ไฟฟ้า(ที่เรียกว่าวงจรการสร้างลำแสง) ซึ่งรับประกันการกระตุ้นของตัวปล่อยทั้งหมดจากอินพุตหลายตัว ซึ่งทำให้สามารถสร้างลำแสงการสแกนพร้อมกันที่สอดคล้องกับอินพุตเหล่านี้ในอวกาศ (ในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบหลายลำแสง) อาเรย์แบ่งเฟสแบบกึ่งออปติคัลส่วนใหญ่มีสองประเภท: พาสทรู (เลนส์) ซึ่งตัวเปลี่ยนเฟสและตัวปล่อยหลักตื่นเต้น (ด้วยความช่วยเหลือของตัวปล่อยเสริม) โดยคลื่นที่แพร่กระจายจากแหล่งป้อนทั่วไปและการสะท้อนแสง - หลัก และตัวส่งสัญญาณเสริมจะรวมกัน และติดตั้งตัวสะท้อนแสงที่เอาต์พุตของตัวเปลี่ยนเฟส อาร์เรย์แบบค่อยเป็นค่อยไปแบบกึ่งแสงแบบมัลติบีมประกอบด้วยเครื่องฉายรังสีหลายตัว ซึ่งแต่ละตัวมีลำแสงของตัวเองในอวกาศ บางครั้งใน Phased Array อุปกรณ์โฟกัส (กระจก, เลนส์) จะถูกใช้เพื่อสร้างรูปแบบ อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่กล่าวถึงข้างต้นบางครั้งเรียกว่าแบบพาสซีฟ

อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบแอ็คทีฟมีความสามารถสูงสุดในการควบคุมคุณลักษณะ โดยที่ตัวส่งหรือตัวรับแบบควบคุมเฟส (บางครั้งแบบควบคุมแอมพลิจูด) เชื่อมต่อกับตัวส่งหรือโมดูลแต่ละตัว ( ข้าว. 4 - การควบคุมเฟสในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบแอกทีฟสามารถทำได้ในเส้นทางความถี่กลางหรือในวงจรกระตุ้นของเครื่องส่งที่ต่อเนื่องกัน ออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ของตัวรับ ฯลฯ ดังนั้นในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่ใช้งานอยู่ ตัวเปลี่ยนเฟสสามารถทำงานในช่วงคลื่นที่แตกต่างจากช่วงความถี่ของเสาอากาศ ในบางกรณี การสูญเสียตัวเปลี่ยนเฟสจะไม่ส่งผลโดยตรงต่อระดับของสัญญาณหลัก การส่งอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบแอคทีฟทำให้สามารถเพิ่มพลังของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สอดคล้องกันซึ่งสร้างโดยเครื่องส่งสัญญาณแต่ละตัวในพื้นที่ว่างได้ ในการรับอาร์เรย์แบบเฟสที่ใช้งานอยู่ การประมวลผลร่วมของสัญญาณที่ได้รับ แยกองค์ประกอบช่วยให้คุณได้รับมากขึ้น ข้อมูลครบถ้วนเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดรังสี

อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์โดยตรงของตัวปล่อยซึ่งกันและกันลักษณะของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส ( การประสานงาน ตัวส่งสัญญาณที่มีตัวป้อนที่น่าตื่นเต้น LPC ฯลฯ) จะเปลี่ยนไปเมื่อลำแสงแกว่ง เพื่อต่อสู้กับผลกระทบที่เป็นอันตรายจากอิทธิพลร่วมกันของตัวปล่อยในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส บางครั้งใช้วิธีการพิเศษเพื่อชดเชยการมีเพศสัมพันธ์ร่วมกันระหว่างองค์ประกอบต่างๆ

อนาคตสำหรับการพัฒนาอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสทิศทางที่สำคัญที่สุดสำหรับการพัฒนาทฤษฎีและเทคโนโลยีเพิ่มเติมของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส ได้แก่: 1) การแนะนำอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสอย่างกว้างขวางซึ่งมีองค์ประกอบจำนวนมากในอุปกรณ์วิศวกรรมวิทยุการพัฒนาองค์ประกอบประเภทใหม่โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่ใช้งานอยู่ ; 2) การพัฒนาวิธีการสร้าง Phased Array ด้วยรูรับแสงขนาดใหญ่ รวมถึง Phased Array ที่ไม่เท่ากันพร้อมเสาอากาศที่มีทิศทางสูงซึ่งอยู่ภายในซีกโลกทั้งหมด (ทั่วโลก กล้องโทรทรรศน์วิทยุ ), 3) การพัฒนาวิธีการและวิธีการทางเทคนิคเพิ่มเติมในการลดผลกระทบที่เป็นอันตรายของการเชื่อมต่อร่วมกันระหว่างองค์ประกอบของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส 4) การพัฒนาทฤษฎีการสังเคราะห์และวิธีการออกแบบเครื่องจักรของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส 5) การพัฒนาทฤษฎีและการใช้วิธีการใหม่ในการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับจากองค์ประกอบของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสและการใช้ข้อมูลนี้เพื่อการจัดการ

อาร์เรย์แบบแบ่งเฟส โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการกำหนดเฟสอัตโนมัติขององค์ประกอบ (อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสในตัวเอง) และการเปลี่ยนรูปร่างของรูปแบบ เช่น การลดระดับของกลีบด้านข้างในทิศทางไปยังแหล่งสัญญาณรบกวน (อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบปรับได้) 6) การพัฒนาวิธีการควบคุมการเคลื่อนที่อย่างอิสระของลำแสงแต่ละอันในอาร์เรย์แบบหลายลำแสง

ความหมาย: Vendik O.G., เสาอากาศที่มีการเคลื่อนที่ของลำแสงแบบไม่ใช้กลไก, M. , 1965; ระบบเสาอากาศสแกนไมโครเวฟทรานส์ จากภาษาอังกฤษ เล่ม 1–3, ม., 1966–71.

บทความเกี่ยวกับคำว่า " ค่อยเป็นค่อยไป อาร์เรย์เสาอากาศ " ในสารานุกรมสหภาพโซเวียตผู้ยิ่งใหญ่ มีการอ่าน 6842 ครั้ง

สร้างรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศอาเรย์แบบเฟสสี่เหลี่ยมที่มีตารางสี่เหลี่ยมของท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยม ซึ่งมีการกระตุ้นสม่ำเสมอในเฟส ความยาวคลื่น...

หากงานนี้ไม่เหมาะกับคุณ ที่ด้านล่างของหน้าจะมีรายการผลงานที่คล้ายกัน คุณยังสามารถใช้ปุ่มค้นหา

ออกกำลังกาย.

สร้างรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศอาเรย์แบบเฟสสี่เหลี่ยมที่มีตารางสี่เหลี่ยมของท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยม ซึ่งมีการกระตุ้นสม่ำเสมอในเฟส ความยาวคลื่น. จำนวนบรรทัดม =12 จำนวนคอลัมน์ n =36. ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของท่อนำคลื่นที่อยู่ติดกันนั้นเท่ากัน ระยะห่างระหว่างแถวท่อนำคลื่นที่อยู่ติดกันจะเท่ากัน

การแนะนำ.

อาร์เรย์เสาอากาศแบบแบ่งเฟส (PAR) คืออาร์เรย์เสาอากาศที่มีเฟสควบคุมหรือความแตกต่างของเฟสของคลื่นที่ปล่อยออกมาจากองค์ประกอบ (ตัวปล่อย) การควบคุมเฟส (เฟส) ช่วยให้คุณ:

• เพื่อสร้างรูปแบบการแผ่รังสีที่จำเป็นของอาเรย์แบบแบ่งเฟส (เช่น ลำแสงรูปแบบการแผ่รังสีที่มีทิศทางสูง) ที่ตำแหน่งที่แตกต่างกันมากของตัวปล่อย
• เปลี่ยนทิศทางของลำแสงของอาเรย์แบบเฟสคงที่และทำให้ดำเนินการอย่างรวดเร็ว ในบางกรณี แทบไม่มีความเฉื่อย แกว่งลำแสงสแกน
• ควบคุมรูปร่างของรูปแบบรังสีภายในขอบเขตที่กำหนด เปลี่ยนความกว้างของลำแสง ความเข้ม (ระดับ) ของกลีบด้านข้าง เป็นต้น เมื่อต้องการทำเช่นนี้ บางครั้งอาเรย์แบบแบ่งเฟสจะควบคุมแอมพลิจูดของคลื่นของตัวปล่อยแต่ละตัวด้วย

1 โครงสร้างของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส

รูปร่าง ขนาด และการออกแบบของ Phased Array สมัยใหม่มีความหลากหลายมาก ความหลากหลายของพวกมันถูกกำหนดโดยประเภทของตัวปล่อยที่ใช้และลักษณะของที่ตั้ง

ขึ้นอยู่กับรูปร่างที่ต้องการของรูปแบบการแผ่รังสีและเซกเตอร์เชิงพื้นที่ที่ต้องการของการสแกนในอาเรย์แบบแบ่งเฟส การจัดเรียงองค์ประกอบต่างๆ จะถูกใช้:

• ตามแนวเส้น (ตรงหรือส่วนโค้ง);
• บนพื้นผิว (ตัวอย่างเช่น แบนในสิ่งที่เรียกว่าอาร์เรย์เฟสแบน ทรงกระบอก ทรงกลม) หรือในปริมาตรที่กำหนด (อาร์เรย์แบ่งเฟสเชิงปริมาตร)

บางครั้งรูปร่างของพื้นผิวเปล่งแสงของอาเรย์แบบแบ่งเฟสของช่องเปิดจะถูกกำหนดโดยการกำหนดค่าของวัตถุที่ติดตั้งอาเรย์แบบแบ่งเฟส PAR ที่มีรูปร่างรูรับแสงคล้ายกับรูปร่างของวัตถุบางครั้งเรียกว่าสอดคล้องกัน Flat PAR แพร่หลาย โดยในนั้นลำแสงสามารถสแกนจากทิศทางปกติไปจนถึงรูรับแสงไปจนถึงทิศทางตามแนวรูรับแสง. ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางของอาเรย์แบบเฟสแบนจะลดลงเมื่อลำแสงเบี่ยงเบนจากปกติไปยังรูรับแสง เพื่อให้การสแกนมุมกว้างในมุมเชิงพื้นที่ขนาดใหญ่ถึง 4(ลบแล้ว ) โดยไม่มีค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางลดลงอย่างเห็นได้ชัด จะใช้อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่มีรูรับแสงที่ไม่แบน (เช่น ทรงกลม) หรือระบบของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบแบนที่มุ่งเน้นในทิศทางที่ต่างกัน การสแกนในระบบเหล่านี้ดำเนินการโดยการกระตุ้นตัวปล่อยที่มุ่งเน้นที่สอดคล้องกันและการวางเฟส

ขึ้นอยู่กับวิธีการเปลี่ยนเฟส อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสต่อไปนี้จะมีความโดดเด่น:

• ด้วยการสแกนแบบเครื่องกลไฟฟ้า โดยการเปลี่ยนรูปทรงเรขาคณิตของท่อนำคลื่นวิทยุที่น่าตื่นเต้น
• ด้วยการสแกนความถี่ ขึ้นอยู่กับการใช้การขึ้นต่อกันของการเปลี่ยนเฟสกับความถี่ เช่น เนื่องจากความยาวของตัวป้อนระหว่างตัวส่งที่อยู่ติดกันหรือการกระจายคลื่นในท่อนำคลื่นวิทยุ
• ด้วยการสแกนทางไฟฟ้าที่ดำเนินการโดยใช้วงจรเปลี่ยนเฟสหรือตัวเปลี่ยนเฟส, ควบคุมโดยสัญญาณไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องหรือต่อเนื่องในการเปลี่ยนเฟส

การสแกนอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสด้วยไฟฟ้ามีศักยภาพสูงสุด ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสต่างๆ ตลอดทั้งรูรับแสง และอัตราการเปลี่ยนแปลงที่มีนัยสำคัญในการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้โดยมีการสูญเสียพลังงานค่อนข้างน้อย ที่ความถี่ไมโครเวฟ เฟสอาร์เรย์สมัยใหม่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการเปลี่ยนเฟสเฟอร์ไรต์และเซมิคอนดักเตอร์ด้วยความเร็วของลำดับเอ็มเคเอส และการสูญเสียพลังงาน ~ 20% การทำงานของตัวเปลี่ยนเฟสถูกควบคุมโดยใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูง ซึ่งในกรณีที่ง่ายที่สุดจะควบคุมกลุ่มขององค์ประกอบ (เช่น แถวและคอลัมน์ในอาร์เรย์เฟสแบบแบนที่มีตัวปล่อยสี่เหลี่ยม) และในกรณีที่ซับซ้อนที่สุด จะควบคุมแต่ละเฟส จำแลงเป็นรายบุคคล ลำแสงสามารถแกว่งไปในอวกาศได้ตามกฎหมายที่กำหนดไว้ล่วงหน้าหรือตามโปรแกรมที่สร้างขึ้นระหว่างการทำงานของอุปกรณ์วิทยุทั้งหมด ซึ่งรวมถึงอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสด้วย

3 คุณสมบัติของการสร้างอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส

การกระตุ้นของตัวปล่อยอาเรย์แบบแบ่งเฟสนั้นดำเนินการโดยใช้สายป้อนหรือโดยการแพร่กระจายคลื่นอย่างอิสระ (ในสิ่งที่เรียกว่าอาเรย์แบบแบ่งเฟสแบบกึ่งออปติคัล) เส้นทางการกระตุ้นของตัวป้อนพร้อมกับตัวเปลี่ยนเฟสบางครั้งมีอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ซับซ้อน (เรียกว่าวงจรบีมฟอร์มมิ่ง) ที่ให้การกระตุ้นของตัวส่งสัญญาณทั้งหมดจากอินพุตหลายตัว ซึ่งทำให้สามารถสร้างลำแสงสแกนพร้อมกันที่สอดคล้องกับอินพุตเหล่านี้ในอวกาศ (ใน multi- อาร์เรย์จะแบ่งลำแสง) Quasi-optical Phased Array ส่วนใหญ่มีสองประเภท: พาสทรู (เลนส์) ซึ่งตัวเปลี่ยนเฟสและตัวปล่อยหลักจะตื่นเต้นด้วยความช่วยเหลือของตัวปล่อยเสริมโดยคลื่นที่แพร่กระจายจากเครื่องฉายรังสีทั่วไป และสะท้อนแสงตัวปล่อยหลักและตัวปล่อยเสริมคือ รวมกันและมีการติดตั้งตัวสะท้อนแสงที่เอาต์พุตของตัวเปลี่ยนเฟส อาร์เรย์แบบค่อยเป็นค่อยไปแบบกึ่งแสงแบบมัลติบีมประกอบด้วยเครื่องฉายรังสีหลายตัว ซึ่งแต่ละตัวมีลำแสงของตัวเองในอวกาศ บางครั้งใน Phased Array อุปกรณ์โฟกัส (กระจก เลนส์) จะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างรูปแบบการแผ่รังสี อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่กล่าวถึงข้างต้นบางครั้งเรียกว่าแบบพาสซีฟ

อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบแอ็คทีฟมีความสามารถสูงสุดในการควบคุมคุณลักษณะ โดยที่ตัวส่งหรือตัวรับแบบควบคุมเฟส (บางครั้งแบบควบคุมแอมพลิจูด) จะเชื่อมต่อกับตัวส่งหรือโมดูลแต่ละตัว การควบคุมเฟสในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบแอกทีฟสามารถทำได้ในเส้นทางความถี่กลางหรือในวงจรกระตุ้นของเครื่องส่งที่ต่อเนื่องกัน ออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ของตัวรับ ฯลฯ ดังนั้นในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่ใช้งานอยู่ ตัวเปลี่ยนเฟสสามารถทำงานในช่วงคลื่นที่แตกต่างจากช่วงความถี่ของเสาอากาศ ในบางกรณี การสูญเสียตัวเปลี่ยนเฟสจะไม่ส่งผลโดยตรงต่อระดับของสัญญาณหลัก การส่งอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบแอคทีฟทำให้สามารถเพิ่มพลังของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สอดคล้องกันซึ่งสร้างโดยเครื่องส่งสัญญาณแต่ละตัวในพื้นที่ว่างได้ ในการรับอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบแอคทีฟ การประมวลผลร่วมของสัญญาณที่ได้รับจากแต่ละองค์ประกอบช่วยให้ได้รับข้อมูลที่ครบถ้วนมากขึ้นเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดรังสี

อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์โดยตรงของตัวส่งระหว่างกัน ลักษณะของอาเรย์แบบแบ่งเฟส (การประสานงานของตัวส่งสัญญาณกับตัวป้อนที่น่าตื่นเต้น ทิศทาง ฯลฯ) จะเปลี่ยนไปเมื่อลำแสงแกว่ง เพื่อต่อสู้กับผลกระทบที่เป็นอันตรายจากอิทธิพลร่วมกันของตัวปล่อยในอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส บางครั้งใช้วิธีการพิเศษเพื่อชดเชยการมีเพศสัมพันธ์ร่วมกันระหว่างองค์ประกอบต่างๆ

4 อนาคตสำหรับการพัฒนาอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส

ทิศทางที่สำคัญที่สุดสำหรับการพัฒนาทฤษฎีและเทคโนโลยีของการแผ่รังสีแบบแบ่งเฟส ได้แก่ :

1) การแนะนำอย่างกว้างขวางของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่มีองค์ประกอบจำนวนมากในอุปกรณ์วิศวกรรมวิทยุการพัฒนาองค์ประกอบประเภทใหม่โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่ใช้งานอยู่

2) การพัฒนาวิธีการสร้างอาร์เรย์แบบแบ่งเฟสด้วยรูรับแสงขนาดใหญ่ รวมถึงอาร์เรย์แบบแบ่งระยะที่ไม่เท่ากันพร้อมเสาอากาศที่มีทิศทางสูงซึ่งอยู่ภายในซีกโลกทั้งหมด (กล้องโทรทรรศน์วิทยุทั่วโลก)

3) การพัฒนาวิธีการและวิธีการทางเทคนิคเพิ่มเติมในการลดผลกระทบที่เป็นอันตรายของการเชื่อมต่อร่วมกันระหว่างองค์ประกอบของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส

4) การพัฒนาทฤษฎีการสังเคราะห์และวิธีการออกแบบเครื่องจักรของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส

5) การพัฒนาทฤษฎีและการแนะนำวิธีการใหม่ในการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับจากองค์ประกอบอาเรย์แบบแบ่งเฟส และใช้ข้อมูลนี้เพื่อควบคุมอาเรย์แบบแบ่งเฟส โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการกำหนดเฟสอัตโนมัติขององค์ประกอบ (อาเรย์แบบแบ่งเฟสในตัวเอง) และการเปลี่ยนรูปร่างของ รูปแบบการแผ่รังสี เช่น การลดระดับของกลีบด้านข้างในทิศทางไปยังแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน (อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสแบบปรับตัว)

6) การพัฒนาวิธีการควบคุมการเคลื่อนที่อย่างอิสระของลำแสงแต่ละอันในอาร์เรย์แบบหลายลำแสง

5 การประยุกต์ใช้อาร์เรย์แบบแบ่งเฟส

เสาอากาศแบบ Phased Array ถูกใช้ในระบบนำทางเนื่องจาก... สามารถติดตามเป้าหมายหลายรายการพร้อมกันได้

เสาอากาศแบบ Phased Array คือชุดของตัวส่งสัญญาณ (เสาอากาศ) ที่มีพารามิเตอร์เหมือนกัน ซึ่งแต่ละตัวได้รับพลังงานจากตัวเปลี่ยนเฟสของตัวเอง ด้วยเหตุนี้ คุณสามารถเปลี่ยนรูปแบบการแผ่รังสีของทั้งระบบได้เกือบจะในทันทีโดยการตั้งค่าตัวส่งสัญญาณแต่ละตัวที่มีการเปลี่ยนเฟสของตัวเอง ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องหมุนเสาอากาศเพื่อเล็งไปที่เป้าหมาย ตัวเธอเองที่ยังคงนิ่งเฉยจะค้นหาเป้าหมายและติดตามไป เพราะ เนื่องจากรูปแบบการแผ่รังสีของ Phased Array เปลี่ยนแปลงแทบจะทันที จึงเป็นไปได้ที่จะติดตามหลายเป้าหมายพร้อมกัน

เป็นครั้งแรกที่มีการใช้เสาอากาศแบบแบ่งเฟสกับเครื่องบินรบ MIG-16 ด้วยเหตุนี้เครื่องบินจึงสามารถกำหนดเป้าหมายได้สูงสุด 16 เป้าหมายพร้อมกัน ทำให้เป็นเครื่องบินรบที่ดีที่สุดในยุคนั้น

เสาอากาศแบบ Phased Array เป็นเรื่องยากมากในการผลิต คุณภาพของระบบขึ้นอยู่กับคุณภาพของตัวปล่อยโดยตรง จำเป็นต้องได้รับพารามิเตอร์ที่เหมือนกันที่สุดสำหรับตัวปล่อยทั้งหมด และนี่เป็นเรื่องยากมากในเชิงเทคโนโลยี เป็นผลให้อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสยังคงเป็นเสาอากาศที่มีราคาแพงที่สุด แต่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในระบบนำทาง ในอนาคต ด้วยการผลิต Phased Array ที่ถูกกว่า พวกเขาจะพบการประยุกต์ใช้ในกิจกรรมของมนุษย์ที่ไม่ใช่ทางทหาร ยกตัวอย่างในบ้านเรา Phased Array เป็นขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาเสาอากาศรับสัญญาณ โทรทัศน์ดาวเทียม- เสาอากาศดังกล่าวไม่จำเป็นต้องชี้ไปที่ดาวเทียม แต่ก็สามารถวางในมุมที่มีนัยสำคัญกับแหล่งสัญญาณได้ เสาอากาศจะตรวจจับดาวเทียมทั้งหมดที่สนใจอย่างอิสระ จดจำทิศทางไปยังดาวเทียมเหล่านั้น และสามารถสลับไปมาระหว่างดาวเทียมเหล่านั้นได้ ผู้ใช้จะไม่สังเกตเห็นช่วงเวลาของการสลับระหว่างดาวเทียมด้วยซ้ำ ปัญหาการสั่นสะเทือนก็จะหมดไป รับเสาอากาศ- ปัจจุบันลมแรงอาจทำให้เสาอากาศจานเอียงไปด้านข้างได้ ด้วยเหตุนี้คุณภาพของภาพโทรทัศน์จึงลดลงหรือสัญญาณจะหายไปโดยสิ้นเชิง เสาอากาศแบบแบ่งเฟสจะตรวจจับการกระจัดของแหล่งสัญญาณอย่างอิสระและปรับรูปแบบการแผ่รังสี ส่งผลให้คุณภาพของสัญญาณที่ได้รับจะไม่ลดลง

เรือโครงการ 11356ทัลวาร์”

เรดาร์มัลติฟังก์ชั่น "Don-2N" – เรดาร์คลื่นเซนติเมตรมัลติฟังก์ชั่นแบบโมโนพัลส์พร้อมเสาอากาศแบบแบ่งเฟสโมดูลขนาดใหญ่

ฟาร์ "อินทรธนู" สามารถใช้สำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น ระบบเสาอากาศขนาดเล็กพร้อมระบบควบคุมลำแสงอิเล็กทรอนิกส์ (พารามิเตอร์หลัก: พื้นที่การสแกน ±45 น้ำหนัก 5 กก. กินไฟ 15 W, ระยะเวลาในการติดตั้งลำแสง 2 µs)

6 การคำนวณคุณลักษณะของอาร์เรย์แบบเฟสสี่เหลี่ยมที่มีตารางสี่เหลี่ยมของท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยม ซึ่งมีการกระตุ้นสม่ำเสมอในเฟส

ให้มีม =ท่อนำคลื่นแบบสมมาตร 12 แถว แต่ละแถวประกอบด้วย n =36 ท่อนำคลื่นแบบสมมาตร ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของท่อนำคลื่นที่อยู่ติดกันนั้นเท่ากัน ระยะห่างระหว่างแถวท่อนำคลื่นที่อยู่ติดกันจะเท่ากัน ความยาวคลื่น

รูปแบบการแผ่รังสีของท่อนำคลื่นแต่ละอันถูกกำหนดโดยสูตร:

รูปแบบการแผ่รังสีของทั้งระบบถูกกำหนดในรูปแบบต่อไปนี้:

รูปแบบการแผ่รังสีที่ทำให้เป็นมาตรฐานมีรูปแบบ:

ให้เราพิจารณาส่วนของรูปแบบการแผ่รังสีในระนาบแล้ว

ในระดับลอการิทึม รูปแบบการแผ่รังสีนี้มีลักษณะดังนี้:

ให้เราพิจารณาส่วนของรูปแบบการแผ่รังสีในระนาบแล้ว

ในระดับลอการิทึม รูปแบบการแผ่รังสีนี้มีลักษณะดังนี้:

ให้เราพิจารณาส่วนของรูปแบบการแผ่รังสีในระนาบแล้ว

ในระดับลอการิทึม รูปแบบการแผ่รังสีนี้มีลักษณะดังนี้:

ให้เราคำนวณความกว้างของลำแสงหลักของรูปแบบการแผ่รังสี

มาคำนวณจำนวนกลีบข้างกันที่

ให้เราพิจารณาเสาอากาศอาเรย์แบบแบ่งระยะการสแกนในระนาบ

บทสรุป.

ในงานนี้เราได้คำนวณคุณลักษณะต่างๆอาเรย์แบบเฟสสี่เหลี่ยมที่มีตารางสี่เหลี่ยมของท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยม การกระตุ้นซึ่งมีรูปแบบสม่ำเสมอในเฟส และรูปแบบการแผ่รังสีของอาเรย์แบบแบ่งเฟสนี้ถูกสร้างขึ้น

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

1. Kocherzhevsky G.N. "อุปกรณ์ป้อนเสาอากาศ", M., Ed. “การสื่อสาร”, 2553
2. Kinber B.E., Klassen V.I. “ทฤษฎีและเทคโนโลยีเสาอากาศ”, M., MIPT, 1985
3. ซาโซนอฟ ดี.เอ็ม. “อุปกรณ์เสาอากาศไมโครเวฟ” หนังสือเรียนวิศวกรรมวิทยุ ผู้เชี่ยวชาญ. มหาวิทยาลัย. - ม.: สูงกว่า. โรงเรียน พ.ศ. 2551
4. คลาสเซ่น วี.ไอ. “ทฤษฎีและเทคโนโลยีของอุปกรณ์ป้อนเสาอากาศ” บันทึกการบรรยาย 2555

ฉันรีบขจัดความสงสัยที่อาจเกิดขึ้นเกี่ยวกับการสร้าง "น้ำมูก" เกี่ยวกับความยากลำบากของนักประดิษฐ์ในรัสเซีย เรากำลังพูดถึงเทคโนโลยีที่ยอดเยี่ยมและล้ำหน้า

เสาอากาศที่มีความไวสูงซึ่งอิงตามอาร์เรย์ของตัวกระจายแบบพาสซีฟที่ควบคุมได้

เทคโนโลยีนี้สามารถนำมาประยุกต์ใช้กับ ประเภทต่างๆเสาอากาศได้กว้างมาก ช่วงความถี่ตั้งแต่หลายร้อยเมกะเฮิรตซ์ถึง 10 GHz เทคโนโลยีนี้เป็นของใหม่และไม่มีระบบอะนาล็อก

ดังที่ทราบกันดีว่า Phased Array Antenna (PAA) ยังไม่พบการใช้งานอย่างแพร่หลายในระบบสื่อสารไร้สายที่มีอยู่ในตลาดมวลชนของอุปกรณ์โทรคมนาคม (ใน WiMax, LTE, 3G, เครือข่าย WiFi ฯลฯ ) มีความพยายามอย่างโดดเดี่ยวในการสร้างระบบเสาอากาศเชิงพาณิชย์ดังกล่าว แต่ผลลัพธ์ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานในวงกว้าง

และเหตุผลก็คือต้นทุนที่สำคัญของอุปกรณ์ดังกล่าวซึ่งเกี่ยวข้องกับราคาที่สูงขององค์ประกอบไมโครเวฟ (ตัวเปลี่ยนเฟส, ท่อนำคลื่น ฯลฯ ) ซึ่งระบบเสาอากาศสมัยใหม่ส่วนใหญ่ที่มีรูปแบบการแผ่รังสีควบคุมถูกสร้างขึ้นและที่สำคัญกว่านั้นคือ ซอฟต์แวร์ซึ่งเป็นงานที่ไม่สำคัญมากภายในกรอบของเทคโนโลยีนี้

ในขณะเดียวกัน การใช้เสาอากาศดังกล่าวจะนำไปสู่การก้าวกระโดดเชิงคุณภาพในความสามารถด้านการสื่อสารไร้สาย

มองไปข้างหน้าผมจะบอกว่ามีทางแก้ไขอยู่แล้ว แต่สิ่งแรกๆ ต้องมาก่อน

ฉันจะให้ข้อได้เปรียบหลัก คำอธิบายแผนผังของเทคโนโลยี ตัวเลือกสำหรับการใช้งานเทคโนโลยีที่เป็นไปได้ และให้ข้อมูลสรุปโดยย่อ

ข้อดี

เสาอากาศที่ใช้เทคโนโลยีนี้มีข้อดีดังต่อไปนี้:

• ต้นทุนต่ำ - สูงถึง $ 500 สำหรับ สถานีฐานและสูงถึง $100 สำหรับสถานีไคลเอนต์
• การสร้างแบบกระจายอัตโนมัติ เครือข่ายไร้สายมีหลายโหนด
• ลดผลกระทบของแหล่งสัญญาณรบกวนต่อคุณภาพการสื่อสาร
• ลดผลกระทบด้านลบของการสะท้อนของสัญญาณจากวัตถุโดยรอบต่อคุณภาพของการสื่อสาร
• การกำหนดทิศทางไปยังแหล่งสัญญาณที่กำลังเคลื่อนที่
• การใช้พลังงานต่ำ
• ความเร็วสูงในการสลับสถานะสุดท้าย
• อินเตอร์เฟซการสื่อสารที่รวดเร็วกับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์
• ความแม่นยำสูงของสัญญาณเอาท์พุต (แรงดันไฟฟ้า);
• ความเป็นไปได้ของการกำหนดค่าใหม่

คำอธิบายของเทคโนโลยี

เสาอากาศของเราสามารถทำได้สองเวอร์ชัน: ด้วยการสแกนเซกเตอร์และการสแกนแบบวงกลม

เสาอากาศพร้อมการสแกนแบบวงกลม

แผนภาพแนวคิดของเสาอากาศ 2.4 GHz ที่มีความไวสูงพร้อมความสามารถในการสแกนเกนและเซกเตอร์สูง:

เสาอากาศประกอบด้วยกระจก (a) ที่เกิดจากอาร์เรย์สามมิติของตัวกระจายสัญญาณควบคุม และองค์ประกอบการส่งและรับ (ตัวป้อน) (b)

ในฐานะที่เป็นตัวกระจายสัญญาณแบบควบคุม ขอเสนอให้ใช้เครื่องสั่นไฟฟ้าที่โหลดอยู่ตรงกลางโดยมีอิมพีแดนซ์แบบคาปาซิทีฟ ซึ่งค่าอาจแตกต่างกันไป การเปลี่ยนแปลงของโหลดอิมพีแดนซ์ช่วยให้คุณสามารถปรับเฟสของคลื่นที่กระจัดกระจายโดยเครื่องสั่นได้ ในเวลาเดียวกัน แอมพลิจูดของสนามที่กระจัดกระจายก็เปลี่ยนไปเช่นกัน การออกแบบที่เสนอ (โดยวางตัวกระจายอากาศไว้ในอวกาศและไม่ได้อยู่บนเครื่องบิน) ช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนตำแหน่งสัมพัทธ์ของตัวกระจายอากาศโดยพลการ ซึ่งจะขยายความเป็นไปได้ในการปรับโครงสร้างให้เหมาะสมเพื่อให้ได้คุณลักษณะบางอย่าง

หลักการทำงาน:

หลักการทำงานของผลิตภัณฑ์มีดังนี้ - เพื่อรับรังสีอย่างมีประสิทธิภาพต้องเลือกค่าโหลดของตัวกระจัดกระจายในลักษณะที่เฟสของคลื่นที่สร้างขึ้นโดยตัวกระจายทำให้แน่ใจได้ว่าการเพิ่มคลื่นเหล่านี้อย่างเหมาะสมที่ตำแหน่งของ องค์ประกอบตัวรับส่งสัญญาณ (ตัวป้อน)

เพื่อนำแนวคิดที่อธิบายไว้ไปใช้ ได้มีการคำนวณการออกแบบตัวกระจายสัญญาณ - ไดโพลไฟฟ้า - รวมถึงสถาปัตยกรรมของกระจกทั้งหมดที่เกิดจากตัวกระจายสัญญาณ นอกจากนี้ ยังได้พิจารณาการออกแบบเครื่องฉายรังสีแบบกระจกและตำแหน่งที่สัมพันธ์กับตัวกระจายแสงด้วย

การออกแบบตัวกระจาย:

ดิฟฟิวเซอร์เป็นแผงวงจรพิมพ์ด้านเดียวและประกอบขึ้นด้วยแขนไดโพล (a) หม้อแปลงอิมพีแดนซ์ - เส้นยาว (b), วาริแคป (c) เชื่อมต่อกับเส้นยาว, โช้คแบ่ง (d) ที่จะแยก RF ส่วนหนึ่งของดิฟฟิวเซอร์จากสายควบคุม (e) ซึ่งใช้แรงดันไบแอสกับวาริแคป การออกแบบได้นำเส้นยาว (หม้อแปลงอิมพีแดนซ์) มาใช้เพื่อขยายช่วงการเปลี่ยนแปลงของโหลดอิมพีแดนซ์ที่อินพุตไดโพล

การวัดตัวอย่างทดสอบพบว่าเสาอากาศมีลักษณะดังต่อไปนี้:

• ช่วงความถี่การทำงาน 2.4 GHz;
• แบนด์วิดท์ความถี่ในการทำงานสูงสุด 200 MHz;
• อาร์เรย์เสาอากาศได้รับมากกว่า 21dBi โดยมีขนาดอาร์เรย์เสาอากาศ 60 ซม. x 100 ซม.
• การปรับกลีบหลักของรูปแบบการแผ่รังสีจาก -60° ถึง +60° ในระนาบอะซิมุทัล และจาก -15° ถึง +15° ในระดับความสูง
• รับประกันความเสถียรในการรับ/ส่งสัญญาณเมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลง ตลอดจนรองรับโหมดการทำงานแบบหลายผู้ใช้เมื่อตรงตามข้อกำหนด ความเร็วสูงการสลับสถานะสุดท้ายและความเร็วของอินเทอร์เฟซ
• ความเร็วการถ่ายโอนข้อมูลเฉลี่ยสำหรับอุปกรณ์ WiFi (IEEE 802.11b) - 6.85 Mbps ที่ระยะทาง 6.5 กม.
• จำนวนการเชื่อมต่อพร้อมกัน - 135

อย่างไรก็ตาม จุดเชื่อมโยงหลักของเทคโนโลยีคือซอฟต์แวร์ที่รับผิดชอบในการสร้างรูปแบบรังสีที่ต้องการ เลือกระบบควบคุมที่ใช้กลไกของการจัดระเบียบตนเอง (การปรับจูนเอง) ของอาร์เรย์กระจัดกระจาย

เวอร์ชันการสแกนแบบวงกลม

เสาอากาศสแกนแบบวงกลมที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยี UPR ถูกสร้างขึ้นจากเสาอากาศแบบคอลลิเนียร์หลายชั้นที่ล้อมรอบด้วยชั้นของตัวกระจายสัญญาณแบบพาสซีฟที่มีการออกแบบพิเศษ (คำนวณโดยคำนึงถึงอิทธิพลต่อลักษณะขององค์ประกอบที่ทำงานอยู่อย่างใกล้ชิดและสายควบคุม)

สำหรับเสาอากาศประเภทที่สองมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• ช่วงความถี่การทำงาน - 2.4 GHz
• แบนด์วิดท์ - 100/200 MHz
• ได้รับ - สูงถึง 8 dBi
• ช่วงมุมการสแกน - 360 องศาในระนาบแนวนอน

ทางเลือกที่เป็นไปได้สำหรับการใช้เทคโนโลยีเชิงพาณิชย์

• การสร้างโมเด็ม 3G / LTE ที่ติดตั้งเสาอากาศควบคุม
• การสร้างจุดเชื่อมต่อ WiFi ที่ติดตั้งเสาอากาศควบคุม
• การสร้างเสาอากาศที่ปรับจูนเองสำหรับระบบการสื่อสารที่ใช้งานอย่างรวดเร็วในพื้นที่ที่ไม่ได้เตรียมตัวไว้ (รวมถึงที่มีโหนดจำนวนมาก)
• การสร้างระบบ RFID ระยะไกล
• การสร้างเทอร์มินัลไคลเอนต์สำหรับระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม
• การสร้างระบบเรดาร์รักษาความปลอดภัย
• การสร้างระบบค้นหาทิศทางสำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่จำกัด
• การสร้างระบบเสาอากาศแบบกระจาย (เทคโนโลยี DAS)

คำหลัง

ขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ ฉันยินดีที่จะมีคำถามหรือความคิดเห็นใด ๆ และข้อเสนอการลงทุน