Сложение мощностей активных элементов. Двухтактное включение. Мостовые схемы сложения мощностей. Способы питания излучателей ФАР, страница 2

В таких схемах оба генератора  развязаны  друг  относительно друга и независимы друг от друга.

Недостаток схемы : полоса пропускания составляет около 5% .

Если такие схемы используются в диапазоне СВЧ, то в микрополосковом соединении схема выглядит так (рис. 6.4.6.):

Рис.6.4.6.

6.5. Квадратурные мосты , деление и сложение мощностей.

Квадратурные мосты представляют собой отрезки  двухпроводной линии длиной L и помещённые в общий экран круглой (прямоугольной) формы  (рис. 6. 5.1).

рис. 6.5.1

К выводу один подключён генератор с внутренним cопротивлением r1=ρ к  остальным - согласованные    активные сопротивления R2=R3=R4=ρ.

Пол действием ЭДС в проводнике А течёт токIa . При  наличии емкостной связи в R3 и R4 текут синфазные токи. При  наличии  индуктивной связи М в проводниках R4 и R3 текут противофазные токи. В этом случае вывод 4 будет развязан по отношению к выводу  1 ,  а мощность определяется так - половина в плечо 2 , половина в  плечо 3.

Достоинство схемы : при рассогласовании нагрузки в плечах 2 и 3 отражённая мощность поступает в плечо 4 и там рассеивается. При этом Rвх со стороны плеча 1 сохраняется неизменным . Если в  плечо 1 и 4 подключены идентичные генераторы , то  генераторы  будут развязаны между собой и в зависимости от  разности  фаз  сигналов мощность будет поступать в плечо 2 и 3. Генераторы работают независимо друг от друга.

6.6. Суммирование  мощностей  с  помощью Фазированных антенных решёток (ФАР)

Излучение с помощью ФАР  получило  большое  распространение. Благодаря использованию управляемых фазовращателей и переключателей в системе с ФАР можно быстро и с высокой  точностью  изменять направление ДН , а также можно следить за  несколькими  целями.  В системах с фар сложение мощностей происходит в пространстве.  Число отдельных излучателей может достигать нескольких тысяч.

Достоинство системы : удобство автоматизации и контроля  всей РПдУ системы , высокая надёжность вследствие слабого изменения  характеристик системы в целом из-за выхода из строя отдельных  излучателей.

В зависимости от расположения излучателей ФАР системы  различают:

1. линейные.

2. плоские,

3. цилиндрические.

Рассмотрим принцип  действия  ФАР  на  основе  линейной  ФАР (рис.6.6.1). В ней излучатели расположены вдоль прямой линии.

рис.6. 6. 1

Как видим, между излучателями сдвиг фаз равный φ .  Согласно принципу суперпозиции, ДН ФАР состоит из n излучателей ,  к  которым подводятся сигналы с одинаковой частотой и с  одинаковой  амплитудой Uo и с разностью фаз φ. В этом случае, напряжённость поля Е(θ) равна:

где k - постоянный коэффициент,

 - фазовая постоянная ,

d - разность хода лучей и расстояние между двумя соседними излучателями,

θo- угол, определяющий направление луча.

Из выражения следует, что максимум излучения будет когда

l1 - φ = 0 это условие компенсации разности хода лучей l1засчёт фазового сдвига φ сигналов возбудителей.

                           

                           

т.е изменяя  φ можно управлять лучом антенны.

Для плоской ФАР  обычно  ограничиваются  углом  сканирования                          [-60°...+60°] ,  потому что с увеличением  θ ,  увеличивается  ширина угла и уменьшается эффективная площадь антенны.

Для управления лучом в двух ортогональных  направлениях  используют двумерную ФАР.

Если необходим сектор обзора 360°, то применяют цилиндрическую ФАР ,  в которой поочерёдно производится включение групп  излучателей.

Связь между излучателями достаточно слаба.  Развязка  достигает 30 дБ.

Различают последовательное и параллельное возбуждения с  помощью матричной схемы Батлера. Последовательная  и  параллельная схемы возбуждения представляют собой синфазные делители мощности. Управляют по определённой программе с помощью фазовращателей непрерывного или дискретного типа сдвигом фаз в каждом канале,  осуществляется электронное сканирование лучом.

Устройство сканирования по схеме Батлера представляет  собой электрическую пассивную цепь с n входами и m выходами. Все  выходы развязаны между собой. Возбуждение  одного  входа  приводит  к появлению сигнала на всех выходах, т.е. в  состав  схемы  Батлера входят квадратурные делители гибридного типа и неуправляемые  фазовращатели с постоянным сдвигом фаз.  В  зависимости  от  номера входа, к которому подводится сигнал, происходит изменение распределения фаз выходных сигналов вдоль решетки и соответствующиe изменение положения луча антенны . Общее число таких положений равно  .

         6.7. Способы питания излучателей ФАР

Чтобы избежать применения мощного усилителя строят  системы в модульном исполнении с применением усилителей мощности  в  каждом канале. Структурная схема предоставлена на рис.6.7.1.

Рис.6.7.1.

Недостатки: схема громоздка, требует дополнительных  элементов для УМ и задержки, которые трудно разместить в  раскрыве  антенны.      Достоинство: возможность суммирования сверхвысоких мощностей. Структурная схема  использования  автогенераторов  непосредственно в раскрыве ФАР предоставлена на рис.6.7.2.

                       рис. 6. 7. 2.

Эти системы проще по конструкции. В роли элементов фазирования в этом случае выступают взаимные связи излучающих элементов в решётке через общее поле излучения. Каждый автоколебательный  модуль может  содержать несколько АГ или представлять ансамбль взаимносинхро-низированных АГ. Обычно электронная перестройка  резонансных систем АГ осуществляется с помощью варикапов. Часто для стабилизации фазы используются  системы  автоподстройки  фазового набега.