УДК 621.396.677.029.66
ЗЕРКАЛЬНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ АНТЕННА
М. В. Доронина, В. В. Паслён
Донецкий национальный технический университет
E-mail: aquamarin2402@mail.ru
E-mail: paslen@yandex.ru
Источник: сборник тезисов XV Международного молодёжного форума «Радиоэлектроника и молодёжь в XXI веке» - Харьков: ХНУРЭ, 2011.
Для радиолокации часто требуются антенны, имеющие узкую диаграмму направленности в одной плоскости и широкую в ортогональной плоскости.
Для получения такой диаграммы направленности применяют обычно два метода: профилирование зеркала и использование системы распределённых облучателей [2].
Применение антенн для определения направления на источник излучения или для исследования положения многих источников излучения в окружающем пространстве делает актуальной задачу оперативного управления формой характеристики направленности антенны и, в частности, сканирование [4].
Сканирование, т.е. перемещение луча антенны в пространстве, может осуществляться механическим, электромеханическим, электрическим и электронным способами [5].
Электронный способ сканирования основан на применении реверсивной среды. Особенность её заключается в том, что в начальном состоянии она является радиопрозрачной, а при воздействии на неё управляющего сигнала она приобретает свойства отражающей поверхности [7, 8]. При электронном способе сканирования поверхность реверсивной среды облучается интенсивным световым пятном необходимой формы и размеров. Изменение размеров светового пятна приводит к изменению ширины диаграммы направленности и её формы в заданной плоскости.
Очевидно, что ширина диаграммы направленности антенны зависит от величины, формы и ориентации светового пятна: чем шире световое пятно, тем уже диаграмма направленности и её форма в заданной плоскости. Последовательно перемещая освещённую (возбуждённую) область по поверхности зеркала осуществляется перемещение (сканирование) диаграммы направленности в пространстве, что позволяет получить заданную форму и ширину диаграммы направленности антенны в СВЧ - диапазоне, а также управлять диаграммой направленности антенны в процессе сканирования по заданному закону, который обеспечивает гибкость траектории и скорость развёртки [2].
Целью работы является усовершенствование типов антенн, применяемых в современных радиолокационных системах (РЛС) путём внедрения новых видов материалов для изготовления антенн и путём физического объединения различных типов антенн в новые конструкции. Известны антенные конструкции, работа которых основана на применении реверсивной среды [9, 10] Нами предлагается к рассмотрению использование в качестве одной из таких антенн, зеркальная сканирующая антенна.
Сканирующая антенная система состоит из цилиндрического зеркала, выполненного из радиопрозрачного материала и покрытого реверсивной средой. Часть боковой поверхности данного цилиндра может быть приближена, с некоторой точностью, к параболическому цилиндру. Цилиндрическое зеркало выполнено из радиопрозрачного материала. Внешняя поверхность цилиндрического зеркала 1 покрыта реверсивным материалом, например, селенидом кадмия. Облучатель 2 расположен в фокусе составного элемента параболический цилиндр 3. Источники управляющих сигналов 4 влияют на поверхность реверсивного материала в областях 5 управляющими сигналами 6.
В качестве источников управляющих сигналов 4 используются источники с необходимыми спектральными свойствами – например, специально подобранные мощные светодиодные источники со спектральным составом, близким к солнечному [3, 6]. Устройство работает следующим образом.
При возбуждении реверсивной поверхности параболического цилиндра 3, составной части цилиндрического зеркала 1, изображенного на рис. 1, управляющими сигналами 6, которые поступают от источника управляющих сигналов 4 в области 5 реверсивного материала, происходит увеличение его радиоотражающих свойств, благодаря чему сигнал, который поступает от излучателя 2 отражается от области 5, формируя тем самым диаграмму направленности специальной формы (узкую в горизонтальной плоскости и широкую в вертикальной) 7 [5].
Благодаря возможности сканирования диаграммы направленности в широком секторе углов в зеркальной сканирующей антенне следующие преимущества:
1. возможность одновременного сопровождения большого числа движущихся объектов в широком секторе углов благодаря увеличению площади антенны;
2. угол обзора пространства может достигать полного угла (360°);
3. быстродействие по сравнению с механическим, электрическим и электромеханическим типом сканирования за счёт использования электронного типа сканирования;
4. возможность изменения основных характеристик и параметров антенны в процессе сканирования;
5. отсутствие элементов коммутации, фазовращателей и других затемняющих элементов [5,10].
1. Ерохин Г.А. и др. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн: Учебник для вузов/ – 2-е изд., – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 264 с.
2. Вайнберг И.А., Вайнберг Э.И., Павельев В.А. Индикация структуры электромагнитного поля при помощи неравновесных носителей тока в полупроводниках. Радиотехника и электроника, – М.: Наука, 1971. №3. – 356 с.
3. Зуев В.А., Саченко А.В., Толпыго К.Б. Неравновесные приповерхностные процессы в полупроводниках и полупроводниковых приборах. – М.: Советское радио, 1977. – 356 с.
4. Луханина О.В., Мотылев К.И., Гончаров Е.В., Хорхордин А.А., Шебанов А.О., Паслен В.В. Развитие теории и техники антенн // Матеріали ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Дінаміка наукових досліджень 2004». Том 8. Технічні науки. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2004. – 356 с.
5. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1975. – 528 с.
6. Нашельский А. Я. Технология полупроводниковых материалов, – М.: Наука, 1973. – 466 с.
7. Паслён В.В. О возможности использования реверсивных сред в антенной технике / Международная научно-практическая конференция «Человек и космос»: Сборник тезисов. – Днепропетровск: НЦАОМУ, 2004. – 396 с.
8. Хорхордин А.А., Носко Ю.В., Паслен В.В. О возможности использования реверсивных сред в антенной технике // Міжнародна молодіжна науково-практична конференція “Людина і космос”: Збірник тез. – Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2004. – 496 с.
9. Патент № 49709, Украина, МПК (2009) H01Q19/10. Многолучевая зеркальная сканирующая антенна. Донецкий национальный технический университет. Паслён В.В, Федотова М.В., Михайлов М.В., Михайлова А.В., Иваницин В.Е., Вахнова Е.Е. Публ. – 11.05.2010. Бюл. №9. – 8 стр.
10. Декларационный патент № 25901 Двухзеркальная сферическая антенна\ Хлуднева Г. В., Михайлов М. В., Ольшевський А. Л., Паслён В. В.