ТЕМА № 3: Основные системы и элементная база радиолокационных

база радиолокационных станций»



Занятие №3: Антенны и радиоволново-ды радиолокационных станций

устройство параболических антенн и фазированных антенных решеток (ФАР).
Назначение, виды

и общее устройство волноводов.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

(радиоволны) и излучения их в пространство (передающая антенна), а также

для преобразования принятых радиоволн и преобра-зования их в электрические колебания (приемная антенна)

Антенны обладают свойством обратимости, т.е. параметры антенны в режиме приёма опреде-ляются её параметрами в режиме передачи.

свободной пространство.
Сопротивление излучения rS : характеризует спо-собность антенны к

излучению электромагнитной энергии при данной силе тока, возбуждаемого в антенне

где Ia – действующее значение тока в антенне.

Качественные показатели антенны

проводах и изоляторах ан-тенны, а также в предметах, окружающих антенну.

Сопротивление потерь RП : характеризует величину мощности, теряемой в процессе преобразования энергии в антенне при данной силе тока, возбуждаемого в ней

где Ia – действующее значение тока в антенне.

к антенне от передатчика.
Эта мощность состоит из излучаемой мощности

и мощности потерь:

Ра= РS + РП = Iа2(rS + RП)

Мощности в антенне соответствует активное сопротивление:

Сопротивления Rа, rS и Rп являются параметрами антенны.

к антенне:
где rS - сопротивление излучения

Rп – сопротивление потерь

Для увеличения КПД антенны требуется увеличи-вать сопротивление излучения и уменьшать сопро-тивление потерь

принимаемой мощности от направления.

Диаграмму направленности снимают в двух плоскостях:

горизонтальной и вертикальной. Диаграммы направленности строят в полярной или прямоугольной системе координат.

на плоскости определяется двумя числами — полярным углом и полярным радиусом.

Полярная система координат особенно полезна в случаях, когда отношения между точками проще изобразить в виде радиусов и углов; в более рас-пространённой, декартовой или прямоугольной системе координат, такие отношения можно устано-вить только путём применения тригонометричес-ких уравнений.

игольчатую.
Рис. Типы диаграмм направленности
а – косекансная; б – веерная; в

– лопаточная;
г –игольчатая.

определяется:



где λ – длина волны;
d – диаметр зеркала антенны.
 
От ширины

ДНА зависит разрешающая способ-ность РЛС по угловым координатам и точность измерения угловых координат.

по углу улучшается при уменьшении длины волны излучения и увеличении

диаметра зеркала

Ширина ДНА влияет на вероятность обнаружения целей, которая определяется количеством отраженных импульсов в пачке.

где Тобл – время облучения цели при нахождении ее в пределах ДНА;
Тп – период повторения РЛС

направленного действия (КНД) на-зывается отношение в направлении максимума ДНА к

мощности излучения ненаправленной антенны.
КНД показывает выигрыш в излучаемой мощности Р∑, который даёт в точке наблюдения антенна нап-равленного излучения по сравнению с антенной ненаправленного излучения

где Р∑0 - мощность, излучаемая антенной ненаправленного действия

коэффициент использования поверхности зеркала антенны (для параболических антенн близок к

единице)

ан-тенны к мощности, подводимой ко входу направлен-ной антенны, при условии,

что обе антенны создают в данном направлении на одинаковом расстоянии рав-ные значения плотности потока мощности.
КУ антенны показывает, во сколько раз необходимо увеличить мощность на входе антенны (выходную мощность передатчика) при замене данной антенны идеальной ненаправленной антенной, чтобы значение плотности потока мощности излучаемого антенной электромагнитного поля в точке наблюдения не изме-нилось. При этом предполагается, что коэффициент полезного действия (КПД) ненаправленной антенны равен единице.

усиления характеризует выигрыш по мощности, который даёт направленная антенна по

сравнению с идеальным ненаправленным излучателем.
Коэффициент усиления параболической антенны определяется:

АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

формируется в результате отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального

профиля.
Источником электромагнитной волны служит эле-ментарная антенна, называемая облучателем зер-кала или просто облучателем.
В качестве облучателя применяют рупор, откры-тый конец волновода и т.д.
Зеркало и облучатель являются основными элемен-тами зеркальной антенны.
Наиболее распространенным является зеркала в виде параболоида вращения, усеченного параболо-ида

поверхности зеркала, наво-дит на ней токи, которые создают вторичные поля,

называемые полями отраженной волны.

Для того чтобы на зеркало попала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен быть однонаправленным, то есть излучать только в направлении зеркала. Облучатель форми-рует волну с сферическим фронтом. Для того, чтобы обеспечить узконаправленную ДНА, фронт волны должен быть как можно более плоским. Для этого отражатель выполняют в виде параболоида враще-ния, а облучатель помещают в фокус параболоида.

то фронт волны, отраженной от зеркала, будет плоским и совпадать

с раскрывом зеркала. Направление максимума ДНА совпадает с осью зеркала.
Смещение облучателя в направлении перпендикулярном оптической оси зеркала вызывает отклонение направления главного максимума в сторону, противоположную смещению облучателя.

сканирование электронного луча с ДН игольчатой формы в угло-местной плоскости

с одновременным вращением антенной системы по азимуту. Это достигается применением фазированной антенной решётки (ФАР).

элементов имеют свой собствен-ный миниатюрный микроволновый передатчик, обходясь без одной

большой трубки передатчика, применяемой в радарах с пассивной фазированной решёткой.

В обычной пассивной решётке один передатчик мощностью несколько киловатт питает несколько сотен элементов, каж-дый из которых излучает только десятки ватт мощности.
Активные решётки более надежны, т/к отказ одного приёмо-передающего элемента решётки искажает ДНА, что нес-колько ухудшает характеристики локатора, но в целом он остаётся работоспособным.

с открытым излучающим концом.
Рупорную антенну возбуждают волновод, присоеди-ненным к

узкому концу рупора.

линией — фактически, полоса антенны определяется свойствами возбуждающего волно-вода. Для

них характерен малый уровень задних лепестков диаграммы направленности (до -40 dB) из-за того, что мало затекание ВЧ-токов на теневую сторону рупора. Рупорные антенны с небольшим усилением просты конструктивно, но достижение большого (>25 dB) усиления требуют приме-нения выравнивающих фазу волны устройств (линз или зеркал) в раскрыве рупора. Без подобных устройств антен-ну приходится делать непрактично длинной.
Применяют как самостоятельно, так и в качестве облучате-лей зеркальных и других антенн, конструктивно совмещен-ную с параболическим отражателем (рупорно-параболичес-кая антенна). Рупорные антенны с небольшим усилением из-за удачного набора свойств и хорошей повторяемости часто используются в качестве измерительных.

волн.
Механизм их распространения в волноводе обуслов-лен многократным отражением электромагнитных

волн от его стенок (дм, см, мм диапазона волн).
Можно использовать трубы с любой формой поперечного сечения. Более удобны прямоугольные.
Круглые волноводы применяются во вращающихся сочлинениях.