Фазированные антенные решётки удобно сравнивать по двум независимым признакам: где расположены активные ВЧ-модули и где формируется луч. Пассивная и активная решётки описывают распределение усилителей; аналоговое, цифровое и гибридное формирование — способ обработки. Эти названия не являются четырьмя взаимоисключающими классами.
Общий принцип управления лучом
Решётка состоит из нескольких излучающих элементов. Их относительные амплитуды и фазы определяют, как поля складываются в разных направлениях. Изменение весов позволяет управлять диаграммой, но итог зависит также от геометрии, диаграммы отдельного элемента и взаимного влияния.
Для линейной решётки с шагом d и углом θ от нормали фазовый шаг по модулю можно записать как |Δφ| = 2π(d/λ)|sin θ|. Знак зависит от принятой координатной и фазовой конвенции. При d = λ/2 и θ = 30° модуль равен π/2, то есть 90°.
Пассивная решётка с электронным сканированием
В типичной архитектуре PESA используются общая передающая цепь и распределительная сеть с фазовым управлением. «Пассивная» не означает отсутствие передатчика в системе и не ограничивает антенный коэффициент усиления диапазоном 20–30 дБ.
Потери распределительной сети, фазовращателей и трактов влияют на излучаемую мощность и чувствительность. Число лучей и режимы зависят от конкретной архитектуры, а не только от слова PESA.
Активная решётка
В AESA усилительные и приёмные функции распределены по элементам или подрешёткам. Такая архитектура позволяет управлять каналами, но требует питания, охлаждения, контроля и калибровки. Отказ части модулей может изменять диаграмму и чувствительность; допустимость определяется требованиями системы.
AESA не означает обязательные 40–50 дБи, угол сканирования 90° или точность менее одного градуса. Апертура, частота, эффективность, сканирование и определение измеряемой точности задаются отдельно.
Аналоговое, цифровое и гибридное формирование
| Способ | Где применяются веса | Основной компромисс |
|---|---|---|
| Аналоговый | В аналоговом тракте до объединения или после разделения | Число ВЧ-цепей и реализуемых независимых лучей. |
| Цифровой | В цифровых данных независимых каналов | Объём данных, преобразователи, вычисления и калибровка. |
| Гибридный | Комбинация аналоговых подрешёток и цифровых каналов | Сложность ниже полной цифровизации, но дополнительные ограничения на лучи. |
Цифровое управление аналоговым фазовращателем не превращает тракт в полностью цифровое формирование луча. В полностью цифровом подходе необходимы независимые данные каналов в предусмотренной точке оцифровки. Активная решётка при этом может использовать любой из перечисленных способов.
Шаг элементов, сканирование и широкая полоса
Чрезмерный шаг может создавать решёточные лепестки. Для простого линейного расположения один из критериев их отсутствия в заданном секторе связан с d ≤ λ/(1+|sin θmax|); расчёт выполняют на худшей частоте и с учётом геометрии. Правило λ/2 полезно, но не заменяет проверку всех условий.
При уходе от нормали меняются проекция апертуры и диаграмма элемента, поэтому усиление не остаётся автоматически постоянным. Фазовое управление также может приводить к изменению угла луча с частотой — beam squint. Истинная временная задержка решает другую задачу, чем постоянный фазовый сдвиг.
Какие параметры сравнивать
- Частотная полоса и мгновенная полоса сигнала.
- Апертура, сектор сканирования и диаграммы во всём секторе.
- Излучаемая мощность и приёмная чувствительность, а не только усиление одного модуля.
- Число одновременных независимых лучей и каналов.
- Калибровка, фазовые и амплитудные ошибки, взаимное влияние элементов.
- Питание, тепловой режим, масса, интерфейсы и допустимые отказы.
Нельзя назначать каждой архитектуре фиксированное усиление или обязательные 100 Вт на элемент. Основа сравнения — требования конкретной радиолокационной или связной системы. Математика весов и диаграмм представлена в Antenna-Theory: антенные решётки.
