Антенные решетки: варианты конструкций, преимущества и недостатки
Антенная решетка – это сложная антенна, которая содержит излучающие элементы, расположенные в пространстве в определенном порядке, ориентированные и возбуждаемые таким образом, чтобы получить заданную диаграмму направленности.
Диаграмма направленности – это графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости.
В антенных решетках в качестве элементарных излучателей могут использоваться антенны большой и малой направленности. Например, в самых простых решетках печатные излучатели, несимметричные и симметричные вибраторы, волноводные щели могут быть использованы в качестве элементарной антенны. В радиоастрономии применяются системы из больших зеркальных антенн с узкой диаграммой направленности, которые сориентированы в одном направлении, что позволяет увеличить в определенное количество раз коэффициент усиления всей системы и принимать сигнал из пространства на небольших отношениях сигнала к шуму.
Составляющие антенной решетки могут располагаться различным образом. В случае, если фазовые центры излучателей располагаются по одной оси, то решетка является линейной, а если в одной плоскости - плоской. Существуют и более сложные варианты расположения в пространстве составляющих антенной решетки. Чтобы получить принятый из пространства сигнал на выходе антенной решетки, требуется провести когерентное сложение сигналов от всех ее составляющих. Данная функция выполняется распределительной системой, которая строится на элементах сверхвысокочастотного тракта, состоящего из системы управления, линии передачи, а также устройства сложения сигналов. Диаграмма направленности может формироваться:
- Амплитудным распределением, которое представляет собой зависимость коэффициента передачи в конкретном излучающем элементе антенной решетки.
- Фазовым распределением, которое представляет собой зависимость фаз между соседними излучателями. В общем случае им определяется временная задержка сигнала падающей волны, которая связана с разностью хода волну между ближайшими излучателями. На практике используются два основных фазовых распределения: линейное и синфазное. При синфазном антенной формируется излучение по нормали к апертуре. Во втором случае создается возможность формирования излучения под некоторым углом к апертуре. Более сложные фазовые распределения могут быть использованы для подавления боковых лепестков и формирования сложных диаграмм направленности.
К преимуществам антенных решеток относятся: возможность формирования диаграммы направленности сложной формы; возможность использования электрического сканирования; увеличение усиления антенны по сравнению с элементарными излучателями. Уровень помехозащищенности современных радиосистем сильно зависит от уровня боковых лепестков и возможности адаптации его по помеховой обстановке. Антенная решетка является необходимым элементом для создания пространственно-временного динамического фильтра или просто уменьшения уровня боковых лепестков. К недостаткам антенных решеток можно отнести: высокую стоимость; сложность расчета конструкции; сложность элементной базы; сужение полосы.
Классификация антенных решеток
Антенные решетки классифицируются по следующим признакам:
- Геометрия расположения излучателей. Согласно данному признаку антенные решетки делятся на: плоские, криволинейные кольцевые и дуговые), выпуклые (конические и цилиндрические) и линейные. Расположение излучателей в самой решетке может быть эквидистантным (расстояние между излучателями постоянное) и не эквидистантным (расстояние между излучателями изменяется по определенному закону или случайным образом).
- Способ питания (возбуждение). Согласно данному признаку антенные решетки делятся на решетки с параллельным и последовательным питанием. В больших антенных решетках используются комбинации параллельного и последовательного питания излучателей. При последовательном питании составляющие возбуждаются падающей волной последовательно, а при параллельно независимо.
- Соотношение амплитуд токов возбуждения. Согласно данному признаку антенные решетки делятся на решетки с экспоненциальным, равномерным и симметрично спадающим амплитудными распределениями относительно центра решетки. В том случае, когда фазы токов излучателей изменяются вдоль линии их размещения согласно линейного закона, то такие решетки называются линейными с фазовым распределением. Примером таких антенных решеток являются синфазные, у которых фазы электрического тока всех составляющих одинаковы.
