§5.15 Antenna egenskaper

Main lobes, side lobes och back lobes

En antenn strålar aldrig sin energi perfekt i en riktning. Det faktiska strålningsmönstret består av:

• Main lobe (huvudstråle): den önskade, starka strålen i visningsriktningen. Dess bredd (beamwidth, uppmätt mellan -3 dB-poäng) bestämmer den vinkelresolution (Angular resolution).
• Side lobes (side loops): svagare oönskade buntar obliquely bredvid huvudbunten — en oundviklig fysisk biprodukt av varje ändlig antenn. Skriv ut bra antenner upp till 25–40 dB under huvudloben.
• Back lobeDen (svaga) ser rakt på baksidan.

Sidolober är operativt mycket viktigare än deras låga kraft föreslår:

• Falska mål: en mycket stark reflektor (berg, supertanker) i en sida lob kan nå över tröskeln och sedan visas på skärmen i riktning mot huvudloben — På fel ställe.
• Jamming input: synd behöver inte vara i den huvudsakliga bunten; kommer med tillräckligt med kraft han går in via sidan loberna på någon antenn. Motåtgärder: sidolob förtryck / vit och adaptiv nollbildning (en null i mönstret mot sylt).
• ESM-detektering: Också via sidolober läcker radarn sin signal runt — En känslig mottagare hör radaren nästan alltid, inte bara när strålen passerar.

Antenna former

Antennens form bestämmer strålformen och därmed radarns uppgift:

och Fasad array Det förtjänar extra uppmärksamhet eftersom det dominerar det moderna radarlandskapet. Hundratals små balkar överför samma signal med varje element justerbar fas. Genom att välja faserna uppstår konstruktiv inblandning (EM vågor i (mot) fas och från fasi exakt en riktning — Bunten — och den riktningen är Elektronisk, inom mikrosekunder att flytta, utan att flytta delar. En AESA (Active Electronically Scanned Array) har dessutom en egen sändare/mottagare per element: tillförlitlig (ingen enda punkt av misslyckande), flexibel i ström per riktning och kan köra flera buntar och frekvenser samtidigt. — Vad som än gör honom tillgänglig för EW-uppgifter (riktad jamming). De två konstruktionerna — PESA och AESA — och deras verksamhet kommer att fördjupas ytterligare (Fasad array: elektronisk strålkontroll att PESA kontra AESA — Sammanfattning).

Fasad array: elektronisk strålkontroll

Innan vi skiljer PESA och AESA, först den gemensamma principen. En Fasad array ersätta den rörliga maträtten med en yta med hundratals till tusentals fasta balkar (element). Strålen är inte längre mekaniskt riktad, men Elektronisk — av den Fasfasfasfas reglera varje element separat.

Mekanismen följer direkt från störningar (EM vågor i (mot) fas och från fas). Skicka alla element exakt i fas, då vågfronten räknas rakt fram konstruktivt på: Strålen är vinkelrätt till planet (boresight). Ge varje nästa element en liten, uppstigande Fasskillnad, sedan "rotera" den kombinerade vågfronten — Och strålen pekar i en vinkel, utan att flytta någonting.

Konsekvenserna är djupgående och förklarar varför fasade arrayer dominerar det moderna radarlandskapet:

• Bundle speed (agility): Strålen hoppar i mikrosekunder istället för de sekunder som en roterande antenn kostar. En array kan därför sök samtidigt, följ flera mål och genomföra en raket — Det blir en multifunktionsradar (jfr. Målspårning av radar: Target Tracking Radar).
• Inga rörliga delar: Mer tillförlitlig och lämplig för att bygga platt i en skrov, mast eller skeppsstruktur.
• Mönsterfrihet: Samma elektronik som styr bunten kan också vara djupt nollor Rotera i en syltriktning (Main lobes, side lobes och back lobes) eller kraftfördelningen över tiden.

Det finns också fysiska gränser. Elementen är ungefär en halv våglängd ifrån varandra; Om de är för långt kommer oönskade ytterligare huvudbuntar att uppstå.Grönsaker). Och ju längre bunten av tråkighet skickas, desto mer effektiv bländare "kortad" — balken blir bredare och vinsten sjunker (Skanna förlust). Därför täcker en platt array vanligtvis upp till ±60°; för rund täckning används tre eller fyra plan (t.ex. fasta paneler på moderna fregatter).

PESA — Passiv elektroniskt skannad Array

En PESA Passiv elektroniskt skannad Array är den första generationen av fasad array. Kännetecken: Det finns en central sändare — typiskt ett kraftfullt rör (TWT eller klystron, Komponenter av radarsystemet) ) — vars tillgångar distribueras till alla delar via ett distributionsnätverk. Varje element innehåller endast en Fas reglage (fasväxlare) skicka bunten; Själva elementet stärker inte någonting.

Fördelar i förhållande till en mekanisk antenn: all strålhastighet och multifunktionalitet Fasad array: elektronisk strålkontrolltill lägre kostnad och komplexitet än en AESA, eftersom det bara finns en sändare.

Men den centrala sändaren är omedelbart svagheten:

• Enstaka felpunkt: Om röret misslyckas kommer hela radarn att stängas av.
• Förlust: Kraften ska överföras via långa foder och passiva fasförändringar till elementen — Mycket går förlorat längs vägen, både när de överförs och tas emot.
• Begränsad flexibilitet: i praktiken en frekvens och en bunt i taget; ingen fritt delbar kraft per riktning.

PESA var genombrottet (kända exempel: äldre långdistans- och fartygsradarer och radarn av olika jägare från 1980-talet.–90, men har till stor del ersatts av AESA för nya system.

AESA — Aktiv elektroniskt skannad Array

En AESA (Aktiv elektroniskt skannad Array) sändaren rör sig efter elementen. Bakom varje stråle finns sin egen T/R-modul (Transmit/Receive): en liten sändare/mottagaremodul med egen kraftförstärkare, mottagareförstärkare (LNA) och fasförskjutare. En stor AESA innehåller hundratals till tusentals oberoende sändare — ofta inbyggda GaN Eller GaAs.

Eftersom kraften genereras och tas emot på plats, försvinner foderförlusterna av PESA och en serie fördelar uppstår som gör AESA standarden:

• Nådig nedbrytning: Ingen central sändare. Om några T/R-moduler faller ut, släpper prestandan en fraktion — Radarn fortsätter att fungera. Mycket pålitlig.
• Flera buntar och frekvenser samtidigt: delmängder av element kan arbeta självständigt — Sök i en riktning medan du följer ett mål i den andra, vid olika frekvenser.
• Krafthantering genom riktning: öka energin och hålla tid till en misstänkt sektor, eller sprida sig för LPI (se nedan).
• Bred bandbredd & agility: idealisk för frekvens agility (PRI-moduleringoch hög räckviddsupplösning (Range resolution).

Priset: komplexitet, kylning (alla dessa moduler producerar värme) och kostnader. Men fördelarna är så stora att nästan varje ny militär radar. — från fighter till frigata till markbundet luftförsvar — är en AESA.

PESA kontra AESA — Sammanfattning

Kärnan i en tabell:

Vad de är delarBåda styr strålen elektroniskt via fas (Fasad array: elektronisk strålkontrollbåda har inga rörliga delar, och båda kan arbeta multifunktionellt. Skillnaden är helt i där makten genererascentral (PESA) eller uppdelad i aktiva moduler (AESA). Denna skillnad förklarar alla andra regler i tabellen.

Skanna mönster av fasade arrays

En mekanisk antenn kan bara snurra en sak: cirklar. En fasad array (Fasad array: elektronisk strålkontroll) trycker sin bunt elektroniskt i mikrosekunder och kan därför vara "tittande beteende" — och Scan Mönster — Gratis programmering och även flera mönster blandad utför. De viktigaste formerna är:

• Grid / Sök skanning: Bunten slutar systematiskt en sektor (rad i rad) för att hitta nya mål.
• Sektor scan: Sök bara ett definierat område snabbt och upprepade gånger (t.ex. riktning där hot förväntas).
• Track-While-Scan (TWS): bunten fortsätter att söka, men hoppar alltid till kända mål för att uppdatera sitt spår — Sök och följ på en gång.
• Spotlight: bunten "pinnar" i ett syfte eller sektor för maximal bostadstid — mer energi och bättre mätning (och genombrott) Övermana jamming signalen).
• Agile / Interleaved: slumpmässiga hopp mellan uppgifter; Sök, spåra, genomföra en raket och arbeta LPI.

Cassegrain, monopulsfoder och duplexer

Tre komponenter runt antennen som återkommer i nästan varje radar:

• Cassegrain antenn: en parabolisk maträtt med en liten, konvex subreflektor Framför fokus. Fodret sitter i mitten av huvudrätten och strålar mot subreflektorn, vilket återspeglar energin tillbaka över huvudrätten. Fördel: det tunga fodret och vågguiden sitter bakom skålen, kort och kompakt — idealisk för att spåra radar och för antenner som måste röra sig snabbt.
• Monopulsfoder: I stället för ett horn sitter fyra sida vid sida i fokus. Lägga till och subtrahera sina signaler ger en Sumkanal (ju, för detektering och räckvidd) och två Skillnadskanaler (Δ, för felet i azimuth och höjd). Vinkelns fel följer alltså från en enda puls — grunden för monopulsspårning (Tekniker för målspårning radar) och anledningen till att dessa radarer är okänsliga för amplitude-modulerad jamming som lurar konisk skanning.
• Duplexer och diplexer: Duplexer (duplexer)Komponenter av radarsystemetLåt sändare och mottagare dela samma antenn. Klassiskt med ett gasutsläppsrör (TR tube) att bränder vid överföringen puls och kortslutning mottagaren; numera med en ferrit cirkulator och en limiter. Ett Diplexer gör något annat: det kombinerar två sändare på olika frekvenser på en antenn, som med frekvensmångfald.Förluster och fluktuation).