Фазированные антенные решетки (ФАР) являются наиболее эффективными антенными системами в настоящее время и имеют практическое применение как в системах воздушного, так и наземного, а также морского базирования. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с антеннами с механическим и электромеханическим сканированием. Прежде всего это скорость изменения положения луча в пространстве, а следовательно, скорость обзора пространства. Кроме того, в ФАР возможно изменение формы диаграммы направленности (ДН). В работе основное внимание уделяется именно этой особенности, поскольку основной характеристикой любой антенны является ее ДН, из которой вытекают важные энергетические соотношения.
В статье представлен один из способов улучшения амплитудной диаграммы направленности (АДН) ФАР с помощью преобразования характеристик элементов антенной решетки и изменения расстояния между ними с целью минимизации боковых лепестков ДН, минимизирующий при этом потери энергии. Графически АДН может быть представлена либо в виде объемной фигуры в сферической системе координат, либо в виде сечений этой фигуры в прямоугольной системе координат. Для построения ДН антенны необходимо задать координаты объекта, который находится в пространстве на некотором расстоянии от антенной решетки в точке с координатами (x, y, z) в дальней зоне. Опишем положение цели относительно антенны и главного луча с помощью направляющих косинусов. Запишем три направляющих косинуса в пространстве используя сферические координаты:
• направляющая косинуса в горизонтальной плоскости:
• направляющая косинуса в вертикальной плоскости
• направляющая косинуса в продольной плоскости
Из приведенных выше уравнений можно определить угол между направлением цели и направлением главного луча антенны:
Для определения волнового числа и построения ДН единичного антенного модуля задана длина волны λ = 3 · 10–2 м. Данная реализация рассмотрена в САПР MathCad:
Тогда диаграмма направленности: