Презентация - Фазированные антенные решетки и их назначение. Калибровка и контроль ФАР

Структура курса Введение Фазированные антенные решетки и их назначение Теория ФАР Основные характеристики ФАР Диаграммоформирование в ФАР Техника ФАР Схемы возбуждения ФАР Принципы конструирования ФАР надежность ФАР принципы управления ФАР Калибровка и контроль ФАР

Калибровка и контроль ФАР Калибровка есть процесс определения характеристик каналов ФАР, участвующих в алгоритмах диаграммоформирования Диагностика есть процесс определения неисправностей составных частей ФАР

Основное соотношение управления ФАР (фаза)

Основное соотношение управления ФАР (амплитуда)

Калибровка с последовательным отключением каналов

Калибровка с помощью зонда

Ручные измерения – зло Ручная перестыковка – источник ошибок Ручное позиционирование – источник ошибок Человеческая усталость – источник ошибок

Калибровка методом переключений

Что нужно выбрать при разработке метода калибровки: Как часто будет проводиться калибровка Как доставить контрольный сигнал Как измерять суммарный сигнал (амплитуда или еще и фаза) Как управлять фазовращателями каналов Как обрабатывать данные Дополнительные особенности - для многоканальных антенн

Как часто производить калибровку Один раз за жизненный цикл (гарантийный срок) После ремонта и замены модуля Перед каждым сеансом Регулярно через определенное время Несколько раз на протяжении сеанса. Главный вопрос – нужна ли встроенная система калибровки

Как доставить контрольный сигнал?

Вышка с источником сигнала

Зонд в ближнем поле - схема

Зонд в ближней зоне

Вид с зонда

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

Линии доставки сигнала в апертуру (проволока)

Специальная система доставки сигнала

Специальная система доставки сигнала

Еще варианты

К вопросу выбора взаимного положения ФАР и зонда Определение зоны допустимого положения зонда Определение требуемой точности задания положения Учет влияния переотражений

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 зонда Определение требуемой точности задания положения Учет влияния переотражений

Ошибка в определении положения зонда

Дальнее расположение зонда

Ближнее расположение зонда

Ближнее расположение зонда

Искажение фазового распределения

Смещение зонда вбок: Возникает линейная фазовая ошибка Это приводит к уходу положения луча Незначительная максимальная ошибка связана со значительным уходом луча Уход луча можно определить по тангенсу отношения Уход не зависит от длины волны!!!

Искажение фазового распределения

Искажение формы луча – уход вдоль

Искажение формы луча – уход поперек

Выводы Зонд желательно располагать над центром апертуры (напротив центра) Зонд желательно располагать как можно дальше Первое, что нужно принимать во внимание – ошибку установки луча Если ошибка установки луча не важна – требования к точности могут быть существенно ослаблены

Привязка направления лазерной указкой

Привязка направления лазерной указкой

Трубка холодной пристрелки

Привязка направления трубкой холодной пристрелки

К вопросу об условии дальней зоны

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 зонда Определение требуемой точности задания положения Учет влияния переотражений

Учет влияния переотражений

При амплитудно-фазовом управлении Диаграмма направленности ФАР становится равной сумме двух диаграмм – основной и «ДН помехи» ДН помехи направлено симметрично направлению на переотражение Амплитуда ДН помехи равна амплитуде отраженного сигнала

При чисто фазовом управлении Для чисто фазового управления «ДН помехи» две Они расположены симметрично относительно направления на источник Их мощность вдвое меньше Они противоположны по фазе

Переотражения при близком расположении зонда

Форма помеховой диаграммы

Методы борьбы с переотражениями Установка поглощающих экранов Подбор ДН зонда Разворот ФАР нулем элемента на помеху Увеличение высоты зонда Калибровка в нескольких положениях и усреднение

Методы борьбы с переотражениями

Методы борьбы с переотражениями

Что нужно выбрать при разработке метода калибровки: Как часто будет проводиться калибровка Как доставить контрольный сигнал Как измерять суммарный сигнал (амплитуда или еще и фаза) Как управлять фазовращателями каналов Как обрабатывать данные Дополнительные особенности - для многоканальных антенн

Простой поиск максимума сигнала

Single channel, 180-degrees phase toggle

Single channel, 180-degrees phase toggle

Метод кодирования контрольной последовательностью Манипуляция фазой производится в соответствии со значениями столбцов матрицы Адамара или другого набора ортогональных кодов Изменение фазы всех каналов происходит синхронно и одновременно Производится измерение нескольких, по числу элементов в столбце, значений суммарного сигнала Для выделения сигнала канала, данные домножаются на значения манипулирующей функции и суммируются.

3. МТЕ Method (Method of Two Elements)

Сущность МТЕ Все каналы кроме двух (опорного и тестируемого) отключаются. Фазовое состояние фазовращателя (а значит, и фаза в канале) тестируемого фазовращателя последовательно приращается, производятся измерения мощности суммарного сигнала Вычисляется начальная фаза и амплитуда тестируемого канала, по отношению к опорному Тестируемый канал отключается, подключается следующий канал. Опорный канал тот же. Вычисляется относительная амплитуда и фаза второго канала итд.

Изменение суммарного сигнала

МТЕ – простые формулы

Изменение суммарного сигнала

МТЕ – точная формула

4. REV Method (Rotating Electrical Vector)

Сущность REV Все каналы включены Для всех каналов, начинаем калибровку с одного и того же набора состояний фазовращателей Состояние тестового канала инкрементируется, как в МТЕ, остальных – не меняется В этом случае опорный сигнал – это «суммарный без одного» Опорный сигнал меняется от канала к каналу, нужны дополнительные вычисления Комплексная сумма «опорный + тестируемый» от канала к каналу не меняется, так что вычисление возможно

Формулы REV

От MTE к REV (альтернатива)

Метод, может быть, и не оптимален, но удобен во многих отношениях Удобно управлять (простой алгоритм) Удобно измерять (только амплитуда) Можно отложить калибровку и вернуться позже Удобно искать отказавшие элементы

Поиск отказавшего элемента

Оптимальность по критерию наименьшего квадрата

Начальная фаза - это не фаза в нулевом состоянии

Что нужно выбрать при разработке метода калибровки: Как часто будет проводиться калибровка Как доставить контрольный сигнал Как измерять суммарный сигнал (амплитуда или еще и фаза) Как управлять фазовращателями каналов Как обрабатывать данные Дополнительные особенности калибровки многоканальных антенн

Основная проблема калибровки многоэлементной ФАР С увеличением количества каналов, амплитуда модуляций мощности уменьшается Допустим, до калибровки ФАР сфазирована в направлении источника сигнала Очевидно, что затруднительно калибровать антенну уже с 100 элементами, так как вариации 0. 1 дБ может быть трудно отследитьs Невозможно калибровать многоэлементные ФАР без подготовки. Метод REV нуждается в доработке

Основные подходы к калибровке многоканальных ФАР Сигнал ФАР должен быть снижен Отключением некоторых каналов или Расфазировкой групп каналов для снижения суммарного сигнала групп или Вся ФАР может быть расфазирована для снижения полного суммарного сигнала Затем : 1-й подход Каналы ФАР условно разделяются на отдельные группы (подрешетки) Каналы внутри групп калибруются между собой, Группы целиком калибруются друг относительно друга, как единое целое 2-d подход Каналы ФАР условно разделяются на перекрывающиеся группы Каналы внутри групп калибруются между собой, Фазы между группами сшиваются через зоны перекрытия 3-d подход ФАР целиком калибруется за один или несколько проходов

Готовые подрешетки

Расфазировка в группах Фаза каждого второго канала в группе инвертируется

Расфазировка всей ФАР (шаг 1) Все каналы делятся на группы, примерно пополам Фазы в каналах одной группы последовательно инкрементируются, измеряется мощность суммарного сигнала Выбирается управляющий набор состояний, обеспечивающий минимальную мощность

Расфазировка всей ФАР (шаг 2) Каналы разделяются на две группы по другому, и все повторяется

Расфазировка всей ФАР Чтобы хорошо перемешать каналы между группами, удобно применять функцию Уолша За несколько первых шагов сигнал резко падает, дальше снижается медленно На этом этапе, можно взять один какой-нибудь канал и минимизировать по его состоянию Остановиться следует тогда, когда вариации сигнала одного канала составляют 0. 5 – 2. 5 dB Рекомендуется загнать сигнал в ноль, потом максимизировать по 3-5 каналам

Основные подходы к калибровке многоканальных ФАР Сигнал ФАР должен быть снижен Отключением некоторых каналов или Расфазировкой групп каналов для снижения суммарного сигнала групп или Вся ФАР может быть расфазирована для снижения полного суммарного сигнала Затем : 1-й подход Каналы ФАР условно разделяются на отдельные группы (подрешетки) Каналы внутри групп калибруются между собой, Группы целиком калибруются друг относительно друга, как единое целое 2-d подход Каналы ФАР условно разделяются на перекрывающиеся группы Каналы внутри групп калибруются между собой, Фазы между группами сшиваются через зоны перекрытия 3-d подход ФАР целиком калибруется за один или несколько проходов

1-й подход: Калибруем каналы внутри групп Работает только модуль 32, остальные «отключены Калибруем его как 6-элементную антенну

1-й подход: Группы калибруются друг относительно друга как единый канал Колонки 1 и 4 «включены», остальные «отключены». Калибруем их МТЕ методом

2-й подход: Группы перекрываются …

2-й подход: совмещаем фазы используя перекрытие

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