§5.15 Características da antena

lóbulos principais, lóbulos laterais e lóbulos traseiros

Uma antena nunca irradia sua energia perfeitamente em uma direção. O padrão de radiação real consiste em:

• lóbulo principal (viga principal): o feixe desejado e forte na direcção de visão. A sua largura (largura do feixe, medida entre -3 dB pontos) determina a resolução angular (Resolução angular).
• lóbulos laterais (laços laterais): feixes indesejados mais fracos obliquamente ao lado do pacote principal — um subproduto físico inevitável de cada antena finita. Imprimir boas antenas até 25–40 dB abaixo do lobo principal.
• lóbulo traseiro: o (fraco) olhar para trás.

Os lobos laterais são operacionais muito mais importantes do que a sua baixa potência sugere:

• Alvos falsos: um refletor muito forte (mountain, supertanker) em um lobo lateral pode alcançar acima do limiar e então aparece na tela na direção do lobo principal — No lugar errado.
• Entrada de interferência: uma pena não tem que estar no pacote principal; vem com poder suficiente ele entra através dos lobos laterais em qualquer antena. Contramedida: supressão/branqueamento do lobo lateral e formação de zero adaptativo (um nulo no padrão em direção ao compota).
• Detecção de MEE: Também através de lobos laterais o radar vaza seu sinal ao redor — um receptor sensível ouve o radar quase sempre, não só quando o feixe passa.

Formas de antenas

A forma da antena determina a forma do feixe e, portanto, a tarefa do radar:

A array em fase Merece atenção extra porque domina a paisagem moderna do radar. Centenas a milhares de pequenos feixes transmitem o mesmo sinal com cada fase ajustável. Ao escolher as fases, surge uma interferência construtiva (Ondas EM na fase (contra) e a partir da fase) em exactamente uma direcção — o pacote — e essa direcção é Electrónica, em microssegundos para mover, sem mover partes. Uma AESA (Array Digitalizado Eletrônico Ativo) também tem seu próprio transmissor/receptor por elemento: confiável (sem único ponto de falha), flexível em potência por direção e capaz de executar vários feixes e frequências simultaneamente — O que quer que o torne disponível para tarefas EW (bloqueio direcionado). As duas construções — PESA e AESA — e o seu funcionamento será mais aprofundado (Array em fase: controlo electrónico do feixe para PESA versus AESA — Resumo).

Array em fase: controlo electrónico do feixe

Antes de separarmos PESA e AESA, primeiro o princípio compartilhado. Uma array em fase substituir o prato móvel por uma superfície com centenas a milhares de feixes sólidos (elementos). O feixe já não é orientado mecanicamente, mas Eletrónico — pela fase regular cada elemento separadamente.

O mecanismo decorre directamente da interferência (Ondas EM na fase (contra) e a partir da fase). Enviando todos os elementos exatamente em fase, em seguida, a frente de onda conta bem à frente construtivamente em: O feixe é perpendicular ao plano (boresight). Dar a cada elemento seguinte um pequeno, ascendente diferença de fase, então "rotar" a frente de onda combinada — E o feixe aponta para um ângulo, sem mover nada.

As consequências são profundas e explicam por que as matrizes faseadas dominam a paisagem moderna do radar:

• Velocidade do pacote (agilidade): O feixe saltará em microssegundos em vez dos segundos que uma antena rotativa custa. Um array pode, portanto procurar simultaneamente, seguir múltiplos alvos e conduzir um foguete — torna-se um radar multifunções (cf. Rastreamento do alvo pelo radar: Rastreamento do alvo Radar).
• Sem peças móveis: Mais confiável, e adequado para construir plana em um casco, mastro ou estrutura de navio.
• Liberdade padrão: A mesma eletrônica que dirige o pacote também pode ser profunda zeros Rodar numa direcção de compota (lóbulos principais, lóbulos laterais e lóbulos traseiros) ou a distribuição de energia ao longo do tempo.

Há também limites físicos. Os elementos estão a meio comprimento de onda de distância; Se eles estão muito longe, pacotes adicionais indesejados principais surgirão (lóbulos de grade). E quanto mais o pacote de visão é enviado, mais a abertura eficaz "encurtado" — o feixe se torna mais largo e o ganho cai (perda de varredura). Portanto, uma matriz plana geralmente cobre até ± 60°; para cobertura redonda, três ou quatro planos (como painéis fixos em fragatas modernas) são usados.

PESA — Array Eletrônico Passivo Escaneado

Uma PESA Passive Electronicly Scanned Array é a primeira geração de array faseado. Características: Há um transmissor central — tipicamente um tubo potente (TWT ou klystron, Componentes do sistema radar) — cujos activos são distribuídos a todos os elementos através de uma rede de distribuição. Cada elemento contém apenas um barra deslizante de fase (deslocador de fase) enviando o pacote; O elemento em si não fortalece nada.

Vantagens em relação a uma antena mecânica: toda a velocidade do feixe e multifuncionalidade de Array em fase: controlo electrónico do feixe, com menor custo e complexidade do que uma AESA, porque há apenas um transmissor.

Mas o transmissor central é imediatamente a fraqueza.

• Ponto único de falha: Se o tubo falhar, todo o radar será desligado.
• Perda: a potência deve ser transferida através de alimentação prolongada e de metamorfoses de fase passivos para os elementos — Muito se perde ao longo do caminho, tanto quando transmitido como recebido.
• Flexibilidade limitada: na prática, uma frequência e um feixe de cada vez; nenhuma potência livremente divisível por direção.

PESA foi o avanço (conhecidos exemplos: radares de longa distância mais antigos e de navios e o radar de vários caçadores da década de 1980–90, mas foi largamente substituído pela AESA para novos sistemas.

AESA — Array Activo Digitalizado Electrónico

Uma AESA O transmissor move-se após os elementos. Atrás de cada viga está o seu próprio Módulo T/R (Transmissão/Receção): um pequeno módulo transmissor/recetor com seu próprio amplificador de potência, amplificador receptor (LNA) e metamorfo de fase. Uma grande AESA contém centenas a milhares de transmissores independentes — muitas vezes construído em Gan Ou GaAs.

Como a energia é gerada e recebida no local, as perdas de alimentação do PESA desaparecem e surgem uma série de vantagens que fazem da AESA o padrão:

• Degradação graciosa: Sem transmissor central. Se alguns módulos T/R cairem, o desempenho cai uma fração — O radar continua a funcionar. Muito confiável.
• Vários feixes e frequências simultaneamente: subconjuntos de elementos podem funcionar de forma independente — Procure em uma direção enquanto segue um alvo na outra, em frequências diferentes.
• Gestão da energia por direcção: aumentar a energia e ficar tempo para um setor suspeito, ou espalhar para LPI (ver abaixo).
• Ampla largura de banda e agilidade: ideal para agilidade de frequência (Modulação PRI) e resolução de alto alcance (Resolução da gama).

O preço: complexidade, resfriamento (todos esses módulos produzem calor) e custos. Mas as vantagens são tão grandes que praticamente todos os novos radares militares — de caça a fragata a defesa aérea em terra — é uma AESA.

PESA versus AESA — Resumo

O núcleo em uma tabela:

O que eles são partes: ambos orientam o feixe eletronicamente via fase (Array em fase: controlo electrónico do feixe), ambos não têm partes móveis, e ambos podem funcionar multifuncionalmente. A distinção é inteiramente onde a energia é gerada: central (PESA) ou dividido em módulos activos (AESA). Essa diferença explica todas as outras regras da mesa.

Analisar padrões de arrays em fase

Uma antena mecânica só pode girar uma coisa: círculos. Uma matriz faseada (Array em fase: controlo electrónico do feixe) empurra seu pacote eletronicamente em microssegundos e pode, portanto, ser "comportamento de observação" — a padrão de varredura — programação livre e até mesmo múltiplos padrões misturado executar. As principais formas são:

• Grade / pesquisa: O pacote termina sistematicamente um setor (linha a linha) para encontrar novos alvos.
• Varredura do setor: Procurar apenas uma área definida de forma rápida e repetida (por exemplo, direcção em que a ameaça é esperada).
• Varredura da Faixa- Enquanto (TWS): o pacote continua procurando, mas sempre salta para objetivos conhecidos para atualizar sua faixa — Procurem e sigam imediatamente.
• Destaque: o pacote "paus" com uma finalidade ou setor para o tempo máximo de residência — mais energia e melhor medição (e queimar, Sobrepujando o sinal de interferência).
• Ágil / interleaved: saltos aleatórios entre tarefas; Procurar, rastrear, conduzir um foguete e trabalhar LPI.

Casegraína, alimentação monopulsa e duplexer

Três componentes em torno da antena que se repetem em quase todos os radares:

• Antena de casegraína: um prato parabólico com um pequeno, convexo subrreflector em frente ao foco. A alimentação fica no centro do prato principal e irradia para o subrrefletor, que reflete a energia de volta através do prato principal. Vantagem: a alimentação pesada e o guia de onda sentar atrás do prato, curto e compacto — ideal para rastrear radares e antenas que têm que se mover rapidamente.
• Alimentação monopulsa: Em vez de um chifre, quatro sentam-se lado a lado no foco. Adicionando e subtraindo seus sinais produz um canal de soma (?, para detecção e intervalo) e dois canais de diferença (Δ, para o erro de azimute e elevação). O erro do ângulo resulta assim de um único pulso — A base da monitorização monopulsa (Técnicas do radar de localização de alvos) e a razão pela qual estes radares são insensíveis à interferência modulada pela amplitude que engana a varredura cônica.
• Duplexer e diplexer: o duplexer (Componentes do sistema radar) permite transmissor e receptor compartilhar a mesma antena. Classicamente com um tubo de descarga de gás (TR tubo) que dispara no pulso de transmissão e curto-circuito do receptor; atualmente com uma ferrita circulador e um limitador. A diplexer faz outra coisa: combina dois transmissores em frequências diferentes em uma antena, como com a diversidade de frequência (Perdas e flutuações).