Фазовані антенні грати (ФАР), фазовані грати, антенні грати з керованими фазами або різницями фаз (фазовими зрушеннями) хвиль, що випромінюються (або прийнятих) її елементами (випромінювачами). Управління фазами (фазування) дозволяє: формувати (при вельми всіляких розташуваннях випромінювачів) необхідну діаграму спрямованості (ДН) ФАР (наприклад, гостронаправлену ДН – промінь); змінювати напрям світивши нерухомою ФАР і т.ч. здійснювати швидке, у ряді випадків практично безінерційне, сканування – гойдання світивши (див., наприклад, Сканування в радіолокації); управляти в певних межах формою ДН – змінювати ширину світивши, інтенсивність (рівні) бічних пелюсток і т.п. (для цього у ФАР інколи здійснюють також управління і амплітудами хвиль окремих випромінювачів). Ці і деякі інші властивості ФАР, а також можливість застосовувати для управління ФАР сучасні засоби автоматики і ЕОМ(електронна обчислювальна машина) зумовили їх перспективність і широке використання в радіозв'язки, радіолокації, радіонавігація, радіоастрономії і т.д. ФАР, що містять велике число керованих елементів (інколи 10 4 і більш), входять до складу різних наземних (стаціонарних і рухливих), корабельних, авіаційних і космічних радіопристроїв. Ведуться інтенсивні розробки у напрямі подальшого розвитку теорії і техніки ФАР і розширення сфери їх застосування.
Структура ФАР. Форми, розміри і конструкції сучасних ФАР вельми всілякі; їх різноманітність визначається як типом використовуваних випромінювачів, так і характером їх розташування ( мал. 1 ). Сектор сканування ФАР визначається ДН її випромінювачів. У ФАР з швидким ширококутним гойданням променя зазвичай використовуються слабонаправленниє випромінювачі: симетричні і несиметричні вібратори, часто з одним або декількома рефлекторами (наприклад, у вигляді загального для всієї ФАР дзеркала); відкриті кінці радіохвилеводів, щілинні, рупорні, спіральні, діелектричні стрижньові, логоперіодічеськие і ін. антени . Інколи великі по розмірах ФАР складають з окремих малих ФАР (модулів); ДН останніх орієнтується у напрямі основного променя всій ФАР. У ряді випадків, наприклад коли допустиме повільне відхилення світивши, як випромінювачі використовують гостронаправлені антени з механічним поворотом (наприклад, т.з. повноповоротні дзеркальні); у таких ФАР відхилення світивши на великий кут виконують за допомогою повороту всіх антен і фазування випромінюваних ними хвиль; фазування цих антен дозволяє також здійснювати в межах їх ДН швидке гойдання променя ФАР.
Залежно від необхідної форми ДН і необхідного просторового сектора сканування у ФАР застосовують різне взаємне розташування елементів: уздовж лінії (прямої або дуги); по поверхні (наприклад, плоскою – в т.з. плоских ФАР; циліндровою; сферичною) або в заданому об'ємі (об'ємні ФАР). Інколи форма випромінюючої поверхні ФАР – раськрива (див. Випромінювання і прийом радіохвиль ), визначається конфігурацією об'єкту, на якому встановлюється ФАР (наприклад, формою ІСЗ(штучний супутник Землі)). ФАР з формою раськрива, подібній формі об'єкту, інколи називаються конформними. Широко поширені плоскі ФАР; у них промінь може сканувати від напряму нормалі до раськриву (як в синфазній антені ) до напряму уподовж раськрива (як в хвилі, що біжить, антені ) . Коефіцієнт направленої дії (КНД) плоскою ФАР при відхиленні світивши від нормалі до раськриву зменшується. Для забезпечення ширококутного сканування (у великих просторових кутах – аж до 4( стер ) без помітного зниження КНД використовують ФАР з неплоским (наприклад, сферичним) раськривом або системами плоских ФАР, орієнтованих в різних напрямах. Сканування в цих системах здійснюється за допомогою збудження відповідно орієнтованих випромінювачів і їх фазування.
По характеру розподіли випромінювачів в раськриве розрізняють еквідистантні і нееквідистантні ФАР. У еквідистантних ФАР відстані між сусідніми елементами однакові по всьому раськриву. У плоских еквідистантних ФАР випромінювачі найчастіше розташовують у вузлах прямокутних грат (прямокутне розташування) або у вузлах трикутної сітки (гексагональне розташування). Відстані між випромінювачами в еквідистантних ФАР зазвичай вибирають досить малими (часто менше робочої довжини хвилі), що дозволяє формувати в секторі сканування ДН з однією головною пелюсткою (без побічних дифракційних максимумів – т.з. паразитних променів) і низьким рівнем бічних пелюсток; проте для формування вузького променя (тобто у ФАР з великим раськривом) необхідно використовувати велике число елементів. У нееквідистантних ФАР елементи розташовують на неоднакових відстанях один від одного (відстань може бути, наприклад, випадковою величиною). У таких ФАР навіть при великих відстанях між сусідніми випромінювачами можна уникнути утворення паразитних променів і отримувати ДН з однією головною пелюсткою. Це дозволяє в разі великих раськривов сформувати дуже вузький промінь при порівняно невеликому числі елементів; проте такі нееквідистантні ФАР з великим раськривом при малому числі випромінювачів мають вищий рівень бічних пелюсток і, відповідно, нижчий КНД, ніж ФАР з великим числом елементів. У нееквідистантних ФАР з малими відстанями між випромінювачами при рівних потужностях хвиль, що випромінюються окремими елементами, можна отримувати (в результаті нерівномірного розподілу щільності випромінювання в раськриве антени) ДН з нижчим рівнем бічних пелюсток, чим в еквідистантних ФАР з таким же раськривом і таким же числом елементів.
Управління фазовими зрушеннями. За способом зміни фазових зрушень розрізняють ФАР з електромеханічним скануванням, здійснюваним, наприклад, за допомогою зміни геометричної форми збуджуючого радіохвилеводу ( мал. 2 , а); частотним скануванням, заснованим на використанні залежності фазових зрушень від частоти, наприклад за рахунок довжини фідера між сусідніми випромінювачами ( мал. 2, би) або дисперсії хвиль в радіохвилеводі; з електричним скануванням, що реалізовується за допомогою фазозсувних ланцюгів або фазовращателей, керованих електричними сигналами ( мал. 2 , в) з плавним (безперервним) або ступінчастою (дискретним) зміною фазових зрушень.
Найбільшими можливостями володіють ФАР з електричним скануванням. Вони забезпечують створення всіляких фазових зрушень по всьому раськриву і значній швидкості зміни цих зрушень при порівняно невеликих втратах потужності. На СВЧ(надвисокі частоти) в сучасних ФАР широко використовують феритові і напівпровідникові фазовращателі (з швидкодією порядку мксек і втратами потужності ~ 20%). Управління роботою фазовращателей здійснюється за допомогою швидкодіючої електронної системи, яка в простих випадках управляє групами елементів (наприклад, рядками і стовпцями в плоских ФАР з прямокутним розташуванням випромінювачів), а в найбільш складних – кожним фазовращателем окремо. Гойдання світивши в просторі може вироблятися як по заздалегідь заданому закону, так і за програмою, що виробляється в ході роботи всього радіопристрою, в який входить ФАР.
Особливості побудови ФАР. Збудження випромінювачів ФАР ( мал. 3 ) виробляється або за допомогою ліній фідерів, або за допомогою хвиль (у т.з. квазіоптичних ФАР), що вільно поширюються, тракти фідерів збудження поряд з фазовращателямі інколи містять складні електричні пристрої (т.з. діаграммообразующие схеми), що забезпечують збудження всіх випромінювачів від декількох входів, що дозволяє створити в просторі відповідні цим входам одночасно скануючі промені (у багатопроменевих ФАР). Квазіоптичні ФАР в основному бувають двох типів: прохідні (лінзові), в яких фазовращателі і основні випромінювачі збуджуються (за допомогою допоміжних випромінювачів) хвилями, що поширюються від загального опромінювача, і відбивні – основний і допоміжні випромінювачі поєднані, а на виходах фазовращателей встановлені відбивачі. Багатопроменеві квазіоптичні ФАР містять декілька опромінювачів, кожному з яких відповідає свій промінь в просторі. Інколи у ФАР для формування ДН застосовують фокусуючі пристрої (дзеркала, лінзи). Розглянуті вище за ФАРИ інколи називаються пасивними.
Найбільшими можливостями управління характеристиками володіють активні ФАР, в яких до кожного випромінювача або модуля підключений керований по фазі (інколи і по амплітуді) передавач або приймач ( мал. 4 ). Управління фазою в активних ФАР може вироблятися в трактах проміжної частоти або в ланцюгах збудження когерентних передавачів, гетеродинів приймачів і т.п. Таким чином, в активних ФАР фазовращателі можуть працювати в діапазонах хвиль, відмінних від частотного діапазону антени; втрати у фазовращателях у ряді випадків безпосередньо не впливають на рівень основного сигналу. Передавальні активні ФАР дозволяють здійснити складання в просторі потужностей когерентних електромагнітних хвиль, що генеруються окремими передавачами. У приймальнях активних ФАР спільна обробка сигналів, прийнятих окремими елементами, дозволяє отримувати повнішу інформацію про джерела випромінювання.
В результаті безпосередньої взаємодії випромінювачів між собою характеристики ФАР (узгодження випромінювачів із збуджуючими фідерами, КНД і ін.) при гойданні променя змінюються. Для боротьби з шкідливими наслідками взаємного впливу випромінювачів у ФАР інколи застосовують спеціальні методи компенсації взаємному зв'язку між елементами.
Перспективи розвитку ФАР. До найбільш важливих напрямів подальшого розвитку теорії і техніка ФАР відноситься: 1) широке впровадження в радіотехнічних пристрої ФАР з великим числом елементів, розробка елементів нових типів, зокрема для активних ФАР; 2) розвиток методів побудови ФАР з великими розмірами раськривов, у тому числі нееквідистантних ФАР з гостронаправленими антенами, розташованими в межах цілої півкулі Землі (глобальний радіотелескоп ) , 3) подальша розробка методів і технічних засобів ослабіння шкідливих впливів взаємному зв'язку між елементами ФАР; 4) розвиток теорії синтезу і методів машинного проектування ФАР; 5) розробка теорії і впровадження в практику нових методів обробки інформації, прийнятої елементами ФАР, і використання цієї інформації для управління
ФАР, зокрема для автоматичного фазування елементів (що самофазірующиеся ФАР) і зміни форми ДН, наприклад пониження рівня бічних пелюсток в напрямах на джерела перешкод (адаптивні ФАР); 6) розробка методів управління незалежним рухом окремих променів в багатопроменевих ФАР.
Літ.: Вендік О. Р., Антени з немеханічним рухом світивши, М., 1965; Скануючі антенні системи СВЧ(надвисокі частоти), пер.(переведення) з англ.(англійський), т. 1–3, М., 1966–71.
