Фазированные антенные решетки и их назначение. Калибровка и контроль ФАР

Калибровка и контроль ФАР

Калибровка есть процесс определения характеристик каналов ФАР, участвующих

Основное соотношение управления ФАР (фаза)

- длина волны

- координаты элемента

- направляющие

Основное соотношение управления ФАР (амплитуда)

- начальная амплитуда коэффициента передачи канала (дБ)

-

Калибровка с последовательным отключением каналов

Источник

К векторному детектору сигнала

Развинтить антенну непросто, но

Калибровка с помощью зонда

К векторному детектору сигнала

Источник

Зонд надвигается на каждый элемент

Ручные измерения – зло

Ручная перестыковка – источник ошибок
Ручное позиционирование – источник

Калибровка методом переключений

Зонд неподвижен относительно антенны, при необходимости учитывается набег по

Что нужно выбрать при разработке метода калибровки:

Как часто будет проводиться калибровка
Как

Как часто производить калибровку

Один раз за жизненный цикл (гарантийный срок)
После ремонта

Как доставить контрольный сигнал?

Вышка с источником сигнала

Зонд в ближнем поле - схема

Σ

To N.A.

Зонд в ближней зоне

Вид с зонда

Σ

To N.A.

Вид с элемента

На выносной штанге

На поверхности Земли (спутник)

Калибровка по небесным источникам

Звезды
Солнце
Спутники

Дополнительные элементы - зонды

Взаимная связь между элементами

Внутреннее отражение от излучателей

Нет картинки

Линии доставки сигнала в апертуру (проволока)

Специальная система доставки сигнала

Специальная система доставки сигнала

Еще варианты

Основной принцип калибровки по контрольным цепям

Перед первым использованием:
Определить начальные длины по

Основной принцип калибровки по контрольным цепям

После ремонта:
Начальные длины по эфиру определить

К вопросу выбора взаимного положения ФАР и зонда

Определение зоны допустимого положения

Положение зонда через ДН элемента

Положение зонда через ДН элемента

Положение зонда через ДН зонда

К вопросу выбора взаимного положения ФАР и зонда

Определение зоны допустимого положения

Ошибка в определении положения зонда

Дальнее расположение зонда

Ближнее расположение зонда

Ближнее расположение зонда

Искажение фазового распределения

1) Линейный член (поперек оси антенны) :
: отклонение

2)

Смещение зонда вбок:

Возникает линейная фазовая ошибка
Это приводит к уходу положения луча
Незначительная

Искажение фазового распределения

1) Линейный член (поперек оси антенны) :
: отклонение

2)

Искажение формы луча – уход вдоль

Искажение формы луча – уход поперек

Выводы

Зонд желательно располагать над центром апертуры (напротив центра)
Зонд желательно располагать как

Привязка направления лазерной указкой

Привязка направления лазерной указкой

Трубка холодной пристрелки

Привязка направления трубкой холодной пристрелки

К вопросу об условии дальней зоны

Расстояние до края

Разность хода

Искажение формы луча

Привязка зонда с помощью тахеометра

Привязка зонда с помощью тахеометра

Привязка плоскости апертуры и сканера

К вопросу выбора взаимного положения ФАР и зонда

Определение зоны допустимого положения

Учет влияния переотражений

При амплитудно-фазовом управлении

Диаграмма направленности ФАР становится равной сумме двух диаграмм –

При чисто фазовом управлении

Для чисто фазового управления «ДН помехи» две
Они расположены

Переотражения при близком расположении зонда

Форма помеховой диаграммы

Методы борьбы с переотражениями

Установка поглощающих экранов
Подбор ДН зонда
Разворот ФАР нулем элемента

Методы борьбы с переотражениями

Методы борьбы с переотражениями

Что нужно выбрать при разработке метода калибровки:

Как часто будет проводиться калибровка
Как

Простой поиск максимума сигнала

Последовательно увеличивать фазу канала
Измерять мощность поля
Определить положение фазовращателя

Single channel, 180-degrees phase toggle

A Built-In Performance-Monitoring/Fault
Isolation and Correction (PM/FIC) System
for

Single channel, 180-degrees phase toggle

Ron Sorace

Phased Array Calibration

IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS

Метод кодирования контрольной последовательностью

Манипуляция фазой производится в соответствии со значениями столбцов

3. МТЕ Method (Method of Two Elements)

Сущность МТЕ

Все каналы кроме двух (опорного и тестируемого) отключаются.
Фазовое состояние

Изменение суммарного сигнала

МТЕ – простые формулы

Inserted phase, deg

for

Изменение суммарного сигнала

МТЕ – точная формула

Теорема косинусов

тогда

если

Для оценки можем использовать дискретное преобразование Фурье

4. REV Method (Rotating Electrical Vector)

Сущность REV

Все каналы включены
Для всех каналов, начинаем калибровку с одного и

Формулы REV

От MTE к REV (альтернатива)

Для всех комбинаций опорного (тонкая линия) и

Нормируем суммарные вектора к константе (единице)
Масштабированием и доворотом

От MTE к REV

… а с ними и пары опорный - тестируемый

… теперь сигналы

Метод, может быть, и не оптимален, но удобен во многих отношениях

Удобно

Поиск отказавшего элемента

Оптимальность по критерию наименьшего квадрата

Модель фазовращателя:

Поле канала :

Мощность

Начальная фаза - это не фаза в нулевом состоянии

Фазовращатель 0 90 180 270
Начальная фаза

Что нужно выбрать при разработке метода калибровки:

Как часто будет проводиться калибровка
Как

Основная проблема калибровки многоэлементной ФАР

С увеличением количества каналов, амплитуда модуляций мощности

Основные подходы к калибровке многоканальных ФАР

Сигнал ФАР должен быть снижен
Отключением некоторых

Готовые подрешетки

Расфазировка в группах

Фаза каждого второго канала в группе инвертируется

1

2

3

4

5

6

7

32

Инверсия фазы

Antenna aperture.

Противоречие:

Расфазировка всей ФАР (шаг 1)

Все каналы делятся на группы, примерно пополам
Фазы

Расфазировка всей ФАР (шаг 2)

Каналы разделяются на две группы по другому,

Расфазировка всей ФАР

Чтобы хорошо перемешать каналы между группами, удобно применять функцию

Основные подходы к калибровке многоканальных ФАР

Сигнал ФАР должен быть снижен
Отключением некоторых

1-й подход: Калибруем каналы внутри групп

Работает только модуль 32, остальные «отключены
Калибруем

1-й подход: Группы калибруются друг относительно друга как единый канал

Колонки 1

2-й подход: Группы перекрываются …

2-й подход: совмещаем фазы используя перекрытие

100

120

170

60

80

90

110

180

180

190

210

280

110

120

130

150

80

90

110

180

10

20

30

50

100

120

170

60

3-й подход: Вся антенна калибруется за один или несколько проходов