Проектирование антенны для организации связи в Ка диапазоне частот на линии «Спутник-Земля» (Электрический и конструктивный расчет), страница 4

Современные ФАР состоят из нескольких тысяч или даже десятков тысяч элементов, каждый из которых содержит фазо­вращатель. Поэтому характеристики и стоимость РЛС в значи­тельной степени зависят от параметров и стоимости фазовра­щателей.

В настоящее время в основном используются ферритовые и полупроводниковые ФВ. Фазовращатели на основе сегнетоэлектриков, электронных пучков и плазмы еще не столь совершен­ны и области их применения весьма ограниченны.

К ФВ, предназначенным для использования в многоэлемент­ных ФАР, предъявляются многообразные и жесткие требова­ния. Основными среди них являются: минимальное время переключения (изменение фазового состояния) при возможно меньшей мощности управляющего сигнала; достаточная точ­ность установки фазового сдвига, необходимая для выполне­ния требований к ДН по КНД, уровню боковых лепестков, точности ориентации главного максимума; электрическая прочность, которая должна быть достаточной для пропускания тре­буемой импульсной мощности; поперечные габариты ФВ, кото­рые, как правило, не должны превышать 0,50,5 с учетом возможности размещения их в полотнах с периодом не более (0,7÷0,8); минимальные потери СВЧ энергии в волноводных элементах ФВ; система охлаждения, которая должна обес­печивать работу на заданной средней мощности. Снижение по­терь СВЧ мощности и энергии, затрачиваемой на переключение фазы, обеспечивает решение одной из сложнейших проблем в конструировании передающих ФАР - отвод тепла от фазовращающих элементов и стабилизацию их температуры.

Такие ФВ, как ферритовые применяются на частотах 1÷2 ГГц и выше. На бо­лее низких частотах требуется намагничивать ферритовые эле­менты до значений, превышающих точку резонанса, что приво­дит к неизбежности применения весьма мощных и громоздких управляемых магнитных систем.

Наиболее экономичными, по затратам энергии на управление, являются фазовращатели с замкнутой магнитной цепью, обла­дающие магнитной памятью. В таких ФВ изменение намагни­ченности феррита, а следовательно, и вносимого фазового сдвига осуществляется короткими импульсами тока, по окон­чанию которых фазовый сдвиг остается неизменным в течение длительного времени.

Фазовращатели с незамкнутой магнитной цепью применя­ются лишь в ряде специальных устройств, например когда тре­буется непрерывно изменять фазу волны в очень широких пре­делах или если по условиям технологии производства сформировать замкнутую магнитную цепь невозможно.

Ферритовые ФВ подразделяют на два класса: невзаимные, которые создают фазовый сдвиг, зависящий от направления распространения волны, и взаимные. В невзаимных ФВ феррит подмагничивается поперечно относительно направления рас­пространения волны, во взаимных -продольно (за исключени­ем «синхронных»).

Взаимные ФВ подразделяются на проходные и отражатель­ные. Последние, как правило, имеют более простую конструк­цию, меньший продольный размер. При их использовании в полотне отражательной ФАР проще разместить электронные блоки системы управления, что особенно важно при создании антенн миллиметрового диапазона волн. К недостаткам отра­жательных ФВ следует отнести меньшую точность установки фазовых сдвигов по сравнению с проходными при одинаковом уровне согласования.

Наибольшее распространение по сравнению с коаксиальными, полосковыми и микрополосковыми ФВ к настоящему времени получили волноводные ФВ, характеризующиеся значительно меньшими потерями и лучшим согласованием. Данный тип ФВ нужно использовать в нашей схеме так как в качестве линий связи используются волноводы прямоугольного сечения.

В качестве полупроводниковых приборов в ФВ широко используются варикапы, pin-диоды и сегнетоэлектрики. При включении полупроводникового прибора в линии передачи параллельно ли последовательно (рисунок 3.12), происходит некоторая потеря СВЧ мощности из-за рассогласования в месте включения и поглощения в активной части полупроводника (оммические потери).