преобразователь имеет вдвое лучшую помехоустойчивость, чем однобалансный. /

Если / Ф s, то q7 может быть как больше, так и меньше единицы.

Отношение q% = q\llqHS, определяемое в результате деления (5.4.39), на (5.4.46), по своим свойствам аналогично q7.

Суммируя все сказанное выше, можно сформулировать следующие основные положения:

- при формировании сигналов с одинаковыми несущими частотами двухбалансный преобразователь всегда более помехоустойчив, чем однобалансный; при этом максимальный выигрыш в помехоустойчивости по критерию отношения эффективных мощностей полезного сигнала и помех составляет 2;

- при формировании сигнала допплеровской частоты со смещением помехоустойчивость однобалансного и двухба-лансного преобразователей может быть как выше, так и ниже по сравнению со случаем формирования сигнала допплеровской частоты без смещения;

- работа однобалансного и двухбалансного преобразователей в режиме выделения сигнала допплеровской частоты со смещением обеспечивает ослабление влияния проникающего сигнала, а при формировании сигнала допплеровской частоты без смещения этот эффект не наблюдается;

- фазовращатель ФВ2, показанный на рис. 5.29, должен быть широкополосным, что вызывает некоторые трудности при его реализации.

Глава 6

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ, ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ, ЧАСТОТНАЯ И ФАЗОВАЯ СЕЛЕКЦИИ

6.1. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СЕЛЕКЦИЯ И ПОДАВЛЕНИЕ ПОМЕХ ПУТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ ЗАДАННОЙ ФОРМЫ

В настоящее время наметились два основных пути повышения пространственной селекции:

- выбор распределения амплитуды и фазы электромагнитного поля в раскрыве антенны;

- применение антенн с нелинейной обработкой сигналов.

1. Выбор амплитудного и фазового распределений поля в раскрыве антенны

В синфазных антенных системах улучшение их пространственной избирательности достигается выбором амплитудного распределения поля в раскрыве. Чтобы исключить неоднозначность измерения угловых координат источников излучения, необходимо уменьшать уровень боковых лепестков диаграммы направленности. При заданных размерах антенны это обеспечивается выбором амплитудного распределения, плавно спадающего к краям раскрыва. Однако такое распределение вызывает увеличение ширины главного лепестка диаграммы направленности.

В теории антенн доказывается, что может быть создана оптимальная антенна, диаграмма направленности которой при заданной ширинеглавного лепестка имеет минимальный уровень боковых лепестков. Такая диаграмма направленности описывается полиномом Чебышева [2, 187]. При защите РЛС, например, от помех, которые создаются объектами, вынесенными относительно цели, при необходимости значительного снижения уровня боковых лепестков (до 40 дБ и более) полезно применять чебышевские диаграммы направленности. Возникающее при этом некоторое увеличе-

ние ширины 90 5 главного луча приводит к уменьшению эффективной площади антенны и является платой за повышение помехозащищенности РЭС по отношению к помехам, действующим по боковым лепесткам диаграммы направленности. Наилучшим образом задача улучшения разрешающей способности при одновременном уменьшении уровня боковых лепестков решается в классе линейных синфазных антенн выбором размера антенны и чебышевского распределения поля по ее раскрыву.

Для больших антенных систем, размеры d которых соизмеримы с расстоянием г до цели, измерения координат проводятся в промежуточной зоне дифракционной диаграммы, где угловые размеры 0Пз главного луча диаграммы возрастают по сравнению с шириной диаграммы направленности в дальней зоне 6Дз (рис. 6.1). Поэтому в промежуточной -области разрешающая способность синфазных антенн ухудшается. Простое увеличение апертуры антенны не дает улучшения разрешающей способности по угловым координатам, так как в промежуточной области сечение луча соизмеримо с размерами антенны. Увеличение ширины луча 0Па объясняется наличием квадратичных фазовых искажений поля в раскрыве антенны [136, 187]. Компенсация этих искажений позволяет так же, как и в оптике, проводить фокусирование луча на заданную дальность. Этим достигается существенное улучшение разрешающей способности РЭС.

Фокусирование антенны может быть достигнуто конструктивным выполнением ее в виде сферы. Кривизна антенны определяет дальность фокусирования. Особенно удобно проводить фокусирование в фазированных антенных решетках (ФАР), где компенсация паразитных фазовых набегов проводится фазовращателями.

Рис. 6.1.

Фокусирование антенны увеличивает ее коэффициент усиления Сф, степень повышения которого можно оценить величиной [136, 187]

где йСПф - коэффициент усиления синфазной антенны с равномерным распределением поля по раскрыву; г - дальность фокусирования.

Улучшение угловой разрешающей способности удобно характеризовать отношением ширины луча синфазной антенны 6С к ширине луча фокусированной антенны 8Ф;

4 = 9С/6Ф.

Фокусирование широко применяется в РЛС с синтезированным раскрывом и в голографических РЛС.

В принципе, подбором соответствующих амплитудных и фазовых распределений при заданной апертуре антенны можно получить чрезвычайно узкие диаграммы направленности («сверхнаправленные» антенны). С. А. Щелкуно-вым теоретически показано, что это обеспечивается созданием резко осциллирующего по фазе и амплитуде распределения поля по раскрыву [ 161, 205]. Поля, создаваемые одновременно каждым элементом такой антенны, вследствие благоприятной интерференции складываются в пространстве, что и приводит к явлению сверхнаправленности.

При осциллирующих распределениях амплитуды и фазы по раскрыву резко возрастает доля реактивной энергии, накапливаемой вблизи антенны. Вследствие этого уменьшается излучаемая мощность.

В антенных решетках сверхнаправленность получается путем более тесного расположения излучателей на расстояниях, меньших Х/4. Достигаемое таким образом увеличение направленных свойств антенны приводит к уменьшению ее к. п .д., так как растет число фидерных линий, передающих энергию с потерями. Кроме того, при уменьшении расстояния между элементарными антеннами сужается полоса пропускания антенной системы.

Общими недостатками сверхнаправленных антенн являются:

- уменьшение к. п. д.;

- сужение полосы рабочих частот;

- невозможность электрического управления пространственным положением луча;

- сложность выполнения фидерных систем. Явление сверхнаправленности может быть использовано

для сравнительно небольших антенных систем или антенных решеток с малым числом излучателей.

2. Антенны с нелинейной обработкой сигналов

Существует большое разнообразие антенных систем с нелинейной обработкой сигналов. Результирующий выходной сигнал такой антенной системы характеризуется нелинейной функцией сигналов (произведением, степенью и т. д.), формируемых элементарными антеннами (15, 136, 204]. Нелинейная обработка позволяет синтезировать любую диаграмму направленности, которая может быть получена выбором амплитудно-фазового распределения в обычной линейной решетке. Как правило, нелинейная обработка проводится для увеличения направленности антенны (при заданных ее размерах) и снижения уровня боковых лепестков. Типичным представителем антенн рассматриваемого класса является мультипликативный интерферометр с двумя антеннами, разнесенными на расстояние 2d.

Пусть элементарная антенна интерферометра имеет диаграмму направленности F (tf), где 4 = sin 0. Тогда сигнал на выходе перемножающего устройства равен

и„ = khUF* (d) cos (tcd$),

где к = 2п./\, а ка - коэффициент пропорциональности. Аналогичная линейная антенна имеет диаграмму направленности

ил = UF (О) cos (0.5Ш).

Сравнение ы„ и ил показывает, что нелинейная обработка сужает диаграмму направленности.

Значительное увеличение направленности может быть получено многократным перемножением сигналов нескольких антенн. В книгах (15, 136, 187] приведены разновидности нелинейных антенных систем.

Антенны с нелинейной обработкой сигналов имеют ряд недостатков:

- снижение отношения сигнал/шум пропорционально отношению числа элементов в решетке с нелинейной обра-276

ноткой к количеству элементов в обычной равномерной линейной решетке;

- зависимость разрешающей способности от относительной интенсивности сигналов, что связано с эффектом подавления слабого сигнала более сильным в нелинейном устройстве.

Если не считаться с увеличением коэффициента шума н нелинейных антенных системах, то такие антенны дают выигрыш в разрешающей способности. Для некоторых типов антенн этот выигрыш оценивается коэффициентом 1,2 [15].

Нелинейные антенные системы могут применяться для улучшения разрешающей способности при возможности длительного накопления сигнала, когда уменьшение отношения сигнал/шум, связанное с нелинейной обработкой, является второстепенным фактором.

6.2. ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ СЕЛЕКЦИЯ

1. Основные определения

Поляризация является пространственно-временной характеристикой электромагнитной волны; она определяет закономерность пространственной ориентации вектора напряженности электрического (или магнитного) поля за период к£сущего колебания. Для плоских однородных волн, которые имеются в виду при дальнейшем изложении вопроса, векторы напряженности электрического и магнитного полей лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

При анализе поляризации волны достаточно знать закон изменения ориентации только одного из векторов напряженности электромагнитного поля. Обычно поляризацию оценивают по ориентации вектора напряженности электрического поля Е.

Поляризацию волны характеризуют поляризационной диаграммой, представляющей собой проекцию кривой, описываемой концом вектора Е, на плоскость, перпендикулярную направлению распространения волны. Различают три основных вида поляризации: линейную, круговую и эллиптическую. При линейной поляризации пространственная