Взаимное влияние элементов фазированной антенной решетки

ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ФАР:

      Во избежании появления вторичных главных максимумов излучения , элементы решетки должны располагаться сравнительно близко друг относительно друга , в слеедствии чего имеет место взаимное влияние , которое может существенно нарушить нормальную работу ФАР.

      Наличие взаимной связи проявляется по-разному в зависимости от условий возбуждения элементов решетки.Допустим , что токи в излучающих элементах заданы , т.е. “навязаны” отдельными генераторами , подключенными ко входу каждого из элементов.Наличие взаимной связи приводит к тому , что входное сопротивление излучателя в решетке отличается от соответствующей величины в свободном пространстве.Поскольку наведенные сопротивления зависят от соотношения амплитуд и фаз токов , а фазы меняются в процеессе сканирования , то величина входного сопротивления также зависит от направления излучения.В результате меняется мощность , которую должны отдавать генераторы , питающие отдельные элементы.

      Реальное возбуждение элементов ФАР осуществляется иначе , например , с помощью разветвленной фидерной системы , в каждом тракте которой стремятся создать режим бегущей волны.В этих условиях в проццессе сканирования обеспечивается постоянный уровень падающей мощности , а под амплитудой и фазой возбуждения элементов подразумевается амплитуда и фаза падающей волны.Эквивалентная схема подобного возбуждения изображена на (РИС.19).

(РИС.19)

Энергия , попадающая в тракт каждого элемента из разветвлений , учитывается введением эквивалентного генератора , внутреннее сопротивление которого равно волновому сопротивлению тракта  для поддержания режима бегущей волны.Взаимное влияние здесь проявляется в появлении отражений в тракте питания , обусловленных попаданием энергии от соседних излучателей в тракт каждого элемента , причем коэффициент отражения  зависит от направления излучения и связан с входным сопротивлением элемента соотношением:

      Появление отражений приводит к тому , что если в режиме , например , нормального излучения решетка была согласована с трактом , то в некотором направлении излучения она может быть полностью рассогласована , т.е. вся мощность будет отражаться обратно и ФАР перестанеет излучать (эффект “ослепления” ФАР).

      Взаимное влияние приводит также к тому , что ДН одного элемента   в составе решетки может сущеественно отличаться от ДН этого же элемента в свободном пространстве (может изменяться и поляризационная характеристика элемента).В ситуации , когда заданы токи в элементах решетки , ДН одного элемента соответствует режим , когда данный элемент возбужден , а на входе остальных элементах элементов токи равны нулю.Для вибраторных излучателей это соответствует размыканию входных элементов.Подобные разомкнутые элементы (при длине плеча ) оказывают сравнительно малое влияние , которым можно принебречь , поэтому ДН излучателя в решетке , возбужденной заданными токами , почти не отличается от ДН в свободном пространстве.

      Для реального режима возбуждения элементов ФАР ДН одного элемента   соответствует режим , когда данный элемент возбужден , а остальные элементы нагружены на согласованные нагрузки , равные внутренним сопротивлениям эквивалентных генераторов.Подобная ДН может существенно отличаться от ДН этого же элемента в свободном пространстве , причем степень отличия проявляется по-разному для центральных и крайних элементов решетки.Для больших решеток можно считать , что большая часть элементов работает в одинаковом режиме в смысле соседнего окружения (крайние элементы для выравнивания условий работы иногда специально окружают пассивными элементами , нагруженные на согласованные нагрузки).В этом случае можно считать , что функция  одинакова для всех элементов.Знание функции  позволяет не только судить о истинной ДН решетки , но и определить зависимость от направления излучения коэффициента отражения  в трактах питания при возбуждении всех элементов.

      Для реальных излучателей ДН с учетом взаимного влияния может существенно отличаться по форме от .На (РИС.20) для примера изображена ДН волноводного излучателя в составе решетки , а также ДН идеального излучателя.

(РИС.20)

Как видно , нулевые провалы , соответствующие “ослеплению” решетки , могут возникнуть не только при углах , соответствующих появлению вторичных главных максимумов , но и при меньших углах.Это может быть связано с разными причинами , в частности с возможностью возбуждения над решеткой , содержащей диэлектрическое покрытие , поверхностной волны; возбуждение в волноводных излучателях высших типов волн из-за несимметрии внешнего поля при сканировании и др.

      Отражения в трактах излучателей , возникающие вследствие отличия  от идеальной формы нельзя устранить обычными методами согласования , поскольку коэффициент отражения зависит от направления излучения.Поэтому для борьбы с отражениями используют специальные методы широкоугольного согласования , такие , как применение экранов между излучателями вибраторного типа , размещение под волноводной решеткой тонкого диэлектрического листа с большой диэлектрической проницаемостью , использование диэлектрических вставок в волноводных излучателях.Для уменьшения влияния отражений на работу генераторов применяют также устройства , поглощающие отраженную волну в трактах (вентили или циркуляторы).Заметим , что последний метод не снимает остальных проблем , связанных с эффектом взаимного влияния , в частности уменьшением коэффициента усиления решетки.