Функциональные схемы диаграммообразующих устройств, страница 2

Рис. 4

Пусть источник СВЧ сигнала подключен к первому (), самому верхнему входу многолучевой антенны. Энергия, распространяясь по верхней горизонтальной линии передачи слева направо, частично ответвляется в каждом ответвителе в сторону излучателей. Поскольку рядом с каждым «сигнальным» полюсом по умолчанию присутствует один заземленный полюс, то -плечая матрица Бласса представляет собой -полюсник, образованный соединением соответствующих плеч ответвителей.

На сновании принципа суперпозиции можно записать следующие уравнения для комплексных амплитуд соответствующих гармонических напряжений, приложенных к зажимам каждого излучателя, полагая напряжение источника на первом входе  (напоминание: здесь и далее в обозначениях комплексных амплитуд символ «точка» и малый латинский индекс «m» опускаются):

– первый излучатель ,

– второй излучатель ,

– третий излучатель ,                         (3)

– произвольный -й излучатель ,

– последний -й излучатель .

При этом небольшая часть (несколько процентов) энергии источника рассеивается в согласованной балластной нагрузке , создавая на ней напряжение с комплексной амплитудой, равной

,                                    (4) и обеспечивая КПД  первого входа (луча) антенны, равный

.

В результате на излучателях формируется возбуждение, амплитудное распределение которого вдоль излучателей определяется модулями выражений (3), а фазовое распределение – аргументами выражений (3). При соответствующем подборе коэффициентов связи  можно обеспечить различный характер (равномерное, косинус на пьедестале, косинус в квадрате и т. п.) амплитудного распределения с первого () входа, а если ввести фазосдвигатели, то можно сформировать линейно изменяющееся фазовое распределение, необходимое для отклонения от исходного положения главного максимума диаграммы направленности ФАР.

В качестве примера рассмотрим ситуацию на центральной частоте, когда . В этом случае из (1) для любого  следует:

; .               (5)

Пусть фазосдвигатели отсутствуют. Тогда при М, равном, например 9, и величинах  (), равных

     (6)

формируется равномерное амплитудное распределение

, ,                     (7)

и линейно убывающее фазовое распределение  , показанное на рис. 5:

     (8)

При этом разность фаз  возбуждения соседних излучателей с первого входа, определяемая как

,                               (9)

составит «минус» 90 градусов (), и максимум диаграммы направленности ФАР при питании её с первого входа будет отклонен вправо от нормали к антенному полотну (направления в зенит верхней полусферы окружающего антенну пространства) на угол [7]:

.                                (10)

Рис. 5

В результате с первого входа 9-элементной ФАР формируется направленное излучение с уровнем боковых лепестков «минус» 13 дБ и углом отклонения максимума от нормали 30 градусов вправо при КПД первого луча  %. Для обеспечения другого угла  отклонения луча первого входа при том же уровне боковых лепестков и КПД следует реализовать соответствующую величину  разности фаз соседних излучателей за счет включения в разрывы определенных участков схемы (рис. 4) фиксированных фазовращателей с матрицами рассеяния (2). При этом должно быть ясно, что поскольку плечи 1 и 4 (или 2 и 3) каждого направленного ответвителя развязаны между собой (передача энергии в трактах  и  отсутствует или осуществляется с весьма большим затуханием порядка 20…35 дБ), то включать фазосдвигатели для корректировки  имеет смысл только в разрывы между ответвителями первой линии передачи () и/или выше её, т. е. в разрывы между излучателями и ответвителями первой линии передачи. Следует также подчеркнуть, что физически реализуемые фазосдвигатели вносят только отрицательный фазовый сдвиг и это следует учитывать при формировании фазового распределения с положительной разностью фаз возбуждения соседних излучателей (углом наклона влево от направления в зенит).