§5.15 Χαρακτηριστικά κεραίας

Κύριοι λοβοί, πλευρικοί λοβοί και πίσω λοβοί

Μια κεραία ποτέ δεν ακτινοβολεί την ενέργειά της τέλεια προς μία κατεύθυνση. Το πραγματικό σχέδιο ακτινοβολίας αποτελείται από:

• Κεντρικός λοβός (κύρια δέσμη): η επιθυμητή, ισχυρή δέσμη προς την κατεύθυνση της προβολής. Το πλάτος του (πλάτος δέσμης, μετρούμενο μεταξύ -3 dB σημείων) καθορίζει τη γωνιακή ανάλυση (Γωνιακή ανάλυση).
• Πλευρικοί λοβοί (πλευρικοί βρόχοι): ασθενέστερες ανεπιθύμητες δέσμες υποχρεωτικά δίπλα στην κύρια δέσμη — ένα αναπόφευκτο φυσικό παραπροϊόν κάθε πεπερασμένης κεραίας. Εκτύπωση καλών κεραιών έως 25–40 dB κάτω από τον κύριο λοβό.
• Πίσω λοβός: η (αδύναμη) ματιά κατευθείαν στο πίσω μέρος.

Οι πλαϊνοί λοβοί είναι επιχειρησιακά πολύ πιο σημαντικοί από ότι υποδηλώνει η χαμηλή τους δύναμη:

• Ψεύτικοι στόχοι: ένας πολύ ισχυρός ανακλαστήρας (όρος, υπερτατήρας) σε έναν πλευρικό λοβό μπορεί να φτάσει πάνω από το κατώφλι και στη συνέχεια εμφανίζεται στην οθόνη προς την κατεύθυνση του κύριου λοβού — Σε λάθος μέρος.
• Εισαγωγή παρεμβολών: ένας οίκτος δεν χρειάζεται να είναι στην κύρια δέσμη? έρχεται με αρκετή δύναμη εισέρχεται μέσω των πλευρικών λοβών σε οποιαδήποτε κεραία. Αντιμέτρο: πλευρική καταστολή λοβού / λεύκανση και προσαρμοστικός σχηματισμός μηδέν (ένα μηδενικό στο μοτίβο προς τη μαρμελάδα).
• Ανίχνευση ESM: Επίσης μέσω πλευρικών λοβών το ραντάρ διαρρέει το σήμα του γύρω — ένας ευαίσθητος δέκτης ακούει το ραντάρ σχεδόν πάντα, όχι μόνο όταν η δέσμη περνάει.

Σχήματα κεραιών

Το σχήμα της κεραίας καθορίζει το σχήμα δέσμης, και έτσι το έργο του ραντάρ:

Η βαθμιδωτή συστοιχία Αξίζει επιπλέον προσοχή επειδή κυριαρχεί στο σύγχρονο τοπίο των ραντάρ. Εκατοντάδες έως χιλιάδες μικρές ακτίνες μεταδίδουν το ίδιο σήμα με κάθε ρυθμιζόμενη φάση του στοιχείου. Επιλέγοντας τις φάσεις, προκύπτουν εποικοδομητικές παρεμβάσεις (EM κύματα σε (κατά) φάση και από τη φάση) προς ακριβώς μία κατεύθυνση. — η δέσμη — και αυτή η κατεύθυνση είναι Ηλεκτρονικά, εντός μικροδευτερόλεπτων να μετακινούνται, χωρίς να μετακινούνται μέρη. Ένα ΑΕΣΑ (Ενεργή ηλεκτρονική σάρωση Array) επιπλέον έχει το δικό του πομπό / υποδοχέα ανά στοιχείο: αξιόπιστη (χωρίς ένα σημείο βλάβης), ευέλικτη σε δύναμη ανά κατεύθυνση, και σε θέση να τρέξει πολλαπλές δέσμες και συχνότητες ταυτόχρονα — Ό,τι τον καθιστά διαθέσιμο για εργασίες EW (στοχευμένη παρεμβολή). Οι δύο κατασκευές — ΠΕΣΑ και ΑΕΣΑ — και η λειτουργία τους θα εμβαθυνθεί περαιτέρω (Συστοιχία φάσεων: ηλεκτρονικός έλεγχος δέσμης σε PESA έναντι AESA — Περίληψη).

Συστοιχία φάσεων: ηλεκτρονικός έλεγχος δέσμης

Πριν χωρίσουμε την PESA και την AESA, πρώτα η κοινή αρχή. Ένα βαθμιδωτή συστοιχία Αντικαθιστά το κινούμενο πιάτο με επιφάνεια με εκατοντάδες έως χιλιάδες συμπαγείς δοκούς (στοιχεία). Η δέσμη δεν είναι πλέον μηχανικά κατευθυνόμενη, αλλά Ηλεκτρονικά — από την φάση να ρυθμίζει ξεχωριστά κάθε στοιχείο.

Ο μηχανισμός προκύπτει άμεσα από παρεμβολές (EM κύματα σε (κατά) φάση και από τη φάση). Στέλνοντας όλα τα στοιχεία ακριβώς στη φάση, τότε το κύμα μπροστά μετράει εποικοδομητικά: Η δέσμη είναι κάθετη στο επίπεδο (δυνατότητα). Δώστε σε κάθε επόμενο στοιχείο ένα μικρό, ανερχόμενο διαφορά φάσης, στη συνέχεια " rotate" το συνδυασμένο κύμα μπροστά — Και η ακτίνα δείχνει σε γωνία, χωρίς να κινείται τίποτα.

Οι συνέπειες είναι βαθιές και εξηγούν γιατί σταδιακά οι συστοιχίες κυριαρχούν στο σύγχρονο τοπίο των ραντάρ:

• Ταχύτητα δέσμης (επιλεξιμότητα): Η δέσμη θα πηδήξει σε μικροδευτερόλεπτα αντί για τα δευτερόλεπτα που κοστίζει μια περιστρεφόμενη κεραία. Μια συστοιχία μπορεί επομένως αναζήτηση ταυτόχρονα, ακολουθήστε πολλαπλούς στόχους και τη διεξαγωγή ενός πυραύλου — γίνεται ραντάρ πολλαπλών λειτουργιών (πρβλ. Εντοπισμός στόχου από ραντάρ: Ραντάρ εντοπισμού στόχου).
• Χωρίς κινούμενα μέρη: Πιο αξιόπιστη, και κατάλληλη για την κατασκευή επίπεδη σε ένα κύτος, κατάρτι ή κατασκευή πλοίων.
• Ελευθερία μοτίβου: Τα ίδια ηλεκτρονικά που κατευθύνει το πακέτο μπορεί επίσης να είναι βαθιά μηδενικά Περιστροφή προς κατεύθυνση μαρμελάδας (Κύριοι λοβοί, πλευρικοί λοβοί και πίσω λοβοί) ή τη διανομή ενέργειας με την πάροδο του χρόνου.

Υπάρχουν επίσης φυσικά όρια. Τα στοιχεία είναι περίπου μισό μήκος κύματος μακριά. Εάν είναι πολύ μακριά, θα προκύψουν ανεπιθύμητες πρόσθετες κύριες δέσμες (λοβοί από τρίψιμο). Και όσο πιο μακριά στέλνεται η δέσμη της boresight, τόσο περισσότερο το αποτελεσματικό διάφραγμα - συντομευμένο. — η δέσμη γίνεται ευρύτερη και το κέρδος πέφτει (απώλεια σάρωσης). Ως εκ τούτου, μια επίπεδη συστοιχία καλύπτει συνήθως έως ±60°· για στρογγυλή κάλυψη χρησιμοποιούνται τρία ή τέσσερα επίπεδα (όπως σταθερά πάνελ σε σύγχρονες φρεγάτες).

ΠΕΣΑ — Παθητική ηλεκτρονική σάρωση Array

Ένα ΠΕΣΑ Παθητική ηλεκτρονική σάρωση Array είναι η πρώτη γενιά της σταδιακής συστοιχίας. Χαρακτηριστικά: Υπάρχει. ένας κεντρικός πομπός — συνήθως ένα ισχυρό σωλήνα (TWT ή klystron, Εξαρτήματα του συστήματος ραντάρ) — των οποίων τα περιουσιακά στοιχεία διανέμονται σε όλα τα στοιχεία μέσω ενός δικτύου διανομής. Κάθε στοιχείο περιέχει μόνο ένα κύλιση φάσεων (φασικός αλλόμορφος) αποστολή της δέσμης· Το ίδιο το στοιχείο δεν ενισχύει τίποτα.

Πλεονεκτήματα σε σχέση με μια μηχανική κεραία: όλη η ταχύτητα δέσμης και πολυλειτουργικότητα Συστοιχία φάσεων: ηλεκτρονικός έλεγχος δέσμης, με χαμηλότερο κόστος και πολυπλοκότητα από ένα AESA, επειδή υπάρχει μόνο ένας πομπός.

Αλλά ο κεντρικός πομπός είναι αμέσως η αδυναμία:

• Ένα σημείο αστοχίας: Αν ο σωλήνας αποτύχει, όλο το ραντάρ θα κλείσει.
• Απώλεια: η ισχύς μεταφέρεται μέσω διαχρονικών τροφών και παθητικών μετατροπέων στα στοιχεία — Πολλά χάνονται στην πορεία, και όταν μεταδίδονται και λαμβάνονται.
• Περιορισμένη ευελιξία: στην πράξη μία συχνότητα και μία δέσμη κάθε φορά· καμία ελεύθερα διαιρούμενη ισχύς ανά κατεύθυνση.

PESA ήταν η ανακάλυψη (γνωστά παραδείγματα: παλαιότερα ραντάρ μεγάλων αποστάσεων και πλοίων και το ραντάρ διαφόρων κυνηγών από τη δεκαετία του 1980–'90, αλλά έχει αντικατασταθεί σε μεγάλο βαθμό από την AESA για νέα συστήματα.

ΑΕΣΑ — Ενεργή ηλεκτρονική σάρωση Array

Ένα ΑΕΣΑ Ο πομπός κινείται μετά τα στοιχεία. Πίσω από κάθε δέσμη είναι το δικό του Μονάδα T/R (Transmit/Receive): μια μικρή μονάδα πομπού/λήψης με δικό της ενισχυτή ισχύος, ενισχυτή δέκτη (LNA) και μετατροπέα φάσεων. Μια μεγάλη AESA περιέχει εκατοντάδες έως χιλιάδες ανεξάρτητους πομπούς — συχνά ενσωματωμένο σε Γκαν Ή GaAs.

Επειδή η ισχύς παράγεται και λαμβάνεται επιτόπου, οι απώλειες τροφοδότησης του PESA εξαφανίζονται και προκύπτουν μια σειρά πλεονεκτημάτων που καθιστούν την AESA το πρότυπο:

• Χαριτωμένη αποδόμηση: Κανένας κεντρικός πομπός. Εάν λίγα T/R modules πέσουν, η απόδοση πέφτει ένα κλάσμα — Το ραντάρ δουλεύει. Πολύ αξιόπιστο.
• Πολλαπλές δέσμες και συχνότητες ταυτόχρονα: υποσύνολα στοιχείων μπορούν να λειτουργήσουν ανεξάρτητα — Ψάξτε προς τη μία κατεύθυνση ενώ ακολουθείτε τον ένα στόχο στην άλλη, σε διαφορετικές συχνότητες.
• Διαχείριση ενέργειας κατά διεύθυνση: αύξηση της ενέργειας και του χρόνου παραμονής σε έναν ύποπτο τομέα, ή εξάπλωση για LPI (βλέπε παρακάτω).
• Ευρύ εύρος ζώνης & ευκινησία: ιδανικό για ευκινησία συχνότητας (Διαμόρφωση PRI) και ανάλυση υψηλού εύρους (Ανάλυση εύρους).

Η τιμή: πολυπλοκότητα, ψύξη (όλες αυτές οι μονάδες παράγουν θερμότητα) και κόστος. Αλλά τα πλεονεκτήματα είναι τόσο μεγάλα που σχεδόν κάθε νέο στρατιωτικό ραντάρ — από μαχητικό σε φρεγάτα σε επίγεια εναέρια άμυνα — είναι AESA.

PESA έναντι AESA — Περίληψη

Ο πυρήνας σε ένα τραπέζι:

Τι είναι; μέρη: και οι δύο κατευθύνουν τη δέσμη ηλεκτρονικά μέσω της φάσης (Συστοιχία φάσεων: ηλεκτρονικός έλεγχος δέσμης), και τα δύο δεν έχουν κινούμενα μέρη, και τα δύο μπορούν να λειτουργήσουν πολυλειτουργικά. Η διάκριση είναι εντελώς όπου παράγεται ισχύς: κεντρική (PESA) ή χωρισμένη σε ενεργές ενότητες (AESA). Αυτή η διαφορά εξηγεί όλους τους άλλους κανόνες του πίνακα.

Σκανάρισμα μοτίβων συστοιχιών σε φάση

Μια μηχανική κεραία μπορεί να γυρίσει μόνο ένα πράγμα: κύκλους. Μια σταδιακή συστοιχία (Συστοιχία φάσεων: ηλεκτρονικός έλεγχος δέσμης) ωθεί το πακέτο του ηλεκτρονικά σε μικροδευτερόλεπτα και, ως εκ τούτου, μπορεί να είναι " παρακολουθώντας τη συμπεριφορά — το μοτίβο σάρωσης — ελεύθερος προγραμματισμός και ακόμη και πολλαπλά μοτίβα μικτό Εκτέλεση. Οι κύριες μορφές είναι:

• Σκανάρισμα καννάβου / αναζήτησης: Το πακέτο τερματίζει συστηματικά έναν τομέα (σειρά προς σειρά) για να βρει νέους στόχους.
• Σκανάρισμα τομέα: μόνο αναζήτηση μιας καθορισμένης περιοχής γρήγορα και επανειλημμένα (π.χ. κατεύθυνση όπου αναμένεται απειλή).
• Track-Ενώ-Scan (TWS): το πακέτο συνεχίζει να ψάχνει, αλλά πάντα πηδά σε γνωστούς στόχους για να ενημερώσει την πίστα τους — Ψάξτε και ακολουθήστε αμέσως.
• Προβολέας: η δέσμη "sticks» για έναν σκοπό ή τομέα για μέγιστο χρόνο διαμονής — περισσότερη ενέργεια και καλύτερη μέτρηση (και burn-through, Υπερισχύει του σήματος παρεμβολής).
• Εύχρηστο/διαφανές: τυχαίας εμφάνισης άλματα μεταξύ των εργασιών? Αναζήτηση, κομμάτι, διεξαγωγή ενός πυραύλου και εργασίας LPI.

Κασσεγκρανίτης, μονοπολτός και διπλωτής

Τρία εξαρτήματα γύρω από την κεραία που επανεμφανίζονται σχεδόν σε κάθε ραντάρ:

• Κεραία cassegrain: ένα παραβολικό πιάτο με ένα μικρό, κυρτό Υποανακλαστήρας μπροστά από την εστίαση. Η τροφή βρίσκεται στο κέντρο του κύριου πιάτου και ακτινοβολεί προς τον υποανακλαστήρα, ο οποίος αντανακλά την ενέργεια πίσω στο κύριο πιάτο. Πλεονέκτημα: η βαριά τροφή και ο κυματοδηγός κάθονται πίσω από το πιάτο, σύντομο και συμπαγές — ιδανικό για ραντάρ εντοπισμού και για κεραίες που πρέπει να κινηθούν γρήγορα.
• Ζωοτροφή μονοπόλων: Αντί για ένα κέρατο, τέσσερις κάθονται δίπλα δίπλα στο επίκεντρο. Η προσθήκη και αφαίρεση των σημάτων τους παράγει κανάλι αθροίσματος (S, για ανίχνευση και εύρος) και δύο διαύλους διαφοράς (Δ, για το σφάλμα στο αζιμούθιο και την ανύψωση). Το σφάλμα γωνίας προκύπτει έτσι από ένα μόνο παλμό — η βάση της ανίχνευσης μονοπόλων (Τεχνικές του ραντάρ εντοπισμού στόχου) και ο λόγος που αυτά τα ραντάρ είναι αναίσθητα στο εύρος-τροποποιημένη παρεμβολή που κάνει εξαπάτηση κωνική σάρωση.
• Διπλωτήρας και διπλωτής: το duplexer (Εξαρτήματα του συστήματος ραντάρ) επιτρέπει στον πομπό και τον δέκτη να μοιράζονται την ίδια κεραία. Κλασικά με σωλήνα εκκένωσης αερίου (TR σωλήνας) που πυρπολεί στον παλμό μετάδοσης και βραχυκύκλωσε τον δέκτη· στις μέρες μας με φερρίτη κυκλοφορία και έναν περιοριστή. Α διπλωτής κάνει κάτι άλλο: συνδυάζει δύο πομπούς σε διαφορετικές συχνότητες σε μία κεραία, όπως με την ποικιλομορφία συχνότητας (Απώλειες και διακυμάνσεις).