Примеры технической реализации антенно-волноводных систем в РЛС РТВ

5.2.1. Антенно-волноводная система РЛС 19Ж6

Принципиальная электрическая схема антенно-волноводной системы основного канала РЛС приведена на рис.5.1.

В режиме передачи зондирующие импульсы передатчика поступают на высокочастотный разъем ХW1. Часть энергии зондирующих импульсов через направленный ответвитель WЕ1 и высокочастотный разъем ХW2 поступает в канал фазирования системы СДЦ. Датчик средней мощности РW1 предназначен для контроля уровня мощности, генерируемой передатчиком.

Ферритовый циркулятор WS1 представляет собой антенный переключатель "прием-передача". В режиме передачи энергия передатчика через высокочастотный переключатель WS2 "антенна-эквивалент" и вращающееся волноводно-коаксиальное соединение XW4 поступает на антенну основного канала WA1. Переключатель WS3 обеспечивает подключение либо облучателя нижней зоны WA1-1, либо облучателя верхней зоны WA1-2. При настройках и ремонте РЛС с помощью переключателя WS2 к волноводной системе вместо антенны подключается согласованная нагрузка WB2. Другая согласованная нагрузка WB1 предназначена для поглощения энергии, "просачивающейся" через ферритовый циркулятор WS1 в противоположном направлении.

В режиме приема эхо-сигналы от антенны проходят через ферритовый циркулятор WS1, устройства защиты приемника WF1 и WF2, управляемый аттенюатор WU1 и высокочастотный разъем XW3 на вход приемника. Устройство защиты состоит из каскада предварительной защиты WF1 с разрядником РР-523 и оконечного каскада WF2 c разрядником РР-224-1А. Управляемый аттенюатор WU1 служит для расширения динамического диапазона приемника. Это устройство позволяет уменьшать усиление приемника в начале дистанции и называется аттенюатором ВАРУ.

В состав антенной системы кроме антенны основного канала (канала радиолокационной информации - РЛИ) входят (рис.5.2):

вспомогательная антенна защиты главного луча (антенна ЗГЛ);

антенна третьего и седьмого диапазонов (IIIд и VIIд) запросчика НРЗ-6П;

совмещенный блок антенн подавления боковых ответов (ПБО) канала РЛИ и подавления боковых лепестков (ПБЛ) антенны запросчика.

Антенны каналов РЛИ, ЗГЛ и НРЗ состоят из четырехканального облучателя, общего зеркала и устройства свертывания. Зеркало представляет собой несимметричную вырезку параболического цилиндра, фокальная ось которого вынесена за пределы раскрыва антенны. Благодаря этому предотвращается затенение зеркала облучателем, которое могло бы привести к искажению главного лепестка и увеличению уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенны. Поскольку антенны разных каналов работают на ортогональных поляризациях, зеркало выполнено сплошным.

Четырехканальный излучатель состоит из следующих элементов:

облучателя каналов РЛИ и ЗГЛ нижней зоны;

облучателя каналов РЛИ и ЗГЛ верхней зоны;

облучателя канала НРЗ третьего диапазона (III_д);

облучателя канала НРЗ седьмого диапазона (VII _д.).

Облучатель каналов РЛИ и ЗГЛ нижней зоны состоит из двух конструктивно объединенных и электрически независимых облучателей - -РЛИ и ЗГЛ (рис.5.3). Облучатель РЛИ нижней зоны представляет собой вертикальную линейку из 138 пар излучающих элементов, расположенных горизонтально впереди сплошного металлического экрана и возбуждаемых бегущей в канализирующем волноводе электромагнитной волной. Данная конструкция облучателя обеспечивает углочастотную чувствительность антенны, так как максимум луча ориентирован в том направлении, где сдвиг фаз полей соседних пар излучателей будет скомпенсирован сдвигом фаз, образующимся за счет разности хода волн в пространстве. При изменении частоты зондирующего сигнала изменяется сдвиг фаз и, следовательно, направление излучения (рис.5.4). Так как зондирующий сигнал РЛС представляет собой четыре следующих друг за другом без временного интервала радиоимпульса на частотах f₁, f₂, f₃, f₄, то каждый из импульсов будет излучаться в определенном угломестном секторе.

Облучатель ЗГЛ нижней зоны имеет аналогичные конструкцию и излучающие элементы. Отличие состоит лишь в том, что излучающие элементы ориентированы вертикально, поскольку защита РЛС от активной помехи, действующей по главному лепестку диаграммы направленности антенны, осуществляется на ортогональной поляризации.

Облучатель каналов РЛИ и ЗГЛ верхней зоны отличается тем, что имеет меньший размер по вертикали, чем облучатель нижней зоны, за счет чего осуществляется формирование более широких лучей в вертикальной плоскости.

Антенная система каналов РЛИ и ЗГЛ обеспечивает формирование диаграммы направленности в нижней зоне от -20¢ до 6° (рис.5.5) и в верхней зоне от 6° до 30°. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости по половинному спаду мощности составляет 2°. Уровень первых боковых лепестков не превышает -25 дБ по отношению к уровню главного лепестка диаграммы направленности.

Облучатели III и VII диапазонов канала НРЗ конструктивно совмещены с облучателями РЛИ и ЗГЛ и представляют собой системы вертикально ориентированных полуволновых вибраторов.

Совмещенный блок антенн ПБО РЛИ и ПБЛ НРЗ укреплен на краю зеркала основной антенны. Он состоит из трех вертикальных линеек излучателей, содержащих 200 излучателей канала ПБО РЛИ, 50 излучателей VII диапазона канала ПБЛ НРЗ и 18 излучателей III диапазона канала ПБЛ НРЗ. Излучатели канала ПБО РЛИ ориентированы горизонтально, а остальные - вертикально. Эти антенны в горизонтальной плоскости имеют практически круговые диаграммы направленности.

5.2.2. Антенно-волноводная система РЛС 55Ж6

В состав антенной системы входят:

антенна дальномера;

антенна высотомера;

дополнительные антенны аппаратуры автокомпенсации активных шумовых помех (АК АШП) и устройства подавления боковых лепестков (УПБЛ) диаграммы направленности антенны дальномера.

Кроме того, в состав антенной системы входят выносная антенна и устройство ориентирования.

Антенно-волноводная система выполняет следующие задачи:

передача зондирующих радиосигналов от передатчика к антенне дальномера и излучение их в пространство;

прием антеннами дальномера и высотомера эхо-сигналов и передача их на входы соответствующих приемников;

прием сигналов активных шумовых помех и их передача на аппаратуру АК АШП;

прием сигналов ответных импульсных помех и их передача на УПБЛ.

Антенны дальномера и высотомера представляют собой плоские антенные решетки полуволновых вибраторов, параллельные отражателю (рис.5.6).

Антенная решетка дальномера состоит из 162 излучателей, расположенных по 6 строкам и 27 столбцам. Отражатель выполнен из горизонтально натянутых проводников. Для уменьшения уровня боковых лепестков диаграммы направленности в горизонтальной плоскости применено спадающее к краям антенны амплитудное распределение. Формирование диаграммы направленности в вертикальной плоскости, близкой по форме к косекансной, обеспечивается определенным амплитудным и фазовым распределением токов по столбцам антенной решетки и выбором высоты электрического центра антенны от поверхности земли.

Вся антенна дальномера разбита на пять секций. Секции №1 и №5 содержат по семь столбцов, секции №2 и №4 - по пять, секция №3 - три столбца.

Антенная решетка высотомера состоит из 80 излучателей, расположенных по 16 строкам и 5 столбцам. Отражатель такой же, как у антенны дальномера.

Дополнительная антенна А1 образована из секций №1 и №2 антенны дальномера, сигналы с которых поступают на вычитающее устройство, в результате чего формируется разностная диаграмма направленности с провалом в направлении главного лепестка диаграммы направленности основной антенны, перекрывающая первые боковые лепестки этой антенны в секторе шириной 8...10°. Подобным образом сформирована антенна А2 из секций №3 и №4. Ее диаграмма направленности аналогична А1, но в более широком секторе 14...18°. Антенна А3 выполнена отдельно в виде двух столбцов по шесть излучателей в каждом. Ее диаграмма направленности аналогична двум предыдущим и перекрывает боковые лепестки основной антенны в секторе 28...32°. Таким образом, компенсационные каналы К1, К2, К3 обеспечивают защиту дальномера от активных шумовых помех, воздействующих на дальномер по боковым лепесткам диаграммы направленности основной антенны. Диаграммы направленности основной АО и компенсационных антенн А1, А2, А3 приведены на рис.5.7.

Антенна А4 выполнена в виде одного столбца из шести излучателей, расположена позади отражателя основной антенны и формирует широкую (около 90° на уровне половинной мощности) диаграмму направленности, ориентированную в противоположном направлении по отношению к главному лепестку основной антенны. Канал К4 обеспечивает защиту дальномера от активных шумовых помех, воздействующих по задним лепесткам диаграммы направленности основной антенны.

Антенна А5 состоит из восьми столбцов по шесть излучателей, поляризация которых ортогональна поляризации основной антенны. Она формирует диаграмму направленности шириной 8...12°, ориентирован-

ную в направлении главного лепестка диаграммы направленности основной антенны. Канал К5 обеспечивает компенсацию активных шумовых помех, воздействующих по главному лепестку основной антенны. Компенсация основана на использовании поляризационных отличий полезного сигнала и помехи и возможна в том случае, если, помеха имеет круговую или эллиптическую поляризацию.

Функциональная схема антенно-волноводной системы дальномера показана на рис.5.8. Сигналы от передатчика через высокочастотный разъем XW1, ферритовый вентиль WS1, направленный ответвитель WE1, вращающееся соединение XW5, делитель мощности на пять направлений XW6, пять антенных переключателей WS2, WS3, WS4, WS5 и WS6, делители мощности на семь направлений XW7 и XW11, делители мощности на пять направлений XW8 и XW10 и делитель мощности на три направления XW9 поступают к столбцам антенной решетки WA1. Распределение энергии по отдельным излучателям в каждом столбце осуществляется с помощью делителей мощности на шесть направлений (на схеме не показаны). Принятые антенной эхо-сигналы через антенные переключатели поступают на входы широкополосных усилителей AW1, AW2, AW3, AW4, AW5 и после усиления - на диаграммообразующую схему (ДОС) XW12, которая, в свою очередь, состоит из ДОС основного канала дальномера (ОКД) XW12-1 и ДОС XW12-2, XW12-3 дополнительных антенн А1 и А2 компенсационных каналов К1 и К2. Сигналы с выходов ДОС через высокочастотные токосъемники XW11, XW12, XW13 и выскочастотные разъемы XW4, XW3, XW2 поступают на соответствующие каналы дальномера.

Ферритовый вентиль WS1 предназначен для поглощения электромагнитной энергии, отраженной от неоднородностей волноводного тракта, что обеспечивает устойчивую работу передатчика. Конструктивно вентиль выполнен на элементах симметричной полосковой линии с воздушным диэлектриком. Нормальные температурные условия работы ферритовых вкладышей вентиля поддерживаются за счет жидкостного охлаждения.

Направленный ответвитель WE1 предназначен для ответвления части мощности, пропорциональной мощности падающей Р_пад и отраженной Р_отр волн, что необходимо для контроля величины коэффициента бегущей волны в волноводном тракте. Сигнал прямой волны используется также в качестве фазирующего импульса для когерентного гетеродина в системе селекции движущихся целей.

Реактивное бесконтактное вращающееся соединение XW5 обеспечивает передачу мощного сигнала передатчика от неподвижной части волноводного тракта к подвижной.

Антенные переключатели WS2, WS3, WS4, WS5, WS6 осуществляют подключение секций антенны WA1 либо к выходу передатчика в процессе генерирования зондирующих радиоимпульсов, либо ко входу приемника во время приема эхо-сигналов. Они выполнены на отрезках полосовых линий и мощных переключательных p-i-n-диодах типа 2А508А и 2А507А. Управление состояниями диодов осуществляется импульсами положительной полярности, которые поступают через разъем "Строб. защ." Х1 и токосъемник ХА1 и открывают диоды. При этом обеспечивается передача электромагнитной энергии от передатчика к антенне и закрывается вход приемника. В промежутках между зондирующими импульсами диоды закрыты, и принятые антенной эхо-сигналы поступают на широкополосные усилители высокой частоты AW10AW5, которые представляют собой трехкаскадные усилители, выполненные на кремниевых биполярных транзисторах по резистивной схеме с простой высокочастотной коррекцией. Они изготовлены на базе тонко- и толстопленочной гибридно-интегральной технологии.

Сумматор ДОС XW12-1 предназначен для синфазного суммирования выходных сигналов и формирования таким образом эхо-сигнала основного канала дальномера (ОКД). Он выполнен на отрезках коаксиальных линий (рис.5.9).

Вычитающие устройства ДОС XW12-1 и XW12-2, предназначенные для формирования эхо-сигналов компенсационных каналов К1 и К2, выполнены по трансформаторной схеме (рис.5.10).

Сигналы с выходов ДОС через токосъемники и высокочастотные разъемы поступают на соответствующие каналы.

5.2.3. Антенно-волноводная система РЛС 22Ж6

Волноводный тракт РЛС 22Ж6

Структурная схема тракта представлена на рис. 5.11. Сигнал с выхода первого каскада усиления (ЛБВ УВИ-60) через ферритовый вентиль, предназначенный для развязки выхода ЛБВ и входа второго каскада усиления (клистрон АНТЕЙ), а затем через направленный ответвитель (НО), предназначенный для ответвления части энергии зондирующего сигнала в аппаратуру контроля, аттенюатор, позволяющий устанавливать паспортное значение мощности сигнала на входе клистрона, по кабелю РК-50 поступает на вход второго каскада усиления.

После усиления зондирующий сигнал передается в волноводный тракт. Для защиты клистрона от пробоя на его выходе установлен отрезок волновода с фоторезистором, который является датчиком неисправности передающего тракта. При его срабатывании (в случаях искрения) на пульте управления загорается "АВАРИЯ ФОТОЗАЩИТА" и снимается модулирующее напряжение клистрона.

Ферритовый циркулятор (ФЦ) является антенным переключателем.

Сильфон - гибкий волноводный элемент, обеспечивающий установку съемных элементов волноводного тракта (в частности, клистрона и ферритового циркулятора).

Антенный коммутатор АК10 предназначен для механической развязки усилительной цепочки и антенны (обеспечивается закорачивание волновода при подключении эквивалента антенны).

Участок передающего волноводного тракта между ЛБВ и клистроном выполнен на коаксиальных и полосковых линиях, а между клистроном и облучателем антенны - на волноводах.

Антенная система РЛС 22Ж6

В состав антенной системы РЛС входят (рис.5.12):

приемопередающая антенна (ППА), обеспечивающая излучение зондирующих и запросных сигналов и прием ответных сигналов НРЗ;

приемная антенна (ПрА), предназначенная для приема эхо-сигналов и формирования на прием парциальных лепестков в e-плоскости;

семь вспомогательных антенн, используемых в системе подавления активных шумовых (СКП) и ответных импульсных помех (ПБЛ), а также в системе пеленга ПАП;

антенна НРЗ III_д и VII_д;

совмещенный блок антенн ПБЛ НРЗ III_д и VII_д.

Приемопередающая антенна состоит из зеркала и трехканального облучателя. Зеркало антенны параболического типа сложной кривизны, что обеспечивает формирование косекансной диаграммы направленности в угломестной плоскости (рис.5.13). Облучатель антенны (рис.5.14) трехканальный и содержит рупорный излучатель передающего устройства РЛС и излучающие вибраторы НРЗ III_д и VII_д.

Облучатель вынесен из зоны максимальной интенсивности поля в раскрыве, что позволяет снизить уровень боковых лепестков и исключить искажение главного лепестка диаграммы направленности.

Поскольку различные каналы антенны имеют разную поляризацию, зеркало образовано горизонтально и вертикально расположенными трубками.

Технические параметры приемопередающей антенны: ширина ДН в азимутальной плоскости = 1,4°; ширина ДН в угломестной плоскости = 30°; коэффициент усиления антенны G = 2700; уровень ближних боковых лепестков G_{бл.ближ.}=-23 дБ; уровень фона G_фона £ 40 дБ.

Приемная антенна содержит зеркало и облучатель. Зеркало антенны представляет собой несимметричную (в горизонтальной плоскости) вырезку из параболического цилиндра (рис.5.15). Такая форма зеркала обусловлена применением линейного в вертикальной плоскости облучателя. Использование несимметричной в горизонтальной плоскости вырезки цилиндра предотвращает затенение зеркала линейным облучателем, которое могло бы привести к искажению главного луча и увеличению уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенны. Поскольку на прием используется только горизонтальная поляризация, отражающая поверхность зеркала выполнена в виде горизонтально расположенных трубок.

Конструктивно зеркало размещено над крышей приемопередающей кабины с помощью ферм крепления, а облучатель установлен непосредственно на крыше кабины.

Основными элементами облучателя являются: вертикальная эквидистантная 55-элементная рупорная линейная решетка излучателей, устройство выравнивания амплитудно-фазовых характеристик и диаграммообразующая система. В конструкцию облучателя включены усилители высокой частоты и преобразователи сигналов на промежуточную частоту. Парциальные лепестки диаграммы направленности приемной антенны (рис.5.16) формируются диаграммообразующей системой на промежуточной частоте. Стабильность параметров парциальных лепестков (направления максимумов, ширина лепестков и их равносигнальные направления), а следовательно, и точность измерения угла места во многом зависят от идентичности амплитудно-фазовых характеристик элементов приемного тракта. Устройство выравнивания обеспечивает автоматическую регулировку комплексных коэффициентов передачи 55 каналов приемной антенны. Технические параметры приемной антенны: ширина ДН в азимутальной плоскости =1,5°; ширина парциальных лепестков ДН в угломестной плоскости =2,9°; =33°... =11°; коэффициент усиления антенны зависит от номера парциального лепестка и находится в пределах от G₁ = 11000 до G₈ = 3000; уровень ближних боковых лепестков G_{бл.ближ}.=-23 дБ; уровень фона G_фона £ -45 дБ.