Активні фазовані антенні решітки
Активна фазована антенна решітка (АФАР ) — фазована антенна решітка, в якій напрям випромінювання та (або) форма діаграми спрямованості регулюються зміною амплітудно-фазового розподілу струмів або полів збудження на активних випромінюючих елементах [ 1].
Активна фазована антенна решітка конструктивно складається з модулів, які поєднують випромінюючий елемент (або групу випромінюючих елементів) та активні пристрої (підсилювальні, генераторні або перетворювальні). Ці пристрої можуть у найпростішому випадку посилювати сигнал, що передається або приймається випромінюючим елементом, а також здійснювати перетворення частоти сигналу, генерувати (формувати) сигнал, перетворювати сигнал з аналогової в цифрову форму і (або) з цифрової в аналогову. Для спільної узгодженої роботи всі модулі АФАР повинні бути об'єднані ланцюгом розподілу сигналу збудника (у режимі прийому ланцюгом збору сигналу в приймальний пристрій), або робота модулів повинна бути синхронізована від єдиного джерела.
На відміну від АФАР, пасивна ФАР не містить активних пристроїв. Наприклад, у передавальної системі, оснащеної пасивної ФАР, радіосигнал генерується і посилюється до необхідної потужності в єдиному для всієї системи радіопередавачі, після чого розподіляється (а потужність радіосигналу ділиться) між випромінюючими елементами. Навпаки, в АФАР, що передає, немає єдиного вихідного потужного підсилювача: менш потужні підсилювачі розміщені в кожному її модулі.
Порівняння з пасивними гратами[ред. ред.] [4]
У звичайній пасивній решітці один передавач потужністю кілька кіловат живить кілька сотень елементів, кожен з яких випромінює лише десятки ват.потужності. Сучасний мікрохвильовий транзисторний підсилювач може, однак, також зробити десятки ватів, і в радарі з активними фазованими гратами кілька сотень модулів, кожен потужністю в десятки ватів, створюють в цілому потужний головний промінь радара в кілька кіловат.
У той час як результат ідентичний, активні ґрати набагато надійніші, оскільки хоча відмова одного приймально-передавального елемента ґрат і спотворює діаграму спрямованості антени, що дещо погіршує характеристики локатора, загалом він залишається працездатним. Катастрофічної відмови лампи передавача, яка є проблемою звичайних радарів, просто не може статися. Додаткова вигода – економія ваги без великої лампи високої потужності, пов'язаної з нею системою охолодження та великого блоку живлення високої напруги.
Іншою особливістю, яка може використовуватися тільки в активних ґратах, є здатність керувати посиленням індивідуальних приймально-передаючих модулів. Якщо це може бути зроблено, діапазон кутів, через які промінь може бути відхилений, істотно збільшується, і таким чином багато обмежень геометрії решіток, які мають звичайні фазовані решітки можуть бути обійдені. Такі ґрати називають ґратами суперзбільшення. З виданої літератури неясно, чи використовують якісь існуючі або проектовані антенні грати цю техніку.
Недоліки[редагувати вікі-текст]
Технологія АФАР має дві ключові проблеми:
Розсіювання потужності[ред. редагувати вікі-текст]
Перша проблема – розсіювання потужності. Через недоліки мікрохвильових транзисторних підсилювачів (монолітна мікрохвильова інтегральна схема, MMIC(англ.)українська), ефективність передавача модуля — типово менша за 45%. УТаким чином, AФAР виділяє велику кількість теплоти, яка повинна бути розсіяна, щоб захистити чіпи передавача від розплавлення - надійність GaAs MMIC-чіпів покращується при низькій робочій температурі. Традиційне охолодження повітрям, що використовується в звичайних ЕОМ та авіоніці, погано підходить при високій щільності упаковки елементів AФAР, внаслідок чого сучасні AФAР охолоджуються рідиною (американські проекти використовують polyalphaolefin (PAO) холодоагент, подібний до синтетичної гідравлічної рідини). Типова рідинна система охолодження використовує насоси, що вводять холодоагент через канали в антені, і виводять потім його до теплообмінника - ним може бути як повітряний охолоджувач (радіатор) так і теплообмінник в паливному баку - з другою рідиною, що охолоджує петлю теплообміну, щоб зменшити нагрівання бака.
У порівнянні зі звичайним радаром винищувача з повітряним охолодженням, радар з AФAР більш надійний, проте споживає більше електроенергії та потребує більш інтенсивного охолодження. Але AФAР може забезпечити набагато більшу потужність, що передається, що необхідно для більшої дальності виявлення мети (збільшення передавальної потужності однак має недолік - збільшення сліду, по якому радіорозвідка противника або RWR можуть виявити радар).
Вартість
Інша проблема – вартість масового виробництва модулів. Для радара винищувача, що вимагає типово від 1000 до 1800 модулів, вартість AФAР стає неприйнятною, якщо модулі коштують більше ніж сто доларів кожен. Ранні модулі коштували приблизно 2 тис. дол., що не допускало масового використання AФАР. Однак вартість таких модулів та MMIC-чіпів постійно зменшується, оскільки собівартість їх розробки та виробництва постійно знижується.
Незважаючи на недоліки, активні фазовані грати перевершують звичайні радарні антени майже в усіх відношеннях, забезпечуючи більш високу стежить здатність і надійність, нехай і при деякому збільшенні в складності і, можливо, вартості.