Фазированная антенная решётка: устройство и применение¶

Фазированная антенная решётка (ФАР) — это антенная система, состоящая из совокупности излучающих элементов, расположенных в пространстве по определённому закону, в которой направление излучения и форма диаграммы направленности управляются не механическим поворотом конструкции, а изменением амплитудно-фазового распределения токов или полей на элементах. Ключевая особенность ФАР — электронное сканирование луча без инерционных механических перемещений, что обеспечивает высокое быстродействие обзора пространства.

¶Устройство

Основу решётки образуют излучатели: вибраторные, щелевые, рупорные, микрополосковые, диэлектрические или иные элементы. Их размещают регулярно (линейно, по плоскости, по поверхности или в объёме) либо нерегулярно. Расстояние между элементами обычно выбирают близким к половине длины волны, чтобы избежать появления побочных максимумов диаграммы.

Управление лучом обеспечивает фазовращатель в канале каждого элемента. Изменяя сдвиг фазы по линейному закону вдоль решётки, формируют наклон фазового фронта, а значит, и отклонение луча от нормали. Для сканирования в двух плоскостях применяют двумерные решётки. Амплитудное распределение задаётся делителями мощности и аттенюаторами и определяет уровень боковых лепестков.

Различают пассивные ФАР (общий передатчик или приёмник, а управление — только фазовращателями) и активные ФАР (АФАР), где каждый элемент или группа имеет собственный приёмопередающий модуль с усилителем. Активные решётки обладают большей энергетикой и надёжностью за счёт распределения мощности, а также позволяют формировать несколько независимых лучей.

По способу обработки сигнала выделяют аналоговые, цифровые и гибридные решётки. В цифровых ФАР фазирование и формирование диаграммы выполняются вычислительными методами над оцифрованными сигналами, что даёт гибкость и возможность адаптации.

¶Характеристики

• Ширина луча — обратно пропорциональна размеру апертуры в длинах волн.
• Скорость сканирования — определяется быстродействием фазовращателей и может достигать микросекунд.
• Диапазон рабочих частот — от метровых до миллиметровых волн.
• Коэффициент усиления — растёт с числом элементов.
• Уровень боковых лепестков — регулируется амплитудным распределением.

¶Применение

ФАР применяются в радиолокации для быстрого обзора и сопровождения целей, в системах противовоздушной и противоракетной обороны, в радиоастрономии и дальнем зондировании. В связи — в спутниковых терминалах, базовых станциях мобильных сетей и системах радиоэлектронной борьбы. В навигации и радиосвязи с подвижными объектами решётки обеспечивают слежение за спутниками и абонентами.

¶Достоинства и ограничения

К преимуществам относят электронное управление лучом, возможность быстрого переключения режимов, формирование нескольких лучей и адаптивное подавление помех. К недостаткам — сложность и стоимость, потери в фазовращателях и цепях питания, а также рост боковых лепестков при отклонении луча от нормали.