§5.15 Características de la antena

lóbulos principales, lóbulos laterales y lóbulos traseros

Una antena nunca irradia su energía perfectamente en una dirección. El patrón de radiación real consiste en:

• Lobo principal El haz deseado y fuerte en la dirección de visualización. Su anchura (anchura, medida entre -3 puntos dB) determina la resolución angular (Resolución angular).
• Lobos laterales (lazos laterales): más débiles paquetes no deseados oblicuamente al lado del paquete principal — un inevitable subproducto físico de cada antena finita. Imprimir buenas antenas hasta 25–40 dB debajo del lóbulo principal.
• Lobo trasero: la mirada recta a la espalda.

Los lóbulos laterales son operacionalmente mucho más importantes que su bajo poder sugiere:

• Objetivos falsos: un reflector muy fuerte (montaña, supertanker) en un lóbulo lateral puede llegar por encima del umbral y luego aparece en la pantalla en la dirección del lóbulo principal — En el lugar equivocado.
• Entrada de jamming: una lástima no tiene que estar en el paquete principal; viene con suficiente poder que entra a través de los lóbulos laterales en cualquier antena. Contramedida: supresión lateral del lóbulo / blanqueamiento y formación cero adaptativa (una null en el patrón hacia la mermelada).
• Detección ESM: También a través de lóbulos laterales el radar filtra su señal alrededor — un receptor sensible escucha el radar casi siempre, no sólo cuando el rayo pasa.

Formas de antena

La forma de la antena determina la forma del haz, y por lo tanto la tarea del radar:

El matriz gradual Merece atención extra porque domina el moderno paisaje de radar. Cientos a miles de pequeñas vigas transmiten la misma señal con cada elemento de fase ajustable. Al elegir las fases, surge una interferencia constructiva (ondas EM en fase (contra) y de fase) en exactamente una dirección — el paquete — y esa dirección es Electrónica, dentro de microsegundos para moverse, sin mover partes. Uno AESA (Active Electronically Scanned Array) además tiene su propio transmisor/receptor por elemento: confiable (ninguno punto de fracaso), flexible en potencia por dirección, y capaz de ejecutar múltiples paquetes y frecuencias simultáneamente — Lo que lo hace disponible para las tareas de EW (mezcla fijada). Las dos construcciones — PESA y AESA — y su funcionamiento se profundizará aún más (array de fase: control electrónico de haz a PESA versus AESA — Resumen).

array de fase: control electrónico de haz

Antes de separar PESA y AESA, primero el principio compartido. Uno matriz gradual reemplazar el plato móvil con una superficie con cientos a miles de vigas sólidas (elementos). El rayo ya no está dirigido mecánicamente, pero Electrónica — por el fase para regular cada elemento por separado.

El mecanismo se deriva directamente de la interferencia (ondas EM en fase (contra) y de fase). Enviando todos los elementos exactamente en fase, entonces el frente de onda cuenta directamente hacia delante constructivamente en: El haz es perpendicular al plano (boresight). Dar a cada elemento siguiente un pequeño, ascendente diferencia de fase, luego "rota" el frente de onda combinado — Y el rayo apunta a un ángulo, sin mover nada.

Las consecuencias son profundas y explican por qué los arrays escalonados dominan el paisaje de radar moderno:

• Velocidad de la cabina (agilidad): El rayo saltará en microsegundos en lugar de los segundos que una antena rotatoria cuesta. Por lo tanto, un array puede buscar simultáneamente, seguir múltiples objetivos y realizar un cohete — se convierte en un radar multifuncional (cf. Objetivo de seguimiento por radar: Rada de rastreo de objetivos).
• Sin partes móviles: Más confiable, y adecuado para construir plana en un casco, mástil o estructura naval.
• Libertad de patrón: La misma electrónica que dirige el paquete también puede ser profunda ceros Girar en una dirección de mermelada (lóbulos principales, lóbulos laterales y lóbulos traseros) o la distribución de energía con el tiempo.

También hay límites físicos. Los elementos son de media longitud de onda; Si están demasiado lejos, los paquetes principales adicionales no deseados surgirán (lóbulos grises). Y cuanto más se envía el paquete de la aburrimiento, más la abertura efectiva "se corta" — el haz se vuelve más ancho y la ganancia cae (Pérdida de exploración). Por lo tanto, una matriz plana generalmente cubre hasta ±60°; para cubierta redonda, se utilizan tres o cuatro planos (como paneles fijos en las fragatas modernas).

PESA — Array escaneado electrónico pasivo

Uno PESA Array escaneado electrónico pasivo es la primera generación de array escalonado. Características: Hay un transmisor central — típicamente un tubo potente (TWT o klystron, Componentes del sistema de radar) — cuyos activos se distribuyen a todos los elementos mediante una red de distribución. Cada elemento contiene sólo uno fase deslizante (cambiador de fase) enviar el paquete; El elemento en sí no fortalece nada.

Ventajas relativas a una antena mecánica: toda velocidad de haz y multifuncionalidad array de fase: control electrónico de haz, a menor costo y complejidad que un AESA, porque sólo hay un transmisor.

Pero el transmisor central es inmediatamente la debilidad:

• Punto único de fracaso: Si el tubo falla, el radar entero será apagado.
• Pérdida: la potencia será transferida a través de alimentaciones largas y transductores pasivos a los elementos — Mucho se pierde en el camino, tanto cuando se transmite como se recibe.
• Flexibilidad limitada: en la práctica una frecuencia y un paquete a la vez; no poder libremente divisible por dirección.

PESA fue el avance (conocidos ejemplos: radares de larga distancia y naves más antiguos y el radar de varios cazadores de los años 80–'90, pero ha sido reemplazado en gran medida por la AESA para nuevos sistemas.

AESA — Array escaneado electrónico activo

Uno AESA El transmisor se mueve después de los elementos. Detrás de cada viga es su propia Módulo T/R (Transmitir/Recibir): un pequeño módulo transmisor/receptor con su propio amplificador de potencia, amplificador receptor (LNA) y cambiador de fase. Un gran AESA contiene cientos a miles de transmisores independientes — a menudo construido en GaN O GaAs.

Debido a que el poder se genera y recibe en el lugar, las pérdidas de alimentación de la PESA desaparecen y una serie de ventajas surgen que hacen de la AESA la norma:

• Degradación grata: No hay transmisor central. Si algunos módulos T/R caen, el rendimiento baja una fracción — El radar sigue funcionando. Muy confiable.
• Múltiples paquetes y frecuencias simultáneamente: subconjuntos de elementos pueden funcionar independientemente — Busque en una dirección mientras siga un objetivo en la otra, en diferentes frecuencias.
• Gestión de energía por dirección: aumentar la energía y permanecer tiempo en un sector sospechoso, o extenderse para LPI (ver más abajo).
• Ancho ancho de banda ancha & agilidad: ideal para agilidad de frecuencia (Modulación primitiva) y resolución de alto rango (Resolución de rango).

El precio: complejidad, refrigeración (todos esos módulos producen calor) y costes. Pero las ventajas son tan grandes que prácticamente todos los nuevos radares militares — de luchador a fragata a tierra — es un AESA.

PESA versus AESA — Resumen

El núcleo de una tabla:

Lo que son partes: ambos dirigir la viga electrónicamente a través de la fase (array de fase: control electrónico de haz), ambos no tienen partes móviles, y ambos pueden trabajar multifuncionalmente. La distinción está totalmente en donde se genera energía: central (PESA) o dividido en módulos activos (AESA). Esa diferencia explica todas las demás reglas de la mesa.

Patrones de escaneo de arrays graduales

Una antena mecánica sólo puede girar una cosa: círculos. Un array escalonadoarray de fase: control electrónico de haz) empuja su paquete electrónicamente en microsegundos y por lo tanto puede ser "ver comportamiento" — el patrón de exploración — programación libre e incluso múltiples patrones mixto ejecuta. Las formas principales son:

• Grid / exploración de búsqueda: El paquete termina sistemáticamente un sector (hacia por fila) para encontrar nuevos objetivos.
• Escaneo sectorial: sólo busque un área definida de forma rápida y repetida (por ejemplo, dirección donde se espera la amenaza).
• Track-While-Scan (TWS): el paquete sigue buscando, pero siempre salta a objetivos conocidos para actualizar su pista — buscar y seguir a la vez.
• Spotlight: el paquete "palabras" en un propósito o sector para el tiempo de residencia máximo — más energía y mejor medición (y quemar a través, Superando la señal de interferencia).
• Ágil / entrelazado: saltos aleatorios entre tareas; búsqueda, pista, conducir un cohete y trabajar LPI.

Cassegrain, monopulse feed and duplexer

Tres componentes alrededor de la antena que se repiten en casi cada radar:

• Antena de Cassegrain: un plato parabólico con un pequeño convexo subreflector delante del foco. El pienso se encuentra en el centro del plato principal y irradia hacia el subreflector, que refleja la energía de vuelta a través del plato principal. Ventajas: el pienso pesado y la guía de onda se sientan detrás del plato, corto y compacto — ideal para rastrear radares y para antenas que tienen que moverse rápido.
• Alimento monopulso: en lugar de un cuerno, cuatro sentarse lado a lado en el foco. Añadiendo y restando sus señales produce un canal de suma (Voz, detección y rango) y dos canales de diferencia (Δ, para el error en azimut y elevación). El error de ángulo se deriva de un solo pulso — la base del seguimiento monopulso (Técnicas del radar de rastreo de objetivos) y la razón por la que estos radares son insensibles a la mermelada de amplitud modulada que engaña el escaneo cónico.
• Duplexer y diplexer: el dúplex (Componentes del sistema de radar) permite que el transmisor y el receptor compartan la misma antena. Clásicamente con un tubo de descarga de gas (TR tubo) que dispara en el pulso de transmisión y cortocircuito el receptor; hoy en día con un ferrite circulador y un limitador. A diplexer hace algo más: combina dos transmisores en diferentes frecuencias a una antena, como con la diversidad de frecuencias (Pérdidas y fluctuaciones).