2.2. Особенности энергетики АФАР

Любой радар имеет ограниченные источники энергии и поэтому при излучении сигнала всегда требуется донести максимум этой энергии

от источника до облучаемой цели. Количество энергии определяется построением передатчика и антенны. В традиционном радаре с рефлекторной антенной передатчик и антенна проектируются независимо. Поэтому от передатчика требуется генерировать заданную мощность при максимуме КПД, а от передающей антенны - формировать заданную с максимальным КНД. АФАР является передатчиком и антенной одновременно. Поэтому функции антенны и передатчика в ней взаимосвязаны и взаимозависимы, что является главной особенностью энергетики АФАР и отличает ее от других типов антенн. Поясним это. Передающая система традиционного радара с рефлекторной антенной (или пассивной ФАР), как правило, является одноканальной один генератор возбуждает одну антенну (рис. 2.2). Даже если передатчик выполнен по многокаскадной схеме, но коэффициент усиления выходного каскада больше потерями мощности во всех предыдущих каскадах можно пренебречь и использовать схему рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема однокапальиого передатчика

КПД передатчика (рис. 2.2) является произведением КПД входящих в него звеньев:

где - мощность, подводимая к антенне; мощность, потребляемая от источника питания; звена передатчика.

Величина определяет прямые потери мощности в системе.

КНД антенны, входящей в систему, зависит от отклонения амплитуд и фаз сигнала на апертуре антенны от заданного закона распределения. В дальнейшем для краткости мы будем называть эти отклонения ошибками амплитудно-фазового распределения (АФР) или просто ошибками распределения. Эти ошибки обычно связаны с технологическими ограничениями при изготовлении антенны, носят случайный характер и уменьшают КНД антенны в соответствии с выражением [3].

где среднее значение КНД в максимуме при наличии ошибок распределения; в максимуме при отсутствии ошибок распределения.

Произведение:

назовем полным КПД системы передатчик антенна, поскольку оно позволяет определить уменьшение общего энергетического потенциала РЛС относительно идеального случая, когда передатчик не имеет потерь, а антенна обеспечивает заданное АФР.

В РЛС с АФАР система передатчик - антенна является многоканальной (рис. 2.3). Сигнал от возбудителя делится между параллельными каналами АФАР и проходит через многоканальные звенья системы: делитель мощности, усилители мощности, фазовращатели, согласующие цепи и излучатели. Реальные элементы, образующие каждое звено, имеют отклонения параметров от номинального значения, вызванные технологическими погрешностями при изготовлении. В результате амплитуды и фазы сигналов, прошедших через разные каналы многоканальной системы, будут различны.

Таким образом, в РЛС с АФАР ошибки распределения, уменьшающие КНД антенны, создаются не только погрешностями изготовления излучателей, но и погрешностями изготовления элементов каждого многоканального звена. Эти ошибки распределения могут быть весьма значительными, поскольку все звенья АФАР (рис. 2.3) вплоть до источников питания, вносят в них свой вклад [4, 5].

Рис. 2.3. (см. скан) Схема многоканального передатчика (АФАР)

Величина в многоканальной АФАР, также как в (2.1), является произведением величин показывающих вклад каждого звена в уменьшение КНД антенны:

Полный КПД многоканальной АФАР может быть представлен в виде:

Из (2.5) следует, что каждое многоканальное звено АФАР, создающее ошибки распределения, вносит в систему двойные потери: за счет прямых потерь (уменьшения КПД) и за счет уменьшения КНД антенны. Полный КПД 1-го многоканального звена АФАР равен:

Произведение (2 6) позволяет сформулировать требования к параметрам элементов, входящих в состав многоканального звена системы, и к идентичности этих параметров. Оно также позволяет минимизировать потери, вызываемые данным звеном. Методы расчета приведены ниже.