§5.15 Caratteristiche dell'antenna

Lobi principali, lobi laterali e lobi posteriori

Un'antenna non irradia mai la sua energia perfettamente in una direzione. Il modello di radiazione reale è costituito da:

• Lobo principale (trave principale): il raggio desiderato, forte nella direzione di visualizzazione. La sua larghezza (larghezza, misurata tra -3 punti dB) determina la risoluzione angolare (Risoluzione angolare).
• Lobi laterali (anello laterale): più deboli fasci indesiderati obliquamente accanto al fascio principale — un inevitabile sottoprodotto fisico di ogni antenna finita. Stampare buone antenne fino a 25–40 dB sotto il lobo principale.
• Indietro lobo: il (debole) guarda dritto al retro.

I lobi laterali sono operativi molto più importanti del loro basso potere suggerisce:

• Falsi obiettivi: un riflettore molto forte (montagna, supertanker) in un lobo laterale può raggiungere sopra la soglia e poi appare sullo schermo nella direzione del lobo principale — Nel posto sbagliato.
• Input di jamming: un peccato non deve essere nel fascio principale; viene fornito con abbastanza potenza entra attraverso i lobi laterali su qualsiasi antenna. Contromisure: soppressione lobo laterale/biancamento e formazione zero adattativa (un nullo nel modello verso la marmellata).
• Rilevamento ESM: Anche attraverso lobi laterali il radar perde il suo segnale intorno — un ricevitore sensibile sente il radar quasi sempre, non solo quando il fascio passa.

Forme di antenna

La forma dell'antenna determina la forma del fascio, e quindi il compito del radar:

The array phased Merita attenzione in più perché domina il moderno paesaggio radar. Centinaia a migliaia di piccoli travi trasmettono lo stesso segnale con ogni elemento di fase regolabile. Scegliendo le fasi, nasce l'interferenza costruttiva (EM onde in fase (contro) e dalla fase) in una direzione — il fascio — e quella direzione è Elettronica, entro microsecondi muoversi, senza parti mobili. Uno AESA (Active Electronically Scanned Array) ha inoltre un proprio trasmettitore/ricevitore per elemento: affidabile (senza singolo punto di guasto), flessibile in potenza per direzione, e in grado di eseguire più fasci e frequenze contemporaneamente — Qualunque cosa lo rende disponibile per i compiti EW (targeted jamming). Le due costruzioni — PESA e AESA — e il loro funzionamento sarà ulteriormente approfondito (array phased: controllo elettronico del fascio a PESA contro AESA — Sintesi).

array phased: controllo elettronico del fascio

Prima di separare PESA e AESA, prima il principio condiviso. Uno array phased sostituire il piatto mobile con una superficie con centinaia a migliaia di travi solide (elementi). Il fascio non è più meccanicamente diretto, ma Elettronica elettronica — di fase regolare ogni elemento separatamente.

Il meccanismo segue direttamente dalle interferenze (EM onde in fase (contro) e dalla fase). Inviando tutti gli elementi esattamente in fase, poi il fronte d'onda conta in avanti costruttivamente su: Il fascio è perpendicolare al piano (vista). Dare ad ogni elemento successivo un piccolo, ascendente differenza di fase, poi "rotate" il fronte d'onda combinato — E il fascio punta ad un angolo, senza spostare nulla.

Le conseguenze sono profonde e spiegano perché gli array phased dominano il panorama radar moderno:

• Velocità di bundle (agilità): Il fascio salterà in microsecondi invece dei secondi che un'antenna rotante costa. Un array può quindi ricerca contemporaneamente, seguire più obiettivi e condurre un razzo — diventa un radar multifunzione (cf. Target Tracking by radar: Radar di monitoraggio mirato).
• Nessuna parti mobili: Più affidabile, e adatto per costruire appartamento in uno scafo, albero o struttura navale.
• Libertà di modello: La stessa elettronica che dirige il fascio può anche essere profonda zero Ruotare in direzione di marmellata (Lobi principali, lobi laterali e lobi posteriori) o la distribuzione di energia nel tempo.

Ci sono anche confini fisici. Gli elementi sono circa la metà di una lunghezza d'onda a parte; Se sono troppo lontani, indesiderati ulteriori pacchetti principali sorgeranno (lobi grattugiati). E più lontano il fascio di boresight è inviato, più l'apertura efficace "brevettato" — il fascio diventa più ampio e il guadagno scende (perdita di scansione). Pertanto, una matrice piana di solito copre fino a ±60°; per copertura rotonda, tre o quattro piani (come i pannelli fissi sulle fregate moderne) sono utilizzati.

PESA — Array elettronico passivo

Uno PESA Passive Electronically Scanned Array è la prima generazione di array phased. Caratteristiche: C'è un trasmettitore centrale — tipicamente un tubo potente (TWT o klystron, Componenti del sistema radar) — i cui beni sono distribuiti a tutti gli elementi tramite una rete di distribuzione. Ogni elemento contiene solo uno cursore di fase (fase shifter) invio del fascio; L'elemento stesso non rafforza nulla.

Vantaggi relativi a un'antenna meccanica: tutta la velocità del fascio e la multifunzionalità di array phased: controllo elettronico del fascio, a costi e complessità inferiori di un AESA, perché c'è solo un trasmettitore.

Ma il trasmettitore centrale è immediatamente la debolezza:

• Punto unico di fallimento: Se il tubo fallisce, l'intero radar sarà spento.
• Perdita: la potenza deve essere trasferita tramite mangimi lunghi e turni passivi agli elementi — Molto è perso lungo la strada, sia quando trasmesso e ricevuto.
• flessibilità limitata: in pratica una frequenza e un fascio alla volta; nessuna potenza liberamente divisibile per direzione.

PESA è stata la svolta (esempli noti: vecchi radar a lunga distanza e nave e il radar di vari cacciatori degli anni '80–'90, ma è stato in gran parte sostituito dall'AESA per nuovi sistemi.

AESA — Array a scansione elettronica attiva

Uno AESA (Active Electronically Scanned Array) il trasmettitore si muove dopo gli elementi. Dietro ogni raggio c'è il suo Modulo T/R (Transmit/Receive): un piccolo trasmettitore / modulo ricettivo con il proprio amplificatore di potenza, amplificatore ricevitore (LNA) e cambio fase. Un grande AESA contiene centinaia a migliaia di trasmettitori indipendenti — spesso costruito in Gane O Gaas.

Poiché la potenza viene generata e ricevuta sul posto, le perdite di alimentazione del PESA scompaiono e una serie di vantaggi sorgono che rendono l'AESA lo standard:

• Graziosa degradazione: nessun trasmettitore centrale. Se alcuni moduli T/R cadono fuori, le prestazioni scende una frazione — Il radar continua a funzionare. Molto affidabile.
• Contemporaneamente più fasci e frequenze: sottoinsiemi di elementi possono lavorare in modo indipendente — Cerca in una direzione mentre segua un obiettivo nell'altra, a frequenze diverse.
• Gestione del potere per direzione: aumentare l'energia e rimanere in un settore sospetto, o diffondersi per LPI (vedi sotto).
• Larghezza di banda larga e agilità: ideale per l'agilità di frequenza (Modulazione del prezzo) e risoluzione ad alta gamma (Risoluzione della gamma).

Il prezzo: complessità, raffreddamento (tutti questi moduli producono calore) e costi. Ma i vantaggi sono così grandi che praticamente ogni nuovo radar militare — da caccia a fregata a difesa aerea a terra — è un AESA.

PESA contro AESA — Sintesi

Il nucleo in una tabella:

Che cosa sono parti: sia sterzare il fascio elettronicamente tramite fase (array phased: controllo elettronico del fascio), entrambi non hanno parti mobili, e entrambi possono lavorare in modo multifunzionale. La distinzione è interamente in dove si genera energia: centrale (PESA) o suddivisa in moduli attivi (AESA). Questa differenza spiega tutte le altre regole della tabella.

Modelli di scansione di array phased

Un'antenna meccanica può solo girare una cosa: cerchi. Un array graduale (array phased: controllo elettronico del fascio) spinge il suo fascio elettronicamente in microsecondi e può quindi essere "il comportamento di osservazione" — il modello di scansione — programmazione gratuita e anche modelli multipli misto giustizia. Le principali forme sono:

• Griglia / scansione di ricerca: Il bundle termina sistematicamente un settore (row by fila) per trovare nuovi obiettivi.
• Scansione settoriale: solo cercare un'area definita rapidamente e ripetutamente (ad esempio direzione dove si prevede la minaccia).
• Track-While-Scan (TWS): il bundle continua a cercare, ma salta sempre agli obiettivi noti per aggiornare la loro traccia — cercare e seguire subito.
• Faretto: il fascio "sticks' su uno scopo o settore per il massimo tempo di residenza — più energia e migliore misurazione (e masterizzazione, Overpowering del segnale jamming).
• Agile / intrecciato: salti casuali tra le attività; Ricerca, traccia, condurre un razzo e lavorare LPI.

Cassegraina, alimentazione monopulsa e duplexer

Tre componenti intorno all'antenna che si ripetono in quasi ogni radar:

• antenna Cassegrain: un piatto parabolico con un piccolo convesso sottoriflesso di fronte al fuoco. Il mangime si trova al centro del piatto principale e si irradia verso il subreflettore, che riflette l'energia di nuovo attraverso il piatto principale. Vantaggio: il mangime pesante e la guida d'onda siedono dietro il piatto, corto e compatto — ideale per tracciare radar e per antenne che devono muoversi velocemente.
• Alimentazione monopulsa: invece di un corno, quattro siedono fianco a fianco nel fuoco. Aggiungere e sottrarre i loro segnali produce un canale di somma (Σ, per il rilevamento e l'intervallo) e due canali di differenza (Δ, per l'errore in azimut ed elevazione). L'errore di angolo così segue da un singolo impulso — la base di tracciamento monopulso (Tecniche del radar di tracciamento target) e la ragione per cui questi radar sono insensibili al jamming ampiezza-modulato che inganna la scansione conica.
• Duplexer e diplexer: il duplexer (Componenti del sistema radar) permette trasmettitore e ricevitore condividere la stessa antenna. Classicamente con un tubo di scarico gas (TR tubo) che spara al polso di trasmissione e cortocircuita il ricevitore; oggi con un ferrite circulatore e un limitatore. A diplexer fa qualcos'altro: combina due trasmettitori su frequenze diverse su un'antenna, come con la diversità di frequenza (Perdite e fluttuazioni).