Фазированная антенная решетка состоит из дискретного числа источников электромагнитного поля (излучателей), распределенных по определенному закону с целью получения требуемых характеристик излучения. В качестве излучателей в приемных телевизионных антеннах используются одиночные вибраторы, директорные или логопериодические антенны.

     В антенных решетках за счет разности хода лучей от отдельных излучателей и различных фаз токов в них в одних направлениях поля от всех излучателей складываются, а в других направлениях вычитаются. Одним из наиболее распространенных типов фазированных антенных решеток являются линейные и плоские решетки. На рис. 1 приведена сферическая система координат, где φ - долгота и β - полярное расстояние.

     В случае линейной фазированной антенной решетки ее излучатели располагаются вдоль одной из координатных осей. В плоских фазированных антенных решетках излучатели располагаются в узлах прямоугольной (рис. 2) или треугольной сетки (рис. 3), лежащей в одной из координатных поверхностей. Для синфазного сложения полей излучателей в заданном направлении (β_гл, φ_гл) фаза тока в нем должна равняться

Ф_nq ( β_гл, φ_гл  = - k ( X_nq cos φ_гл + Y_nq sin φ_гл) sin β_гл,

где k = 2π/λ - волновое число; X_nq, Y_nq - координаты излучателей в решетке; β_гл, φ_гл - углы сферической системы координат, определяющие направление главного максимума (луча) в пространстве.

        Рис. 2 Размещение излучателей в узлах        Рис. 3 Размещение излучателей в узлах

                         прямоугольной сетки                                      треугольной сетки

Для формирования диаграммы направленности, в которой отсутствуют побочные максимумы и уровень боковых лепестков не превышает величины первого бокового лепестка, ближайшего к главному максимуму, вводят ограничения шага решетки d/λ:

d ≤ 0,5λ - для прямоугольной сетки (2);

d ≤ 0,58λ - для треугольной сетки (3).

Таким образом, использование треугольной сетки позволяет увеличить расстояние между излучателями и уменьшить примерно на 13 % их общее число. Условия (2) и (3) не учитывают направленных свойств излучателей фазированной антенной решетки и определяют предельный шаг в решетке изотропных излучателей. Применение направленных излучателей позволяет уменьшить число излучателей в ФАР с треугольной сеткой - N = 0,9N_изотр где N, N_изотр — число излучателей соответственно в решетке направленных и изотропных излучателей.

Применение в качестве излучателей решетки широкополосных логопериодических антенн позволяет создавать приемные фазированные антенные решетки, которые по сравнению с директорными имеют более широкую полосу частот, а по сравнению с логопериодическими антеннами большие значения коэффициентов усиления.

Примером подобной фазированной антенной решетки может служить антенна, технические характеристики которой приведены в табл. 1, где под габаритными размерами понимается ширина, высота и глубина антенны.

Таблица 1. Технические характеристики ФАР для 21-60 телевизионных каналов

 

Антенна состоит из четырех шестиэлементных логопериодических антенн. Логопериодические антенны размещены в узлах треугольной сетки с d = 0,29 м, что соответствует в рабочем диапазоне длин волн d = (0,45...0,76)λ. Величина d была выбрана из условия формирования примерно одинаковых диаграмм направленности антенны в горизонтальной (Е) и вертикальной (Н) плоскостях, что позволяет использовать антенну для приема горизонтально или вертикально поляризованных сигналов. Экспериментальные диаграммы направленности ФАР для средних частот 21, 37 и 60 каналов приведены соответственно на рис. 4.

                  а)                                       б)                                       в)

Рис. 4 Диаграммы направленности ФАР на средних частотах: а - 21 канала, б - 37 канала и в - 60 канала.

Директорная антенна с близкими значениями коэффициента усиления имеет продольный размер 1,3 м, а логопериодическая антенна с коэффициентом усиления 7...9 дБд - 1,2 м. Следовательно, в дециметровом диапазоне длин волн применение фазированных антенных решеток по сравнению с другими типами антенн позволяет обеспечить широкую полосу рабочих частот и высокие значения коэффициента усиления при значительно меньших продольных размерах.