Антенно-волноводных систем

Антенно-волноводные системы (АВС) предназначены для передачи электромагнитной энергии зондирующих сигналов от передатчика к антенне, излучения ее в пространство, приема отраженных эхо-сигналов и передачи их энергии на вход приемника.

В состав АВС входят антенная система и волноводный тракт. Функции излучения и приема электромагнитной энергии выполняет антенная система, функции передачи энергии от передатчика к антенне и от антенны к приемнику выполняет волноводный тракт.

В общем случае в состав антенной системы РЛС входят следующие антенные устройства:

передающие и приемные антенны основных радиолокационных каналов;

передающие и приемные антенны НРЗ;

вспомогательные антенны подавления помех в основных каналах; компенсационные антенны для подавления помех и боковых ответов НРЗ; антенны контрольной аппаратуры.

Основными параметрами антенных устройств являются:

коэффициент усиления антенны;

форма ДНА;

уровень боковых лепестков;

диапазонность;

поляризация.

АВС отличаются следующими преимуществами:

устойчивостью к ветровым нагрузкам, обледенению, воздействию ударной волны;

возможностью быстрой разборки и сборки;

удобством транспортировки.

Коэффициент усиления антенны характеризует степень выигрыша по мощности с учетом направленных свойств антенны и наличия в ней потерь. Антенны современных РЛС имеют коэффициент усиления от нескольких сотен до десятков тысяч.

Форма диаграммы направленности антенны существенно влияет на точность и разрешающую способность по угловым координатам, помехозащищенность. Форма диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости определяет степень рациональности распределения излучаемой энергии по углу места. Правильно выбранная форма диаграммы направленности антенны в этой плоскости позволяет сократить энергетические затраты при обеспечении заданной дальности обнаружения.

Для РЛС обнаружения, осуществляющих круговой обзор, наиболее рациональной является диаграмма направленности, широкая в вертикальной и узкая в горизонтальной плоскости; для высотомеров - наоборот, узкая в вертикальной и несколько более широкая в горизонтальной плоскости.

Уровень боковых лепестков влияет на интенсивность принимаемых активных и пассивных помех и тем самым определяет помехозащищенность РЛС. Прием эхо-сигналов целей по боковым лепесткам затрудняет определение их истинных координат. Кроме того, боковые лепестки вызывают уменьшение чувствительности приемника за счет приема дополнительных шумов из окружающего пространства.

Диапазонность антенны определяется полосой частот, в пределах которой основные параметры антенны не выходят за пределы допустимых значений. Антенны РЛС, как правило, удовлетворяют заданным параметрам при изменении частоты в пределах 10-20% от средней рабочей частоты передатчика РЛС.

От вида поляризации излучаемых сигналов зависит интенсивность мешающих отражений от земной или водной поверхности. Например, обратные отражения от поверхности земли, покрытой растительностью, при вертикальной поляризации более интенсивны, чем при горизонтальной. Спокойная морская поверхность, наоборот, в направлении на РЛС лучше отражает горизонтально поляризованную волну.

Основными элементами волноводного тракта являются волноводные линии передачи электромагнитной энергии, антенный переключатель, вращающееся сочленение. В состав волноводного тракта входят также согласующие устройства, фазовращатели, направленные ответвители, делители мощности, волноводно-коаксиальные переходы, вентили и другие элементы СВЧ.

К основным техническим характеристикам волноводного тракта относятся:

степень согласования волноводного тракта с нагрузкой;

потери энергии в волноводном тракте;

максимальная передаваемая мощность.

Степень согласования волноводного тракта с нагрузкой характеризуется коэффициентом бегущей волны (КБВ) или обратной ему величиной - коэффициентом стоячей волны напряжения - КСВН. Величина КСВН показывает, насколько режим работы волноводного тракта отличается от режима бегущих волн. Практически считается, что нагрузка хорошо согласована с линией передачи, если КСВН < 1,2, и согласована удовлетворительно, если КСВН = 1,2...2,0.

Потери энергии в волноводном тракте обусловлены тепловыми потерями в металлических проводящих поверхностях и диэлектрическими потерями линий передачи. Величину потерь принято характеризовать коэффициентом поглощения. Для линий передач пользуются величиной погонного ослабления, выраженной в децибелах на один метр длины. Для волноводов значение погонного ослабления составляет 0,01...0,05 дБ/м, для полосковых и коаксиальных линий передачи - 0,05...0,5 дБ/м. Потери реальных трактов РЛС - 0,5...1 дБ на передачу и 2...3 дБ на прием.

Максимальная передаваемая мощность в волноводном тракте ограничивается возможностью электрического пробоя и допустимым нагревом диэлектрика линии передачи.

Выбор элементов СВЧ тракта определяется длиной волны, величиной передаваемой мощности, cхемными и конструктивными особенностями тракта.

В РЛС сантиметрового диапазона волноводные тракты выполняются на прямоугольных волноводах, поперечные размеры которых должны обеспечивать заданную диапазонность и уровень передаваемой мощности.

В РЛС дециметрового диапазона используются жесткие коаксиальные линии с воздушным заполнением, в РЛС метрового диапазона - коаксиальные линии с диэлектрическим заполнением.

Гибкие сочленения обеспечивают возможность механического соединения тракта с усилительными или генераторными приборами, а также соединение неподвижной и подвижной частей тракта. Волноводные переходы обеспечивают возможность соединения отрезков волноводов различного сечения. Например, магнетроны, имеющие круглый выходной волновод, подключаются к прямоугольному волноводу через волноводный переход, который является плавным неотражающим переходом от круглого к прямоугольному сечению. При передаче электромагнитной энергии от генератора к нагрузке необходимо согласование отдельных участков тракта между собой, обеспечивающее заданные диапазонность, КСВН и потери в тракте. С этой целью используются различные согласующие элементы: в коаксиальных линиях передачи - четвертьволновые трансформаторы, cогласующие шлейфы, вентили; в волноводных линиях - - индуктивные и емкостные диафрагмы, фазовые трансформаторы.

Необходимость поочередного переключения передатчика на несколько антенн или эквивалент, электрическое сканирование луча ДНА потребовали разработки и создания быстродействующих электрически управляемых переключателей, коммутаторов, фазовращателей, циркуляторов. Эти устройства разработаны на основе использования свойств ферритов в постоянном магнитном поле.