3.7.3 Дзеркальні антени
Дзеркальні антени (ЗА) (апертурні антени) є найбільш поширеним типом спрямованих антен у сантиметровому, дециметровому та, частково, у метровому діапазонах довжин хвиль. Пояснюється це тим, що ЗА мають велику спрямованість, високий ККД, хороші діапазонні властивості.
За допомогою ЗА можна отримати майже будь-яку ДН. Важливою їх перевагою є простота конструкції.
ЗА складаються з опромінювача та відбивача-дзеркала. Опромінювач - слабоспрямована антена, що випромінює у бік дзеркала. ДН антени формується шляхом перевідображення від відбивача (рис.3.39).
Рис.3.39. Дзеркальні антени
Конструктивно дзеркала можуть виконуватися із суцільних чи перфорованих металевих листів, металізованих пластиків, нанесених на діелектрик тощо. Для зменшення вітрильності антен дзеркала зазвичай виконують на основі паралельних (вектору напруженості електричного поля) проводів або металевих сіток.
Дзеркальні антени зазвичай класифікують за формою та кількістю застосовуваних дзеркал.
За формою поверхні відбивачів ЗА поділяються на: параболічні; сферичні; плоскі; спеціального профілю.
За кількістю використовуваних дзеркал розрізняють: однодзеркальні та багатодзеркальні.
За формою розкриття ЗА можуть бути круговими, еліптичними, прямокутними тощо.
Найбільшого поширення набули однодзеркальні антени з параболічною та спеціальною формою дзеркала, а також дводзеркальні антени.
До параболічних ЗА відносяться антени у формі параболоїда обертання, усіченого параболоїда обертання та параболічного циліндра.
Параболоїд обертаннятрансформує сферичний фронт хвилі опромінювача на плоский фронт у розкриві дзеркала (див.рис.3.39,а). Фазовий центр опромінювачавстановлюється у фокусі параболоїда. Для знаходження характеристик параболоїда обертання, як правило, застосовують аппертурний метод, суть якого полягає у визначенні АФР поля у розкритті антени та за знайденим АФР визначають ДНА (рис.3.40).
Рис.3.40. Принцип побудови ЗА.
Фаза поля у розкриві дзеркала є постійною, тобто. (,)=const. Амплітудне розподіл визначається співвідношенням
деFобл(обл,) – нормована ДН опромінювача. Амплітудне розподіл залежить від спрямованих властивостей опромінювача. Якщо ширина ДН опромінювача 0.5р значно більше кута розкриття дзеркала 0, то АР близько до рівномірного. Інакше, тобто. при 0.5р 0 воно є сильно спадаючим до країв антени. Відповідно розрізняються і показники антен. У другому випадку ДНАF(,) має ширший головний пелюстка, але менший рівень бічного випромінювання. Таким чином, шляхом зміни ДН опромінювача можна змінювати ширину та рівень бічних пелюстків ДН ЗА.
Зазвичай параболоїд обертання використовують для створення ДН голкової форми.
КНД ЗА розраховується за формулою
де А – ККД антени (зазвичай А=0.6-0.7). Ширина ДН може бути визначена за формулою
де o – діаметр дзеркала. Рівень першої пелюстки ДНА становить −22. −24 дБ.
Усічений параболоїд обертанняявляє собою симетричну або несиметричну вирізку з параболоїда обертання і призначений для формування віялової ДНА. При цьому розмір усіченого параболоїда обертання в горизонтальній площині помітно більше, ніж у вертикальній через необхідність отримання вузької ДН в азимутальній площині.
Несиметричні вирізки використовуються для зменшення впливу дзеркала на опромінювач і навпаки.опромінювача на бічне випромінювання антени. Іноді зниження рівня бічних пелюстків вирізку виробляють за контуром рівноінтенсивного опромінення. Якщо цей контур відповідає спаду поля опромінювача приблизно на 9-10 дБ, ККД антени буде максимальним.
Параболічний циліндр.Антена у вигляді параболічного циліндра використовується в тих випадках, коли необхідно створити віялову ДН з різко різною шириною ДНА в головних площинах, а також при необхідності здійснити сканування променя в одній площині в досить широкому секторі кутів (до 30 про). Антена складається з дзеркала у вигляді параболічного циліндра та лінійного опромінювача з довжиною, що дорівнює утворює дзеркала (див. рис.3.39,б). Дзеркало може бути симетричним та несиметричним (рис.3.39,в). Найчастіше використовуються несиметричні дзеркала, що дозволяють усунути вплив відбитої хвилі на опромінювач і тіньовий ефект опромінювача. Лінійний опромінювач розташовується на фокальній лінії та створює циліндричну хвилю. Циліндрична хвиля перетворюється дзеркалом на плоску. На відміну від розглянутих досі ЗА дзеркало параболічному циліндрі роблять суцільним,т.к. отвори, утворюючи в площині yoz (рис.3.39, в) лінійні синфазні грати, створюють помітну задню пелюсток.
КНД такий ЗА розраховується за аналогічною формулою.
Віялові ДНА (ДН косекансного типу) у вертикальній площині створюються за допомогою методів зміщених опромінювачів або деформації профілю дзеркала.
Метод зміщених опромінювачів. У даному методі (рис.3.39,г) для отримання косекансної ДНА використовують усічений параболоїд обертання з ґратами з кількох точкових опромінювачів. Один з опромінювачів знаходиться у фокусі дзеркала (опромінювач 1), а решта (опромінювачі 2, 3) зміщені з фокусу перпендикулярно осі дзеркала. Зміщенняопромінювачів проводиться для того, щоб парціальні ДН перетиналися приблизно на рівні 0.7 по полю. Закон зміни потужності від опромінювача до опромінювача розраховується таким чином, щоб загальна сумарна ДНА описувалася наближено функцією cosec (рис.3.41).
Достоїнствами методу є простота, можливість використання кількох передавачів, що працюють на різних частотах, що підвищує загальну потужність випромінювання та перешкодозахищеність РЛС.
Недоліки методу пов'язані з тим, що зміщення опромінювача з дзеркала фокусу призводить не тільки до відхилення (від нормалі до антени), але і до розширення ДНА в горизонтальній площині. Останнє погіршує роздільну здатність по азимуту принаймні збільшення кута місця мети (зазвичай косекансна ДН виходить лише секторі кутів місця до 30 про ). За потреби отримання косекансної ДН у більшому секторі кутів використовується метод деформації профілю дзеркала.
Метод деформації профілю дзеркала(рис.3.39, ж). Сутність методу полягає в тому, що профілю дзеркала у вертикальній площині надають таку форму, при якій розподіл потоку потужності заданому секторі буде близько до необхідного. З конструктивної погляду цей метод складніше реалізувати, ніж метод зміщених опромінювачів, особливо великих дзеркал. Однак цей метод дозволяє створити гладкішу, ніж при методі зміщених опромінювачів, косекансну ДН в секторі до 60-70 про без розширення ДН в горизонтальній площині.
Вплив антенно-фідерного пристрою на бойові можливості РЛС.коефіцієнта спрямованої дії антени, розширення ДН, підвищення рівня бічних пелюсток) і, отже, до зниження дальності виявлення та перешкодозахищеності РЛС, погіршення роздільної здатності та точнісних характеристик РЛС.
Порушення нормальної роботи пристроїв додаткової розв'язки, антенного перемикача, еквівалента антени призведе до порушення умов потайної роботи та радіотехнічного маскування РЛС, зниження захисту РЛС від протирадіолокаційних снарядів.
Вихід з ладу антенних систем допоміжних (пеленгаційних) каналів унеможливить визначення РЛС пеленгів на ПАП.
Слід мати на увазі, що високі точнісні характеристики РЛС досягаються при її ретельному орієнтуванні, горизонтуванні та юстуванні. Помилки в орієнтуванні антени складаються з іншими помилками виміру азимуту повітряних об'єктів. Помилки в горизонтуванні позначаються на точності вимірювання кутових координат, формі та розмірах зони виявлення РЛС у різних азимутальних напрямках. Неточності у юстуванні призводять до додаткових помилок у визначенні висоти цілей. Погіршення точнісних характеристик РЛЗ знижує можливості щодо забезпечення наведення авіації та цілевказівки ЗРВ.
Негерметичність і несправність хвилеводних трактів РЛС, що обертаються зчленувань викликає погіршення коефіцієнта хвилі, що біжить, і зменшення дальності виявлення, зниження експлуатаційної надійності.
Таким чином, дзеркальні антени (ЗА) (апертурні антени) є найбільш поширеним типом спрямованих антен в РЛС сантиметрового, дециметрового і частково в метровому діапазонах довжин хвиль завдяки великій спрямованості, високому ККД і хорошим діапазонним властивостям. Параметри антенних систем дуже впливають на дальністьвиявлення, перешкодозахищеність, роздільну здатність та точнісні характеристики РЛС.