Типы адаптивных антенных решеток

Само собой разумеется, что ААР должна состоять из электрически управляемой антенной решетки (ЭУАР) и блока адаптации, часто называемого процессором. Блок адаптации формирует значение управляющего вектора* W в зависимости от текущей сигнально-помеховой ситуации, проявляющейся в совокупности принятых сигналов {S_n}, которая образует сигнальный вектор S. Диаграмма направленности ЭУАР в конкретный момент времени t однозначно определяется этим вектором. В отсутствии мешающих сигналов ЭУАР должна формировать в определенном смысле оптимальную исходную ДН F₀(θ), которая обеспечивает требуемую зону радиосвязи.

Существует два основных варианта построения ААР [14 − 18]. Один из них, называемый схемой Аппелбаума или ААР с полной обработкой сигналов [14], строится на основе ЭУАР, сигналы каждого элемента которой подвергаются весовой обработке (рис. 3.2). В отсутствии помех управляющий вектор W поддерживается в состоянии W₀, при котором формируется необходимая исходная ДН F₀(θ). Конечно же, вектор W₀ может храниться в памяти процессора, но на структурной схеме он показан отдельно, чтобы подчеркнуть его существование и важную роль.

Рис. 3.2. Обобщенная структура ААР по схеме Аппелбаума

Другой вариант построения ААР, представленный на рис. 3.3, наряду с регулируемыми каналами содержит основной нерегулируемый канал, сигнал которого не подвергается обработке. Дело в том, что зачастую практичнее неадаптивную антенну, например, зеркало больших размеров или ФАР из десятков тысяч элементов, дополнить минимально необходимым числом электрически управляемых антенных элементов, осуществляющих адаптивную компенсацию помеховых сигналов, чем заново конструировать ААР. Такой подход может быть оправданным и в случае телекоммуникационных систем.

ДН основного элемента обеспечивает требуемую зону связи. Поэтому в отсутствии помех у всех регулируемых весовых коэффициентов {W_n} (n = 1,..,N) устанавливаются нулевые значения, и ДН основного элемента АР (n = 0) служит исходной ДН: f₀(θ) = F₀(θ). Таким образом, дополнительные элементы АР включаются в работу только под воздействием помеховых сигналов, выполняя функцию компенсаторов этих помех. Зачастую такой вариант ААР называют «ААР с частичной обработкой сигналов» [15]. Название неудачное, так как ассоциируется с

Рис. 3.3. ААР c основным элементом и компенсаторами

неполнотой/ущербностью обработки сигналов. Поэтому будем использовать более подходящее название «ААР с основным элементом». Структурные отличия рассматриваемых вариантов ААР невелики, но их характеристики и соответствующие формулы различаются. На рис. 3.3 графики ДН F₀(θ) и F(θ, t) привязаны к основному элементу АР, чтобы подчеркнуть то обстоятельство, что в отличие от предыдущего варианта фазовый центр этих ДН находится у основного элемента.

Естественно, что практическая реализация ААР связана с использованием чувствительных приемников в каждом канале. При супергетеродинном приеме необходимо сохранение когерентности сигналов в процессе преобразования частоты, что достигается за счет использования общего для всех каналов гетеродина. Примем следующие упрощающие допущения.

Допущение 1. Будем считать все приемники идеальными линейными усилителями, наличие которых изменяет лишь уровень сигналов, но не соотношения между ними. Поэтому на структурной схеме и при последующем анализе присутствие приемников не учитывается.

Допущение 2. Будем считать, что, как это и есть в подавляющем большинстве случаев на практике, полезный сигнал является узкополосным. Поэтому полоса пропускания приемников 2 ∆ f существенно меньше несущей частоты f₀. Следовательно, все сигналы, включая помехи и шумы, узкополосны и их можно описывать на уровне комплексных огибающих, медленно меняющихся на периоде несущей.

Узелок на память. Важно отдавать себе отчет в том, что если мешающий сигнал ничем не отличается от полезного сигнала, то невозможно заставить ААР по-разному на них реагировать: формировать провал на источники помех и не делать этого в направлении на полезные сигналы. Чтобы не отвлекаться на обсуждение как достаточно очевидных, так и весьма изощренных технических решений для использования априорных отличий полезных и мешающих сигналов* в интересах защиты цепей адаптации от срабатывания на полезный сигнал, эти вопросы отнесены в раздел 7.3. А пока будем считать, что полезные сигналы отсутствуют, и ААР должна быть устроена так, чтобы отстраиваться от помех, откуда бы они не приходили.

Что представляет собой ЭУАР? Это приемная антенная решетка из N или из (N + 1) элементов. Они могут быть неодинаковыми и произвольно располагаться в пространстве. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, на рис. 3.2 и 3.3 элементы АР изображены расположенными вдоль некоторой кривой*. Принятые сигналы {S_n} поступают на так называемые комплексные весовые умножители (КВУ), которые в идеале представляют собой электронно-управляемые четырехполюсники, коэффициенты передачи которых соответствуют значениям W_n компонентов управляющего вектора W. Иначе говоря, комплексные амплитуды сигналов на входе и выходе n-го КВУ пропорциональны друг другу, и значение W_n задает соответствующий  коэффициент  пропорциональности S_{n вых} = W_n S_{n вх}.  Принято говорить, что КВУ осуществляют весовую обработку (взвешивание) принятых сигналов, поэтому вектор W называют весовым вектором. Весовой коэффициент W_n является комплексно-значной величиной, поэтому в общем случае КВУ те только изменяет амплитуду, но осуществляет еще и фазовый сдвиг проходящего сигнала. Техническая реализация КВУ рассматривается в разделе 7.2.

Помеховый сигнал на выходе ААР  представляет собой сумму прошедших весовую обработку принятых сигналов и, быть может, сигнала основного элемента:

.                            (3.2)

Здесь и в дальнейшем верхняя строчка соответствует ААР по схеме Аппелбаума, а нижняя – ААР с основным элементом.

Узелок на память. Ясно, что ДН изменяется и в том случае, если при весовой обработке сигналов ограничиться регулированием только амплитуд или только фаз, т.е. КВУ выполнить в виде аттенюаторов или фазовращателей. Естественно, что качество такого «усеченного» регулирования ухудшается, но было бы интересно выяснить насколько. В техническом отношении особый интерес может представлять фазовое взвешивание, позволяющее реализовать адаптивные фазированные антенные решетки.

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: