30

Лекция №9

5. Антенно-волноводные устройства судовых НРЛС

Антенно-волноводные устройства (АВУ) судовых НРЛС предназначены для излучения мощных СВЧ колебаний, формируемых в передатчике, приема отраженных от целей СВЧ колебаний малой мощности и передачи этих колебаний в

тракт приемника.

Обычно АВУ состоит из антенны и волноводного тракта.

Основные требования к антеннам:

-возможность кругового, равномерного обзора;

-высокая направленность действия и обеспечение необходимых параметров

диаграммы направленности (ДН);

-минимальная интенсивность боковых лепестков;

-широкая полоса пропускания частот, удовлетворяющая излучаемым импульсам длительностью от 0,07мкс до 1,0мкс;

-достаточная механическая прочность и жесткость в сочетании с минимальной массой, размерами и парусностью.

Одним из важных параметров антенны, влияющий на эксплуатационные параметры НРЛС, является диаграмма направленности антенны.

Диаграмма направленности антенны показывает зависимость плотности потока мощности (П) или амплитуды напряженности поля антенны (Е) от направления в пространстве при постоянном расстоянии до точек наблюдения.

Для сравнения направленных свойств антенны, характеристики

направленности приравнивают к единице, то есть относят их к максимальным значениям напряженности поля или плотности потока мощности в направлении максимального излучения и записываются в виде:

E(α,θ) = Emax F(α,θ) или

П(α,θ) = Пmax F(α,θ),

где Emax и Fmax - максимальные значения соответствующих величин.

Наряду с формульной зависимостью ДН существует и более наглядный способ ее изображения – графический метод. Часто, в главных плоскостях (вертикальной и

горизонтальной), нормированные ДН изображают в полярной (рис.5.1,а) или

прямоугольной системе координат (рис.5.1,б).

Угол θ0,5 ,(а также угол α0,5 - в горизонтальной плоскости) на уровне половинной

мощности характеризует соответственно ширину диаграммы направленности в

вертикальной и горизонтальной плоскости.

Полярные диаграммы направленности более наглядны. На них хорошо отображаются боковые и задние лепестки.

Рис.5.1. а) ДН в полярной и - б ) в прямоугольной системе координат

пересечения диаграмм в вертикальной и горизонтальной плоскостях называется осью диаграммы направленности.

В судовых НРЛС наибольшее распространение получили рупорно-щелевые и линзовые антенны.

В более ранних моделях НРЛС использовались так называемые рупорнопараболические антенны (первые модели НРЛС “Донец”, “Океан”).

В таких антеннах в качестве отражателя используется конструкция,

представляющая собой усеченную параболу, в фокусе которой размещен выход волновода, заканчивающегося рупором.

Достоинство рупорно-параболических антенн - их простота и хорошие технические данные.

Недостаток – большая парусность, габариты и масса.

5.1. Щелевые и линзовые антенны

Если в любой стенке волновода определенным образом прорезать узкую щель на расстоянии друг от друга около λ/2 (в морских НРЛС – в узкой стенке, см. рис.5.2), то она может излучать (принимать) СВЧ колебания.

По своим свойствам она аналогична полуволновому симметричному вибратору [1,9]. Только в щелевом излучателе вектор

магнитного поля H ориентирован вдоль щели, а вектор электрического

поля Er - перпендикулярно щели. Антенна с такой щелью называется щелевой.

Однако антенна с одной щелью является маломощной и обладает слабой

направленностью. Поэтому, для того, чтобы антенна могла излучать необходимую мощность и обладала хорошими техническими параметрами, в стенке волновода (обычно в узкой) создают N щелей, расположенных друг относительно друга под

разным наклоном (угол 10°…15°.

Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости такой антенны

компенсируется, то в антенне увеличивается интенсивность боковых лепестков, то есть ухудшается направленностьr антенны в горизонтальной плоскости.

Для подавления ЕB , в волноводе, на расстоянии d = λkpum / 2 размещаются

фильтры (перегородки), сквозь которые ЕГ проходит без существенных потерь, а ЕB

излучаться не сможет, так как эти фильтры для этой составляющей представляют

большое сопротивление.

На практике применяют так называемые рупорно-щелевые антенны [3]. На рис.

5.3 показан практический чертеж антенного блока НРЛС «Наяда-5» [29].

Антенный блок осуществляет формирование СВЧ-энергии в виде радиолуча (диаграммы направленности) требуемой формы, направленное излучение энергии в пространство и ее направленный прием после отражения от облучаемых объектов.

Несущей частью конструкции блока является литой кронштейн, к которому крепится щелевая антенна. Щелевая антенна (рис.5.3) представляет собой

32

секториальный рупор 2, в вершине которого помещен волноводный излучатель бегущей волны 4 с решеткой фильтров 3.

Излучатель формирует диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости формируется

рупором 2.

Рис.5.3. Чертеж антенного блока НРЛС «Наяда-5»

Вкачестве излучателя использован латунный волновод сечением 28,5x12,6 мм

спрорезанными на узкой стенке наклонными щелями 7. В конце излучателя установлен поглощающий клин 5 из ферроэпоксида. В раскрыве щелевого излучателя расположен фильтр паразитной поляризации 3. Пластины фильтра, установленные между щелями, образуют предельные волноводы для подавления вертикальной составляющей поля, излучаемого наклонными щелями.

Рупор антенны герметизируется радиопрозрачным диэлектриком 6,

изготовленным из стеклопластика с проволочной сеткой для компенсации отраженной от диэлектрика СВЧ-энергии.

Максимум диаграммы направленности в горизонтальной плоскости отклоняется от нормали к раскрыву антенны приблизительно на 6° в сторону поглощающего

клина.

Для регулировки в заводских условиях диаграммы направленности в горизонтальной плоскости имеются регулировочные винты 1, которые фиксируются гайками после регулировки. Во время эксплуатации НРЛС регулировка диаграммы направленности антенны не производится.

Вмоделях НРЛС (например, НРЛС “Печора-2” [12]) используется линзово-

щелевая антенна. Она состоит из слабо направленного облучателя 1 (см. рис.5.4) и линзы 2 (плосковыпуклой “а” или плосковогнутой “б”).

Линза изготавливается из диэлектрического радиопрозрачного материала (полистирол, фторопласт). С помощью линзы электромагнитная волна облучателя

преобразуется в плоскую волну, формирующую заданную диаграмму направленности.

Фокусное расстояние f, на котором располагается облучатель от плоскости линзы, f ≈ 0.5D .

На практике находят применение комбинированные линзово-щелевые антенны.

В этом типе антенны диаграмма направленности в горизонтальной плоскости