§5.15 Antenna egenskaber

Hovedbeklædning, sidebeklædning og bagbeklædning

En antenne udsender aldrig sin energi perfekt i én retning. Det faktiske strålingsmønster består af:

• Hovedlap (fjernlys): den ønskede, stærke stråle i visningsretningen. Dens bredde (strålebredde, målt mellem -3 dB punkter) bestemmer vinkelopløsningen (Vinkelopløsning).
• Sidelapper (side loops): svagere uønskede bundter helt ved siden af de vigtigste bundt — en uundgåelig fysisk biprodukt af hver finite antenne. Udskriv gode antenner op til 25–40 dB under hovedlappen.
• ryglap: den (svage) se lige på ryggen.

Sidelapper er operationelt meget vigtigere end deres lave effekt antyder:

• Falsk mål: en meget stærk reflektor (bjerg, supertank) i en side lap kan nå over tærsklen og derefter vises på skærmen i retning af den vigtigste lap — Det forkerte sted.
• Jamming input: en skam behøver ikke at være i de vigtigste bundt; kommer med nok magt han indtaster via side lobes på enhver antenne. Modforanstaltning: side lobe undertrykkelse / kridtning og adaptiv nul formation (en null i mønsteret mod marmelade).
• ESM-detektion: Også via side lobes radaren lækker sit signal rundt — en følsom modtager hører radaren næsten altid, ikke kun når strålen passerer.

Antenneformer

Antennens form bestemmer strålens form, og dermed radar opgaven:

EU Fasearray Det fortjener ekstra opmærksomhed, fordi det dominerer det moderne radarlandskab. Hundredtusindvis af små bjælker sender det samme signal med hvert element justerbar fase. Ved at vælge faserne opstår der konstruktiv indblanding (EM bølger i (mod) fase og fra fase) i præcis én retning — bundt — og den retning er Elektroniske, inden for mikrosekunder at flytte, uden at flytte dele. 1 AESA (Active Electronically Scanned Array) har desuden sin egen sender / modtager per element: pålidelig (intet enkelt punkt af svigt), fleksibel i effekt pr. retning, og i stand til at køre flere bundter og frekvenser samtidigt — Uanset hvad der gør ham tilgængelig for EW opgaver (målrettet jamming). De to konstruktioner — PESA og AESA — og deres funktion vil blive yderligere uddybet (Faset system: elektronisk strålestyring til PESA versus AESA — Oversigt).

Faset system: elektronisk strålestyring

Før vi adskiller PESA og AESA, først det fælles princip. 1 Fasearray erstatte den bevægelige parabol med en overflade med hundredvis til tusindvis af massive bjælker (elementer). Strålen er ikke længere mekanisk styret, men Elektroniske — ved fase at regulere hvert element separat.

Mekanismen følger direkte af interferens (EM bølger i (mod) fase og fra fase). Afsendelse af alle elementer præcis i fase, så bølge front tæller lige fremad konstruktivt på: Strålen er vinkelret på planet (kedelige). Giv hvert næste element en lille, stigende faseforskel, derefter "rotere" den kombinerede bølge front — Og strålen peger i en vinkel, uden at bevæge noget.

Konsekvenserne er dybtgående og forklarer, hvorfor trinvise arrays dominerer det moderne radarlandskab:

• Bundhastighed (agility): Strålen vil hoppe i mikrosekunder i stedet for de sekunder, som en roterende antenne koster. Et array kan derfor søge samtidigt, følge flere mål og udføre en raket — det bliver en flerfunktionsradar (jf. Målsporing med radar: målsporingsradar).
• Ingen bevægelige dele: Mere pålidelig, og egnet til at bygge flade i en skrog, mast eller skib struktur.
• Mønsterfrihed: Den samme elektronik, der dirigerer bunken kan også være dyb nuller Rotér i marmelade (Hovedbeklædning, sidebeklædning og bagbeklædning) eller strømforsyningen over tid.

Der er også fysiske grænser. Elementerne er ca. en halv bølgelængde fra hinanden; Hvis de er for langt væk, vil der opstå uønskede yderligere hovedbundter (riffellober). Og jo længere der går, jo mere effektiv åbning "forkortes" — strålen bliver bredere og gevinstdråber (scanningstab). Derfor dækker et fladt system normalt op til ± 60 °; til runddække anvendes tre eller fire planer (såsom faste paneler på moderne fregates).

PESA — Passiv elektronisk scannet array

1 PESA Passiv Electronically Scanned Array er den første generation af trinvis array. Karakteristika: Der er en central sender — typisk et kraftigt rør (TWT eller klystron, Radarsystemets komponenter) — hvis aktiver distribueres til alle elementer via et distributionsnet. Hvert element indeholder kun én faseskyderen (faseskifter) sender bunken; Selve elementet styrker ikke noget.

Fordele i forhold til en mekanisk antenne: alle strålehastighed og multifunktionalitet af Faset system: elektronisk strålestyringmed lavere omkostninger og kompleksitet end en AESA, fordi der kun er én sender.

Men den centrale sender er straks svagheden:

• Enkelt fejlpunkt: Hvis røret fejler, vil hele radaren blive lukket ned.
• Tab: Effekten overføres via lange feeds og passive faseskiftere til elementerne — En masse er tabt undervejs, både når transmitteret og modtaget.
• Begrænset fleksibilitet: i praksis en frekvens og en bundt ad gangen; ingen frit kan deles strøm pr. retning.

PESA var gennembruddet (kendte eksempler: ældre langdistance og skib radar og radar af forskellige jægere fra 1980 'erne–'90, men er i vid udstrækning blevet erstattet af AESA for nye systemer.

AESA — Aktiv elektronisk scannet array

1 AESA (Active Electronically Scanned Array) senderen bevæger sig efter elementerne. Bag hver stråle er dens egen T / R-modul (Transmit / Receive): en lille sender / modtager modul med sin egen power forstærker, modtager forstærker (LNA) og fase skifter. En stor AESA indeholder hundredtusindvis af uafhængige sendere — ofte indbygget GaN Eller GaAs.

Da strømmen genereres og modtages på stedet, forsvinder PESA 's tab af foder, og der opstår en række fordele, som gør AESA til standarden:

• Graciøs nedbrydning: ingen central sender. Hvis et par T / R moduler falder ud, vil ydelsen falde en brøkdel — Radaren virker. Meget pålidelig.
• Flere bundter og frekvenser samtidigt: delsæt af elementer kan fungere uafhængigt — Søg i den ene retning, mens du følger det ene mål i den anden, med forskellige frekvenser.
• Strømstyring i retning: øge energi og ophold tid til en mistænkelig sektor, eller sprede for LPI (se nedenfor).
• Bred båndbredde og smidighed: Ideel til frekvensagilitet (PRI-graduering) og høj opløsning (Range opløsning).

Prisen: kompleksitet, køling (alle disse moduler producerer varme) og omkostninger. Men fordelene er så store, at næsten alle nye militære radar — fra bokser til frigate til jordbundet luftforsvar — er en AESA.

PESA versus AESA — Oversigt

Kernen i et bord:

Hvad de er dele: begge styre strålen elektronisk via fase (Faset system: elektronisk strålestyring), begge har ingen bevægelige dele, og begge kan arbejde multifunktionelt. Sondringen er helt hvor strømmen genereres: central (PESA) eller opdelt i aktive moduler (AESA). Den ene forskel forklarer alle de andre regler i tabellen.

Scan mønstre af trinvise arrays

En mekanisk antenne kan kun dreje én ting: cirkler. Et trinvis system (Faset system: elektronisk strålestyring) skubber sin bundt elektronisk i mikrosekunder og kan derfor være "se adfærd" — i scanningsmønster — gratis programmering og endda flere mønstre blandet udføre. De vigtigste former er:

• Grid / søgescanning: Den bundt systematisk ender en sektor (række for række) for at finde nye mål.
• Sektor scanning: kun søge i et defineret område hurtigt og gentagne gange (f.eks. i retning, hvor der forventes en trussel).
• Spor- While- Scan (TWS): bunken holder søger, men altid hopper til kendte mål for at opdatere deres spor — søge og følge med det samme.
• Spotlight: bundt "sticks" på ét formål eller sektor for maksimal opholdstid — mere energi og bedre måling (og gennembrænding, Håndtering af spærringssignalet).
• Agile / interleaved: randomiserede spring mellem opgaver; Søg, spore, udføre en raket og arbejde LPI.

Kasser, monopulser og duplexer

Tre komponenter omkring antennen, der kommer tilbage i næsten alle radarer:

• Cassegrain antenne: en parabolsk parabol med en lille konveks Underreflektor foran fokus. Foderet sidder i midten af hovedskålen og stråler mod underreflektoren, hvilket afspejler energien tilbage over hovedskålen. Fordel: den tunge foder og waveguide sidder bag skålen, kort og kompakt — ideel til sporing radar og antenner, der skal bevæge sig hurtigt.
• Monopulsfoder: i stedet for et horn, fire sidde side om side i fokus. Tilføjelse og fratagelse af deres signaler giver en sumkanal (Σ, for detektering og rækkevidde) og to differenskanaler (Δ for fejlen i azimut og elevation). Vinklen fejl følger således fra en enkelt puls — grundlaget for monopulsesporing (Teknikker til målsporingsradar) og grunden til disse radar er ufølsomme over for amplitudemoduleret jamming, der gør bedrage konisk scanning.
• Duplexer og diplexer: duplexer (Radarsystemets komponenter) lader sender og modtager dele den samme antenne. Klassisk med et gasudladningsrør (TR rør), der skyder ved transmission puls og kortslutninger modtageren; i dag med en ferrit cirkulationspumpe og en limiter. A diplexer gør noget andet: det kombinerer to sendere på forskellige frekvenser på en antenne, som med frekvens mangfoldighed (Tab og udsving).