§5.15 Antenni omadused

Peasagarad, külgsagarad ja seljasagarad

Antenn ei kiirga kunagi oma energiat ideaalselt ühes suunas. Tegelik kiirgusmudel koosneb:

• Peasagara (peatuli): soovitud tugev valgusvihk vaatlussuunas. Selle laius (kiirlaius, mõõdetuna -3 dB punkti vahel) määrab nurklahutuse (Nurgalahutus).
• Külgsagarad (kõrvalsilmused): nõrgemad soovimatud kimbud kaldu põhikimbu kõrval — iga lõpliku antenni vältimatu füüsiline kõrvalsaadus. Trüki head antennid kuni 25–40 dB allpool peasagarat.
• TagasagaraNõrk (nõrk) pilk otse seljale.

Külgsagarad on operatiivselt palju olulisemad kui nende madal võimsus näitab:

• Valesihtmärgid: väga tugev peegeldi (mägi, supertanker) külgsagaras võib ulatuda lävest kõrgemale ja seejärel ilmub ekraanile peasagara suunas — Vales kohas.
• Segamissisend: kahju ei pea olema peamine kimp; kaasas piisavalt võimu ta siseneb läbi külgsagarad tahes antenni. Vastumeede: külgsagara supressioon/valgendamine ja adaptiivne nullmoodustus (null moosi suunas).
• ESM-i tuvastamine: Ka külgsagarate kaudu lekib radar oma signaali ümber — Tundlik vastuvõtja kuuleb radarit peaaegu alati, mitte ainult kiire möödumisel.

Antenni kujud

Antenni kuju määrab kiire kuju ja seega radari ülesanne:

The faasiline massiiv See väärib erilist tähelepanu, sest see domineerib kaasaegses radarimaastikus. Sajad kuni tuhanded väikesed kiired edastavad sama signaali iga reguleeritava faasiga. Valides faasid, tekib konstruktiivne interferents ()EM-lained (vastu)faasis ja faasist) täpselt ühes suunas — kimp — ja see suund Elektrooniline, mikrosekundite jooksul liikuda, ilma liikuvate osadeta. Üks AESA (Active Electronically Scanned Array) on ka oma saatja/vastuvõtja elemendi kohta: usaldusväärne (üksainus tõrkepunkt puudub), paindlik võimsusega suuna kohta ja võimeline käitama mitut kimpu ja sagedusi samaaegselt — Mis iganes teeb ta kättesaadavaks EW ülesannete jaoks (sihtotstarbeline segamine). Kaks konstruktsiooni — PESA ja AESA — ja nende tegevust süvendatakse veelgi (Ajammaatriks: elektrooniline kiirejuhtimine kuni PESA versus AESA — Kokkuvõte).

Ajammaatriks: elektrooniline kiirejuhtimine

Enne PESA ja AESA eraldamist, kõigepealt jagatud põhimõte. Üks faasiline massiiv vahetage liikuv anum sadade kuni tuhandete tahkete talade (elementide) pinnaga. Tala ei ole enam mehaaniliselt suunatud, kuid Elektrooniline — poolt faasi reguleerida iga elementi eraldi.

Mehhanism tuleneb otseselt häiretest ()EM-lained (vastu)faasis ja faasist). Saates kõik elemendid täpselt faasis, siis laine esiosa loeb otse edasi konstruktiivselt: Tala on tasapinnaga risti (boresight). Anna igale järgmisele elemendile väike, tõusev faasivahe, siis "pöörata" kombineeritud laine esiosa — Ja tala suunab nurga all, midagi liigutamata.

Tagajärjed on sügavad ja selgitavad, miks tänapäeva radarimaastikul domineerivad faasitud massiivid:

• Liitkiirus (agility): Kiir hüppab mikrosekundites nende sekundite asemel, mida pöörlev antenn maksab. Seetõttu võib Otsige samaaegselt, järgige mitut sihtmärki ja käivitage rakett. — See muutub multifunktsionaalseks radariks (vt. Sihtmärgi jälgimine radari abil: sihtmärgi jälgimise radar).
• Liikuvad osad puuduvad: Usaldusväärsem ja sobivam ehitada korter laevakere, masti või laeva struktuuri.
• Mustrivabadus: Sama elektroonika, mis suunab kimbu, võib olla ka sügav. nullid Pööratakse moodustuses ()Peasagarad, külgsagarad ja seljasagaradVõi energia jaotus aja jooksul.

Samuti on olemas füüsilised piirid. Elemendid on üksteisest umbes poole lainepikkusega; Kui need on liiga kaugel, tekivad soovimatud täiendavad peamised kimbud ({{commentsTotal}})võradega). Ja mida kaugemale ümbris saadetakse, seda rohkem tõhus ava "lühendatakse" — Tala muutub laiemaks ja kasu langeb ()skaneerimiskaotus). Seetõttu katab üks lame massiiv tavaliselt kuni ±60°; ümmarguse katte korral kasutatakse kolme või nelja tasandit (näiteks tänapäevaste fregattide fikseeritud paneelid).

PESA — Passiivne elektrooniliselt skaneeritud maatriks

Üks PESA Passiivne elektrooniliselt skannitud massiiv on esimene põlvkond faasitud massiivi. Omadused: Seal on üks kesksaatja — tüüpiliselt võimas toru (TWT või klystron), Radarisüsteemi komponendid) — kelle varad jaotatakse jaotusvõrgu kaudu kõigile elementidele. Iga element sisaldab ainult ühte faasiliuguri (faasimuutja) kimbu saatmine; Element ise ei tugevda midagi.

Mehaanilise antenni eelised: kogu kiire kiirus ja multifunktsionaalsus Ajammaatriks: elektrooniline kiirejuhtimine, madalamate kulude ja keerukusega kui AESA, sest on ainult üks saatja.

Kuid keskne saatja on kohe nõrkus:

• Üks tõrkepunkt: Kui toru ei tööta, lülitatakse kogu radar välja.
• Kaotus: võimsus kantakse elementidele üle pikkade söötmete ja passiivsete faasinihutite kaudu. — Teel läheb palju kaduma, nii edastamisel kui ka vastuvõtmisel.
• Piiratud paindlikkus: praktikas üks sagedus ja üks kimp korraga; ühe suuna kohta ei ole vabalt jagatavat võimsust.

PESA oli läbimurre (tuntud näited: vanemad pikamaa- ja laevaradarid ning erinevate jahimeeste radar 1980. aastatest)–'90, kuid on suures osas asendatud AESA-ga uute süsteemide jaoks.

AESA — Aktiivne elektrooniline skanneering

Üks AESA (Aktiivne elektrooniliselt skaneeritud maatriks) saatja liigub elementide järel. Iga tala taga on oma T/R moodul (Edastamine/vastuvõtmine): väike saatja/vastuvõtja moodul, millel on oma võimsusvõimendi, vastuvõtjavõimendi (LNA) ja faasinihutaja. Suur AESA sisaldab sadu kuni tuhandeid sõltumatuid saatjaid — sageli ehitatud GaN Või GaA-d.

Kuna võimsus genereeritakse ja saadakse kohapeal, kaovad PESA söödakaod ja tekivad mitmed eelised, mis muudavad AESA standardiks:

• Hiilgav alandamine: kesksaatjat pole. Kui mõni T/R moodul välja kukub, langeb jõudlus murdosa võrra — Radar töötab edasi. Väga usaldusväärne.
• Mitmed kimbud ja sagedused üheaegselt: Elementide alamhulgad võivad töötada iseseisvalt — Otsige ühes suunas, järgides ühte sihtmärki teises, erinevatel sagedustel.
• Toitehaldus suuna järgi: suurendada energiat ja viibida aega kahtlases sektoris või levitada LPI (vt allpool).
• Lai ribalaius ja agility: ideaalne sagedusliikuvus ()PRI modulatsioon) ja suure lahutusvõimega (Vahemiku lahutusvõime).

Hind: keerukus, jahutus (kõik need moodulid toodavad soojust) ja kulud. Kuid eelised on nii suured, et peaaegu iga uus sõjaväeradar — hävituslennukist fregatini kuni maapinnale suunatud õhutõrjeni — AESA.

PESA versus AESA — Kokkuvõte

Tuum ühes tabelis:

Mis nad on? osad: mõlemad suunavad valgusvihu elektrooniliselt faasi kaudu (Ajammaatriks: elektrooniline kiirejuhtimineMõlemal ei ole liikuvaid osi ja mõlemad võivad töötada multifunktsionaalselt. Erinevus on täielikult kus toodetakse energiat: keskne (PESA) või jagatud aktiivseteks mooduliteks (AESA). See erinevus selgitab kõiki teisi tabelis olevaid reegleid.

Faseeritud massiivide skaneerimismustrid

Mehaaniline antenn saab keerutada ainult ühte asja: ringe. A-faasiline massiiv ()Ajammaatriks: elektrooniline kiirejuhtimine) lükkab oma kimbu elektrooniliselt mikrosekundites ja võib seetõttu olla "vaatluskäitumine" — need skaneerimismuster — tasuta programmeerimine ja isegi mitmed mustrid segatud hukkama. Peamised vormid on järgmised:

• Võrgu/otsingu skaneerimine: Kogum lõpetab süstemaatiliselt sektori (ridade kaupa), et leida uusi eesmärke.
• Sektoriuuring: otsige määratletud ala kiiresti ja korduvalt (nt suund, kus on oodata ohtu).
• Rööbastee skaneerimine (TWS): kimp jätkab otsimist, kuid hüppab alati teadaolevatele eesmärkidele, et oma rada uuendada — Otsi ja jälita kohe.
• Spotlight: kogum "pulgad" ühel eesmärgil või sektoris maksimaalse viibimise aja jooksul — rohkem energiat ja paremat mõõtmist (ja läbipõlemist); Häiresignaali ületamine).
• Agile / interleaved: juhusliku välimusega hüpped ülesannete vahel; Otsi, jälgi, juhi raketi ja tööta LPI.

Kasegraiin, monopulssööt ja dupleks

Kolm komponenti antenni ümber, mis korduvad peaaegu igas radaris:

• Kassiini antenn: paraboolne roog väikese kumerusega helkur fookuse ees. Sööt istub põhinõu keskel ja kiirgub aluspeegeldaja suunas, mis peegeldab energiat tagasi üle põhinõu. Eelis: raske sööt ja lainejuht istuvad tassi taga, lühike ja kompaktne — Ideaalne radarite jälgimiseks ja antennide jaoks, mis peavad kiiresti liikuma.
• Monopulsi sööt: Ühe sarve asemel istuvad neli kõrvuti fookuses. Nende signaalide lisamine ja lahutamine tekitab a sumkanali (Σ, avastamispiirkond ja vahemik) ja kaks vahekanalid (Δ, asimuuti ja kõrguse vea korral). Nurgaviga tuleneb seega ühest impulsist — monopulsi jälgimise alus (Sihtmärgi jälgimise radari tehnikad) ja põhjus, miks need radarid ei ole tundlikud amplituudiga moduleeritud segamise suhtes, mis petab koonilist skaneerimist.
• Duplekser ja diplekser: duplekser ()Radarisüsteemi komponendidSee võimaldab saatjal ja vastuvõtjal jagada sama antenni. Klassikaliselt gaaslahendustoruga ()TR toru, mis tulistab saateimpulsi ja lühistab vastuvõtja; tänapäeval ferriit ringluspump ja piiraja. A diplekser teeb midagi muud: see ühendab kaks saatjat erinevatel sagedustel ühele antennile, nagu ka sageduste mitmekesisuse puhul.Kahjum ja kõikumine).