Фазированная решётка регулирует относительные фазы и амплитуды элементов, чтобы их сигналы складывались в нужном направлении. Разрядность фазовращателя задаёт интервал состояний, но не гарантирует напрямую точность наведения и время обновления всей антенны.
Компенсация разности пути
Для удалённого направления путь зависит от положения элемента. Подходящие фазы позволяют волнам складываться синфазно в этом направлении. В приёме аналогично компенсируют относительные фазы перед суммированием.
Рассмотрим линейную равношаговую решётку с расстоянием d и углом θ0, отсчитываемым от нормали к апертуре. При одном соглашении о фазе приращение между соседями Δφ = −(2π/λ)d sin θ0. Другая временная или координатная конвенция меняет запись знака.
Пример с половиной длины волны
Если d = λ/2 и θ0 = 30°, то Δφ = −π/2, то есть −90°. Одинаковые фазы соседей в этой модели дают максимум по нормали.
Это отправная точка для фактора решётки. В реальное излучение входят диаграммы элементов, взаимная связь, потери питания и платформа. Один максимум фактора не определяет реализованное усиление.
Фазовращатель и истинная задержка
Фазовращатель управляет относительной фазой на заданной частоте. Возможны переключаемые линии, отражательные схемы и векторная модуляция. Материал, например полупроводник или феррит, сам по себе не устанавливает потери и скорость.
Истинная временная задержка управляет τ, поэтому фаза меняется с частотой как −2πfτ. Для широкополосного наведения это даёт другие преимущества и ограничения по сравнению с постоянной фазой.
Нельзя назначать всем ферритовым устройствам более 20 мс, а всем MEMS наносекунды. Проверяйте интерфейс, установление, потери, мощность и температуру конкретной модели.
Шесть бит не равны точности луча
Идеальное 6-битное управление имеет 64 состояния за оборот и шаг 360°/64 = 5,625°. При округлении до ближайшего состояния идеальная ошибка квантования не превышает половины шага.
Это не гарантия абсолютной фазовой точности ±2,8125°. Добавляются ошибки состояний, изменение амплитуды, частота и температура. Шаг фазы элемента 5,625° также не равен шагу направления луча.
Смещение с частотой
Если фазы, выбранные на f0, оставить постоянными, простой моделью будет sin θ(f) = (f0/f)sin θ0. Это один из способов описать сквинт луча.
При настройке на 30° на 10 ГГц те же фазы дают около 27,0° на 11 ГГц и 33,7° на 9 ГГц. Пример отслеживает ту же ветвь главного луча; частотная характеристика элементов и питания рассматривается отдельно.
Дифракционные лепестки и амплитудные веса
Слишком большой период может создавать другие направления синфазного сложения. Для идеальной линейной решётки и сканирования ±θmax условие отсутствия дополнительных главных максимумов в видимой области можно записать d < λ/(1+sin θmax).
При равенстве проверяют границу. Даже полуволновой шаг при точном направлении вдоль оси решётки может дать максимум на противоположной границе. Учитывайте кратчайшую волну верхнего края полосы.
Амплитудное распределение уменьшает боковые лепестки с компромиссами по ширине главного луча и использованию апертуры. Оно не устраняет полностью любые помехи.
Калибровка и скорость системы
Измеряйте амплитуду и фазу путей в определённых плоскостях, проверяя поправки по частоте, температуре и состояниям. Кабельная коррекция и радиационная калибровка в установке имеют разный охват.
Общее время включает передачу команды, применение настроек, установление RF и обработку. Переключение одного компонента за 200 нс не означает завершения всего слежения за 200 нс.
Независимые одновременные лучи требуют соответствующих RF-цепей и обработки. Много элементов или быстрое переключение одного луча сами по себе не дают эту функцию.
Сверяйте фазовые веса и дифракционные лепестки, записывая определение углов, полосу и условия измерения.
