§5.15 Antenna egenskaper

Hovedlober, sidelober og baklober

En antenne stråler aldri sin energi i en retning. Det faktiske strålingsmønsteret består av:

• Hovedlobe (hovedstråle): den ønskede, sterke bjelken i visningsretningen. Dens bredde (strålebredde, målt mellom -3 dB-punkt) bestemmer vinkeloppløsningen (Vinkeloppløsning).
• Sidelobes (side loops): svakere uønskede pakker ulikt ved siden av hovedbunten — et uunngåelig fysisk biprodukt av hver finite antenne. Skriv ut gode antenner opp til 25–40 dB under hovedloben.
• TilbakeSe rett bak.

Sidelober er operativt mye viktigere enn deres lave strøm antyder:

• Falske mål: en veldig sterk reflektor (fjell, supertanker) i en sidelobe kan nå over terskelen og deretter vises på skjermen i retning av hovedlobe — På feil sted.
• Jamming-inngang: En skam trenger ikke å være i hovedbunten; kommer med nok kraft han kommer inn via siden lober på noen antenne. Tellermåling: sidelobe undertrykkelse/hvitning og adaptiv nulldannelse (en null i mønsteret mot sylinderen).
• ESM-deteksjon: Også via sidelobes radar lekker sitt signal rundt — En følsom mottaker hører radaren nesten alltid, ikke bare når bjelken passerer.

Antenna former

Formen på antennen bestemmer stråleformen, og dermed radarens oppgave:

Den faset array Det fortjener ekstra oppmerksomhet fordi det dominerer det moderne radarlandskapet. Hundrevis til tusenvis av små bjelker overfører samme signal med hvert element justerbar fase. Ved å velge fasene oppstår konstruktiv innblanding (EM-bølger i (mot) fase og fra fase) i en retning — pakke — Og den retningen er Elektronisk innen mikrosekunder å bevege seg uten å flytte deler. En AESA (Active Electronically Scanned Array) har i tillegg sin egen sender/mottaker per element: pålitelig (ingen enkelt feilpunkt), fleksibel i effekt per retning, og i stand til å kjøre flere pakker og frekvenser samtidig — Alt som gjør ham tilgjengelig for EW oppgaver (målrettet jamming). De to konstruksjonene — Pesa og AESA — og deres virksomhet vil bli ytterligere dypere (Fasifisert array: elektronisk strålekontroll til Pesa versus AESA — Sammendrag).

Fasifisert array: elektronisk strålekontroll

Før vi skiller Pesa og AESA, først det felles prinsippet. En faset array erstatte den bevegelige retten med en overflate med hundrevis til tusenvis av solide bjelker (elementer). Bjelken er ikke lenger mekanisk rettet, men Elektronisk — ved fase å regulere hvert element separat.

Mekanismen følger direkte av interferens (EM-bølger i (mot) fase og fra fase). Sending av alle elementene nøyaktig i fase, så teller bølgefronten rett foran konstruktivt på: Bjelen er vinkelrett på flyet (boresight). Gi hvert neste element en liten, stigende fase forskjell, så "rotere" den kombinerte bølgefronten — Og bjelken peker i en vinkel, uten å flytte noe.

Konsekvensene er dype og forklarer hvorfor fasede arrays dominerer det moderne radarlandskapet:

• Bunkehastighet (evne): Bjelken vil hoppe i mikrosekunder i stedet for sekunder som en roterende antenne koster. En rekke kan derfor Søk samtidig, følg flere mål og gjennomføre en rakett — det blir en multifunksjonell radar (jf. Målsporing etter radar: Målsporing radar).
• Ingen bevegelige deler: Mer pålitelig, og egnet til å bygge flatt i et skrog, mast eller skipsstruktur.
• Mønsterfrihet: Den samme elektronikken som styrer bunten kan også være dyp nuller Roter i jevn retning (Hovedlober, sidelober og baklobereller strømfordelingen over tid.

Det finnes også fysiske grenser. Elementene er omtrent en halv bølgelengde fra hverandre; Hvis de er for langt, vil uønskede ekstra hovedpakker oppstå (grating lobes). Og jo videre bunten av boresight sendes, jo mer effektiv åpning - forkortet - — strålen blir bredere og gevinsten faller (skann tap). Derfor dekker det ene flate array vanligvis opp til ±60°; for runde deksel benyttes tre eller fire fly (f.eks. faste paneler på moderne friger).

Pesa — Passiv elektronisk skannet array

En Pesa Passiv elektronisk skannet Array er den første generasjonen av faset array. Kjennetegn: Det er En sentral sender — vanligvis et kraftig rør (TWT eller Klystron, Komponenter i radarsystemet) — hvis eiendeler distribueres til alle elementer via et distribusjonsnettverk. Hvert element inneholder bare ett faseglidebryter (faseskifter) å sende pakke; Selve elementet styrker ikke noe.

Fordeler i forhold til en mekanisk antenne: all strålehastighet og flerfunksjonalitet Fasifisert array: elektronisk strålekontrolltil lavere kostnader og kompleksitet enn en AESA, fordi det bare er én sender.

Men den sentrale senderen er umiddelbart svakheten:

• Et enkelt feilpunkt: Hvis røret mislykkes vil hele radaren bli stengt.
• Tap: kraften skal overføres via lange fôrstoffer og passive faseskiftere til elementene. — Mye går tapt underveis, både når det overføres og mottas.
• Begrenset fleksibilitet: i praksis én frekvens og én bunt om gangen; ingen fritt fordelbar effekt per retning.

Pesa var gjennombruddet (kjente eksempler: eldre langdistanse- og skipsradar og radar av forskjellige jegere fra 1980-tallet–90, men har i stor grad blitt erstattet av AESA for nye systemer.

AESA — Aktiv elektronisk skannet array

En AESA (Aktive elektronisk skannet Array) senderen beveger seg etter elementene. Bak hver bjelke er sin egen T/R-modul (Transmit/Receive): en liten sender/mottakermodul med egen effektforsterker, mottakerforsterker (LNA) og faseskifter. En stor AESA inneholder hundrevis til tusenvis av uavhengige sendere — Ofte bygget i GaN Eller GaA.

Fordi kraften genereres og mottas på stedet, forsvinner matetapene til Pesa og en rekke fordeler oppstår som gjør AESA standarden:

• Graceful nedbrytning: Ingen sentral sender. Hvis noen T/R moduler faller ut, faller ytelsen en brøkdel — Radaren fortsetter å fungere. Veldig pålitelig.
• Flere pakker og frekvenser samtidig: Undergrupper av elementer kan fungere uavhengig — Søk i den ene retningen mens du følger det ene målet i den andre, på forskjellige frekvenser.
• Strømstyring etter retning: øke energi og holde tid til en mistenkelig sektor, eller spre for LPI (se nedenfor).
• Bredt båndbredde og smidighet: ideell for frekvens smidighet (PRI-modulasjon) og høy rekkevidde oppløsning (Områdeoppløsning).

Prisen: kompleksitet, kjøling (alle disse modulene produserer varme) og kostnader. Men fordelene er så store at nesten hver ny militær radar — fra kriger til frigate til bakkebundet luftforsvar — Det er en AESA.

Pesa versus AESA — Sammendrag

Kjernen i ett bord:

Hva de er deler: begge styre strålen elektronisk via fase (Fasifisert array: elektronisk strålekontroll), begge har ingen bevegelige deler, og begge kan fungere multifunksjonelt. Skillingen er helt i hvor kraften genereres: sentrale (PESA) eller delt i aktive moduler (AESA). En forskjell forklarer alle de andre reglene i tabellen.

Skann mønstre av fasete arrays

En mekanisk antenne kan bare spinne én ting: sirkler. En faset array (Fasifisert array: elektronisk strålekontroll) presser sin bunt elektronisk i mikrosekunder og kan derfor være " å se på atferd" — den søkemønster — gratis programmering og til og med flere mønstre blandet henrette. Hovedformene er:

• Grid/søk-skanning: Bunten avslutter systematisk en sektor (rad for rad) for å finne nye mål.
• Sektorskanning: Bare søk et definert område raskt og gjentatte ganger (f.eks. retning der det er forventet trussel).
• Spor-Scan (TWS): Pakken fortsetter å søke, men alltid hopper til kjente mål for å oppdatere sitt spor — Søk og følg på én gang.
• Spotlight: bunt-sticks på ett formål eller sektor for maksimal oppholdstid — mer energi og bedre måling (og brenne gjennom, Overvelde jammingsignalet).
• Agile / mellomliggende: tilfeldig utseende hopper mellom oppgaver; Søk, spor, gjennomføre en rakett og arbeid LPI.

Kassegrain, monopulsfôr og duplekser

Tre komponenter rundt antennen som gjenstår i nesten hver radar:

• Cassegrain antenne: en parabolsk rett med en liten, konveks underrefleksor foran fokus. Fôren sitter i sentrum av hovedretten og stråler mot underrefleksoren, noe som reflekterer energien tilbake over hovedretten. Fordeler: den tunge maten og bølgelederen sitter bak retten, kort og kompakt — ideelle for å spore radarer og for antenner som må bevege seg raskt.
• Monoplsefôr: I stedet for ett horn sitter fire side om side i fokus. Å legge til og trekke fra signalene deres gir en sum kanal (MS, for deteksjon og rekkevidde) og to forskjellskanaler (Δ, for feilen i azimut og høyde). Vinkelfeilen følger således av en enkelt puls — grunnlaget for monopulssporing (Teknikken til målsporingsradaren) og grunnen til at disse radarene er ufølsomme for amplitude-modulert jamming som bedrager konisk skanning.
• Duplexer og diplexer: duplexeren (Komponenter i radarsystemet) la sender og mottaker dele den samme antennen. Klassisk med et gassdischargerør (TR rør) som brann ved senderpulsen og kortslutninger mottakeren; i dag med en ferritt sirkulator og en grense. A diplexer gjør noe annet: den kombinerer to sendere på forskjellige frekvenser på en antenne, som med frekvensmangfold (Tap og svingninger).