Розробка нових тестів електронного сканування в РЛС СВЧ діапазону

Введення.

Теорія і техніка антенних пристроїв значною мірою визначають прогрес у таких галузях науки, як радіолокація, космічна зв'язок і радіонавігації. Антени багатьох радіосистем часто повністю визначають їх гранично досяжні характеристики, такі, як дальність дії, широкосмугового, точність визначення координат, роздільну здатність і т.д. У ряді випадків антена може поєднувати в собі також і функції приймача і передавача - це так звані активні антени. Різноманітність типів антен в даний час надзвичайно велика, однак одним з основних типів антен є дзеркальні антени. Велике поширення одержали дзеркальні антени в діапазоні НВЧ.

Цілі і завдання

Розробка нових антенних систем, конструкцій антенних систем для електронного сканування в РЛС. Пошук і розробка таких конструкцій антенних систем заснований на отриманих раніше результати досліджень і патентів.

Актуальність

В даний час стан радіолокації, зв'язку, радіоастрономії відрізняється впровадженням складних комплексів апаратури, невід'ємною частиною яких є антенні системи. В даний час антенна техніка досягла свого піку розвитку. І тому в останні роки її розвиток йде по шляху поліпшення характеристик і використання нових матеріалів. З огляду на це, виникнення нових ідей у антеною техніці пов'язано з необхідністю створення радіосистем із заданими характеристиками [1].

Найчастіше, у радіоелектронних системах необхідно змінювати положення діаграми спрямованості антени в просторі: супровід об'єкта (цілі), пошук об'єкта (цілі) і т.д. Такі завдання призвели до появи терміну «сканування». Сканування буває: механічне, електромеханічне і немаханічне [2].

При механічному скануванні переміщення променя в просторі здійснюється переміщенням всій антени. Тому антени з таким скануванням характеризуються найбільшої інерційністю. У порівнянні з іншими способами сканування, такі антени мають відносно малими швидкодією, роздільною здатністю, пропускною здатністю, перешкодозахищеність. Для повороту таких антен застосовують потужні двигуни, які за рахунок великих що протікають у них струмів створюють сильне паразитне магнітне поле.

При електромеханічному скануванні механічно переміщаються тільки деякі елементи антени, а основна частина антени (основний дзеркало) залишається нерухомою. Класичним прикладом є управління становищем променя параболічної антени при переміщенні опромінювача або допоміжного дзеркала. Але і в таких антенах є обертаються зчленування, допоміжні двигуни, які погіршують показники антени [2].

Такі недоліки призвели до розробки антенних систем з електричним скануванням. Серед антен з електричним скануванням широке розповсюдження отримали фазовані антенні решітки (ФАР), а прагнення збільшити випромінену потужність і перешкодозахищеність призвели до створення активних ФАР. Але реалізація поставлених вимог неможлива без удосконалення методів обробки сигналу. Електричне сканування дозволяє забезпечити високу швидкість огляду навколишнього простору при збереженні відносно низького рівня бічних пелюсток і високої перешкодозахищеності.

За останні десятиліття ФАР стали застосовувати все ширше в різних системах. У процесі розробки ФАР з'ясувалися їх недоліки. В першу чергу за допомогою ФАР скрутний круговий огляд простору, зниження коефіцієнта посилення антени через втрати в елементах антени: фазовращателі, пристрої збудження, тощо.

Збудження випромінювачів ФАР проводиться або за допомогою фідерних ліній, або за допомогою вільно розповсюджуються хвиль (у т. н. квазіоптіческіх ФАР), фідерні тракти порушення поряд з фазовращателямі іноді містять складні електричні пристрої (т. н. діаграммообразующіе схеми), забезпечують збудження всіх випромінювачів від декількох входів, що дозволяє створити в просторі відповідні цим входів одночасно скануючі промені (в багатопроменевих ФАР). Квазіоптіческіе ФАР в основному бувають двох типів: прохідні (лінзових), в яких фазовращателі і основні випромінювачі збуджуються (за допомогою допоміжних випромінювачів) хвилями, що розповсюджуються від загального опромінювача, і відбивні - основний і допоміжні випромінювачі суміщені, а на виходах фазовращателей встановлені відбивачі. Багатопроменеві квазіоптіческіе ФАР містять кілька опромінювачів, кожному з яких відповідає свій промінь у просторі. Іноді в ФАР для формування ДН застосовують фокусують пристрої (дзеркала, лінзи). Розглянуті вище ФАР іноді називаються пасивними.

Найбільшими можливостями керування характеристиками володіють активні ФАР, в яких до кожного випромінювача або модулю підключений керований по фазі (іноді і по амплітуді) передавач або приймач. Управління фазою в активних ФАР може проводитися в трактах проміжної частоти або в ланцюгах порушення когерентних передавачів, гетеродина приймачів і т.п. Таким чином, в активних ФАР фазовращателі можуть працювати в діапазонах хвиль, відмінних від частотного діапазону антени; втрати в фазовращателях в ряді випадків безпосередньо не впливають на рівень основного сигналу. Передавальні активні ФАР дозволяють здійснити складання в просторі потужностей когерентних електромагнітних хвиль, що генеруються окремими передавачами. У прийомних активних ФАР спільна обробка сигналів, прийнятих окремими елементами, дозволяє одержувати більш повну інформацію про джерела випромінювання.

У результаті безпосередньої взаємодії випромінювачів між собою характеристики ФАР (узгодження випромінювачів з збудливими фідера, КНД та ін) при гойдання променя змінюються. Для боротьби з шкідливими наслідками взаємного впливу випромінювачів в ФАР іноді застосовують спеціальні методи компенсації взаємної зв'язку між елементами.

Такий стан питання стимулює пошук нових конструкцій антен з електричним скануванням яких нових методів обробки сигналів.

Література

  1. Антенны: Современное состояние и проблемы / Д.И. Воскрсенский, В.Л. Гостюхин, К.И. Гринева и др.; Под ред. чл-корр. АН СССР Л.Д. Бахраха и проф. Д.И. Воскресенского. – М.: Сов. Радио, 1979. –  208 с., ил.
  2. Марков Г.Т. Антенны /Марков Г.Т., Сазонов Д.М. – М.: Энергия, 1975. – 528с.
  3. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. – М.: Радио и связь,  1994. – 592с.
  4. Фролов В.П. Антенны для земных станций спутниковой связи / Фролов В.П. – М.: Радио и связь, 2000. – 376с., ил
  5. Метрикин А.А. Антенны и волноводы РРЛ /Метрикин А.А. – М.: Связь, 1977. – 115с.
  6. Хорхордин А.А., Паслен В.В. Применение реверсивных сред в антенной технике /Излучение и рассеяние электромагнитных волн: Материалы Международной научной конференции “Излучение и рассеяние ЭМВ – ИРЭМВ - 2005”. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. – С. 312 – 314.
  7. Khludneva A.V., Mihailov M.V., Petrushkevich P.A., Paslyon V.V. The new antenna systems with electronic scanning. Излучение и рассеяние электромагнитных волн: Труды Международной научной конференции “Излучение и рассеяние ЭМВ – ИРЭМВ - 2007”. Т. 1. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007. – С. 61 – 64.
  8. Паслён В.В. Использование реверсивных сред в антенной технике: материалы III Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь», (Москва, 26-30 октября 2009г.)/РАН, ИРЭ им. В.А.Котельникова. – М.:   ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, 2009. – 1035с.
  9. Хорхордин А.А., Носко Ю.В., Паслен В.В. О возможности использования реверсивных сред в антенной технике. YI Международная молодежная научно-практическая конференция «Человек и космос»: сборник тезисов. – Днепропетровск: НЦАОМУ, 2004 – с. 296.
  10. Хорхордин А.А., Паслен В.В. Применение реверсивных сред в антенной технике /Излучение и рассеяние электромагнитных волн: Материалы Международной конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ – ИРЭМВ-2005». – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. – с. 312-314.
  11.  Хорхордин А.А., Михайлов М.В., Паслен В.В. Новое в технике антенного сканирования. Международная научно-практическая конференция «Университетские микроспутники – перспектива и реальность»: Сборник тезизов. Под общ. ред. Д-ра техн. наук проф. А.Н.Петренко. – Днепропетровск: НЦАОМУ, 2006. - с. 69.
  12. Деклараційний патент № 25901. Україна. МПК H01Q19/10. Всеспрямована антена /Хлуднева Г. В., Михайлов М. В., Ольшевський А. Л., Пасльон В. В – 27.08.07 – бюл. №3.
  13. Деклараційний патент № 13225. Україна. МПК H01Q25/00. Багатопроменева дзеркальна антена /Хорхордин А. А., Паслен В. В.- 15.03.06 - бюл. № 3.
  14. Деклараційний патент № 20355. Україна. МПК H01Q25/00. Багатопроменева дзеркальна антена /Михайлов М. В., Хорхордин А. А., Паслен В. В.-15.01.07- бюл.№ 1.
  15. Деклараційний патент № 20781. Україна. МПК H01Q25/00. Багатопроменева дзеркальна скануюча антена /Хорхордин А. А., Михайлов М. В., Паслен В. В. - 15.02.07 - бюл. № 2.