ระบบเรดาร์ - เสาอากาศอาร์เรย์แบบแบ่งระยะ

เสาอากาศเดียวสามารถแผ่พลังงานจำนวนหนึ่งไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งได้ เห็นได้ชัดว่าปริมาณของพลังงานรังสีจะเพิ่มขึ้นเมื่อเราใช้กลุ่มเสาอากาศร่วมกัน เรียกว่ากลุ่มของเสาอากาศAntenna array.

อาร์เรย์เสาอากาศเป็นระบบการแผ่รังสีที่ประกอบด้วยหม้อน้ำและองค์ประกอบต่างๆ หม้อน้ำแต่ละตัวมีสนามเหนี่ยวนำของตัวเอง องค์ประกอบต่างๆจะถูกวางไว้อย่างใกล้ชิดจนแต่ละชิ้นอยู่ในสนามเหนี่ยวนำของคนใกล้เคียง ดังนั้นรูปแบบการแผ่รังสีที่ผลิตโดยพวกมันจะเป็นแบบvector sum ของแต่ละคน

เสาอากาศแผ่รังสีแยกกันและในขณะที่อยู่ในอาร์เรย์การแผ่รังสีขององค์ประกอบทั้งหมดจะรวมกันเป็นลำแสงรังสีซึ่งมีอัตราขยายสูงทิศทางสูงและประสิทธิภาพที่ดีขึ้นโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุด

มีการกล่าวถึงเสาอากาศอาร์เรย์ Phased Antenna array ถ้ารูปร่างและทิศทางของรูปแบบการแผ่รังสีขึ้นอยู่กับเฟสสัมพัทธ์และแอมพลิจูดของกระแสที่มีอยู่ที่เสาอากาศแต่ละอันของอาร์เรย์นั้น

รูปแบบการแผ่รังสี

ให้เราพิจารณาองค์ประกอบของรังสีไอโซทรอปิก 'n' ซึ่งเมื่อรวมกันเป็น array. รูปด้านล่างจะช่วยให้คุณเข้าใจสิ่งเดียวกัน ให้ระยะห่างระหว่างองค์ประกอบต่อเนื่องเป็นหน่วย 'd'

ดังแสดงในรูปองค์ประกอบของรังสีทั้งหมดได้รับสัญญาณขาเข้าเดียวกัน ดังนั้นแต่ละองค์ประกอบจะสร้างแรงดันเอาต์พุตเท่ากับ $ sin \ left (\ omega t \ right) $ อย่างไรก็ตามจะมีความเท่าเทียมกันphase difference$ \ Psi $ ระหว่างองค์ประกอบต่อเนื่อง ในทางคณิตศาสตร์สามารถเขียนเป็น -

$$ \ Psi = \ frac {2 \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \: \: \: \: \: สมการ \: 1 $$

ที่ไหน

$ \ theta $ คือมุมที่สัญญาณขาเข้าตกกระทบกับองค์ประกอบรังสีแต่ละชิ้น

ในทางคณิตศาสตร์เราสามารถเขียนนิพจน์สำหรับ output voltages ขององค์ประกอบรังสี 'n' เป็นรายบุคคล

$$ E_1 = \ sin \ left [\ omega t \ right] $$

$$ E_2 = \ sin \ left [\ omega t + \ Psi \ right] $$

$$ E_3 = \ sin \ left [\ omega t + 2 \ Psi \ right] $$

$$. $$

$$. $$

$$. $$

$$ E_n = \ sin \ left [\ omega t + \ left (N-1 \ right) \ Psi \ right] $$

ที่ไหน

$ E_1, E_2, E_3, ... , E_n $ เป็นแรงดันไฟฟ้าที่ส่งออกของครั้งแรกที่สองที่สาม, ... , n ^THองค์ประกอบรังสีตามลำดับ

$ \ omega $ คือความถี่เชิงมุมของสัญญาณ

เราจะได้รับไฟล์ overall output voltage$ E_a $ ของอาร์เรย์โดยการเพิ่มแรงดันเอาต์พุตของแต่ละองค์ประกอบที่มีอยู่ในอาร์เรย์นั้นเนื่องจากองค์ประกอบการแผ่รังสีทั้งหมดเหล่านั้นเชื่อมต่อกันในอาร์เรย์เชิงเส้น ในทางคณิตศาสตร์สามารถแสดงเป็น -

$$ E_a = E_1 + E_2 + E_3 + … + E_n \: \: \: สมการ \: 2 $$

Substituteค่าของ $ E_1, E_2, E_3, …, E_n $ ในสมการ 2

$$ E_a = \ sin \ left [\ omega t \ right] + \ sin \ left [\ omega t + \ Psi \ right] + \ sin \ left [\ omega t + 2 \ Psi \ right] + \ sin \ left [\ omega t + \ left (n-1 \ right) \ Psi \ right] $$

$$ \ Rightarrow E_a = \ sin \ left [\ omega t + \ frac {(n-1) \ Psi)} {2} \ right] \ frac {\ sin \ left [\ frac {n \ Psi} {2} \ right]} {\ sin \ left [\ frac {\ Psi} {2} \ right]} \: \: \: \: \: สมการ \: 3 $$

ในสมการ 3 มีสองเทอม จากเทอมแรกเราสามารถสังเกตได้ว่าแรงดันเอาต์พุตโดยรวม $ E_a $ เป็นคลื่นไซน์ที่มีความถี่เชิงมุม $ \ omega $ แต่มีการเลื่อนเฟสเป็น $ \ left (n − 1 \ right) \ Psi / 2 $ เทอมที่สองของสมการ 3 คือamplitude factor.

ขนาดของสมการ 3 จะเป็น

$$ \ left | E_a \ right | = \ left | \ frac {\ sin \ left [\ frac {n \ Psi} {2} \ right]} {\ sin \ left [\ frac {\ Psi} {2} \ right]} \ right | \: \: \: \: \: สมการ \: 4 $$

เราจะได้สมการต่อไปนี้โดยการแทนสมการ 1 ในสมการ 4

$$ \ left | E_a \ right | = \ left | \ frac {\ sin \ left [\ frac {n \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ right]} {\ sin \ left [\ frac {\ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ right]} \ right | \: \: \: \: \: สมการ \: 5 $$

เรียกสมการ 5 field intensity pattern. รูปแบบความเข้มของสนามจะมีค่าเป็นศูนย์เมื่อตัวเศษของสมการ 5 เป็นศูนย์

$$ \ sin \ left [\ frac {n \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ right] = 0 $$

$$ \ Rightarrow \ frac {n \ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} = \ pm m \ pi $$

$$ \ Rightarrow nd \ sin \ theta = \ pm m \ lambda $$

$$ \ Rightarrow \ sin \ theta = \ pm \ frac {m \ lambda} {nd} $$

ที่ไหน

$ m $ เป็นจำนวนเต็มและเท่ากับ 1, 2, 3 และอื่น ๆ

เราสามารถค้นหาไฟล์ maximum valuesของรูปแบบความเข้มสนามโดยใช้กฎ L-Hospital เมื่อทั้งตัวเศษและตัวส่วนของสมการ 5 มีค่าเท่ากับศูนย์ เราสามารถสังเกตได้ว่าถ้าตัวส่วนของสมการ 5 กลายเป็นศูนย์ตัวเศษของสมการ 5 ก็จะกลายเป็นศูนย์ด้วย

ตอนนี้ให้เรารับเงื่อนไขที่ตัวส่วนของสมการ 5 กลายเป็นศูนย์

$$ \ sin \ left [\ frac {\ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} \ right] = 0 $$

$$ \ Rightarrow \ frac {\ pi d \ sin \ theta} {\ lambda} = \ pm p \ pi $$

$$ \ rightarrow d \ sin \ theta = \ pm p \ lambda $$

$$ \ Rightarrow \ sin \ theta = \ pm \ frac {p \ lambda} {d} $$

ที่ไหน

$ p $ เป็นจำนวนเต็มและเท่ากับ 0, 1, 2, 3 และอื่น ๆ

ถ้าเราพิจารณา $ p $ เป็นศูนย์เราจะได้ค่า $ \ sin \ theta $ เป็นศูนย์ สำหรับกรณีนี้เราจะได้รับค่าสูงสุดของรูปแบบความเข้มของฟิลด์ที่สอดคล้องกับmain lobe. เราจะได้รับค่าสูงสุดของรูปแบบความเข้มของสนามที่สอดคล้องกับside lobesเมื่อเราพิจารณาค่าอื่น ๆ ของ $ p $

ทิศทางของรูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์แบบแบ่งขั้นตอนสามารถนำไปใช้ได้โดยการเปลี่ยนเฟสสัมพัทธ์ของกระแสปัจจุบันที่เสาอากาศแต่ละตัว นี้เป็นadvantage ของอาร์เรย์แบบแบ่งขั้นตอนการสแกนแบบอิเล็กทรอนิกส์