Hệ thống radar - Ăng ten mảng theo giai đoạn

Một Antenna duy nhất có thể phát ra một lượng công suất nhất định theo một hướng cụ thể. Rõ ràng, lượng công suất bức xạ sẽ tăng lên khi chúng ta sử dụng nhóm Anten với nhau. Nhóm Anten được gọi làAntenna array.

Một mảng Antenna là một hệ thống bức xạ bao gồm các bộ tản nhiệt và các phần tử. Mỗi bộ tản nhiệt này có trường cảm ứng riêng. Các phần tử được đặt gần nhau đến mức mỗi phần tử nằm trong trường cảm ứng của một phần tử lân cận. Do đó, mẫu bức xạ do chúng tạo ra, sẽ làvector sum của từng cá nhân.

Anten bức xạ riêng lẻ và trong một mảng, bức xạ của tất cả các phần tử tổng hợp lại, tạo thành chùm bức xạ có độ lợi cao, định hướng cao và hiệu suất tốt hơn, với tổn thất tối thiểu.

Một mảng Antenna được cho là Phased Antenna array nếu hình dạng và hướng của mẫu bức xạ phụ thuộc vào các pha và biên độ tương đối của các dòng điện có mặt tại mỗi Anten của mảng đó.

Mô hình bức xạ

Chúng ta hãy xem xét 'n' các phần tử bức xạ đẳng hướng, khi kết hợp với nhau sẽ tạo thành array. Hình dưới đây sẽ giúp bạn hiểu như vậy. Gọi khoảng cách giữa các phần tử liên tiếp là đơn vị 'd'.

Như trong hình, tất cả các phần tử bức xạ đều nhận được cùng một tín hiệu tới. Vì vậy, mỗi phần tử tạo ra một điện áp đầu ra bằng nhau là $ sin \ left (\ omega t \ right) $. Tuy nhiên, sẽ có mộtphase difference$ \ Psi $ giữa các phần tử liên tiếp. Về mặt toán học, nó có thể được viết là -

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

Ở đâu,

$ \ theta $ là góc mà tín hiệu tới là tới trên mỗi phần tử bức xạ.

Về mặt toán học, chúng ta có thể viết các biểu thức cho output voltages trong số các nguyên tố bức xạ 'n' riêng lẻ như

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

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

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

$$. $$

$$. $$

$$. $$

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

Ở đâu,

$ E_1, E_2, E_3,…, E_n $ lần lượt là điện áp ra của phần tử bức xạ ^thứ nhất, thứ hai, thứ ba,…, n .

$ \ omega $ là tần số góc của tín hiệu.

Chúng tôi sẽ nhận được overall output voltage$ E_a $ của mảng bằng cách thêm điện áp đầu ra của từng phần tử có trong mảng đó, vì tất cả các phần tử bức xạ đó được kết nối trong mảng tuyến tính. Về mặt toán học, nó có thể được biểu diễn dưới dạng:

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

Substitute, các giá trị của $ E_1, E_2, E_3,…, E_n $ trong Phương trình 2.

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

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

Trong phương trình 3, có hai số hạng. Từ số hạng đầu tiên, chúng ta có thể quan sát rằng điện áp đầu ra tổng thể $ E_a $ là một sóng hình sin có tần số góc $ \ omega $. Tuy nhiên, nó đang có sự dịch chuyển pha $ \ left (n-1 \ right) \ Psi / 2 $. Số hạng thứ hai của phương trình 3 là mộtamplitude factor.

Độ lớn của phương trình 3 sẽ là

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

Chúng ta sẽ nhận được phương trình sau bằng cách thay phương trình 1 vào phương trình 4.

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

Phương trình 5 được gọi là field intensity pattern. Mẫu cường độ trường sẽ có các giá trị là số không khi tử số của phương trình 5 bằng 0

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

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

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

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

Ở đâu,

$ m $ là một số nguyên và nó bằng 1, 2, 3, v.v.

Chúng tôi có thể tìm thấy maximum valuescủa mẫu cường độ trường bằng cách sử dụng quy tắc L-Hospital khi cả tử số và mẫu số của Phương trình 5 đều bằng không. Chúng ta có thể quan sát rằng nếu mẫu số của phương trình 5 trở thành 0, thì tử số của phương trình 5 cũng trở thành 0.

Bây giờ, chúng ta hãy lấy điều kiện để mẫu số của phương trình 5 trở thành không.

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

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

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

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

Ở đâu,

$ p $ là một số nguyên và nó bằng 0, 1, 2, 3, v.v.

Nếu chúng ta coi $ p $ là 0, thì chúng ta sẽ nhận được giá trị của $ \ sin \ theta $ là 0. Đối với trường hợp này, chúng ta sẽ nhận được giá trị lớn nhất của mẫu cường độ trường tương ứng vớimain lobe. Chúng ta sẽ nhận được các giá trị lớn nhất của mẫu cường độ trường tương ứng vớiside lobes, khi chúng ta xem xét các giá trị khác của $ p $.

Hướng của mẫu bức xạ của mảng theo từng giai đoạn có thể được điều khiển bằng cách thay đổi các pha tương đối của dòng điện hiện tại ở mỗi Anten. Đây làadvantage của mảng quét điện tử theo từng giai đoạn.