Интерференция — взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких волн при их наложении друг на друга.
Вот как выглядит интерференция морских волн. Видимо здесь одна волна прямая, а вторая от чего-то отразилась.
В точках, где фаза волн совпадает, происходит увеличение высоты гребней и глубины впадин. Там, где волны встречаются в противофазе, они взаимно гасят друг друга и нет ни впадин, ни гребней.
Предположим, что красная и синяя синусоиды, это две радиоволны, излучаемые двумя точечными излучателями. Причём высокочастотная энергия, поступает в верхний излучатель прямо от передатчика, а в нижний через регулятор задержки, называемый в радиотехнике фазовращатель. Образно говоря, это наш палец, которым мы придерживаем (вращаем) синюю стрелку относительно красной в эксперименте с двумя стрелками в первой части. Если мы будем измерять напряженность или индукцию (для простоты будем говорить только о напряженности) электромагнитного поля в нужной нам точке, то получим следующую картину.
Если волны в точку А, где мы измеряем приходят в одинаковой фазе, то амплитуда колебаний удвоится, а если разница (задержка) фаз достигнет 180гр, то волны взаимно погасят друг друга, и амплитуда колебаний будет 0. С помощью фазовращателя мы можем изменять задержку фазы добиваясь, увеличения амплитуды в нужных точках и уменьшения в других.
Обычно в рассказах про ФАР далее следует банальный пример с камнями и водой. Высокий интеллект моих читателей позволяет мне пропустить его. Переходим непосредственно к теоретической разработке фазированной антенной решетки.
Возьмем десять точечных излучателей, расположим их на одной линии с одинаковым шагом. «Запитаем» их от одного передатчика. Пренебрежем разной длиной линий от передатчика до каждого из них, условно сочтём, что все они излучают волну с одинаковой фазой.
От каждого такого излучателя волны расходятся равномерно во всех направлениях. Однако, установкой позади излучателей отражателей, мы отсекаем излучение назад. Визуализировать это можно как расширяющиеся полусферические поверхности. Но автор не владеет 3D графикой, поэтому визуализируем как дуги на плоскости.
Мы видим, что формируется некая огромная полусферическая "бугристая" поверхность на которую волны в данный момент приходят в одной фазе. Такая поверхность имеет название "волновой фронт".
Усложним эксперимент. Перед каждым излучателем поставим фазовращатель. И добавим систему, которая управляет этими фазовращателями. Получим вот такую установку.
Теперь, регулируя задержку фазы для каждого излучателя индивидуально, мы можем изменять направление распространения волнового фронта нужным нам образом. Кстати диаграмма направленности антенны на приём формируется так же, как и на передачу. Хотя бывают и отдельные передающие и приёмные ФАР.
Правильное конструирование излучателей - придание им направленных свойств, и точный расчёт задержек фаз - фазирования, позволит нам создать антенну, которая будет излучать волны не в полусферу, а скажем неким лучом. Назовём пару излучатель+фазовращатель модулями ФАР. Очевидно, что чем большее количество модулей мы применим, тем всё более точно сможем сформировать нужный нам луч. Графическое изображение луча антенны принято называть диаграммой направленности. Как она формируется я рассказал в этой статье.
Здесь же скажу, что для ФАР нет проблем сформировать луч любой формы: тонкий как иголка, широкий как лопата. Можно формировать диаграмму направленности из нескольких лучей. Эти лучи могут быть неподвижны в пространстве, сопровождать цель или ракету. Или производить сканирование пространства. И это главное достоинство ФАР - антенны других типов имеют либо фиксированную диаграмму направленности, либо могут перестраивать её в очень ограниченных пределах. ФАР имеет возможность практически мгновенно перебрасывать луч в любом направлении, с приданием ему нужной формы. Это очень важно для современных наземных, надводных РЛС и ЗРК, а также авиационных БРЛС. Именно это даёт им возможность получить многоканальность по обнаружению и сопровождению целей и наведению ракет.
На этом НИР - научно-исследовательскую работу "Основы проектирования фазированной антенной решётки" считаем законченной, переходим к ОКР - опытно-конструкторским работам по этой теме. Конечно, здесь мы сможем только посмотреть, как это делают серьёзные разработчики, и что у них получается.