Лекция 5. Питание щели осуществляется поверхностным током СВЧ, протекающим по внутренней стенке волновода

Питание щели осуществляется поверхностным током СВЧ, протекающим по внутренней стенке волновода. Ширина щели выбирается исходя из требования обеспечить диэлектрическую прочность щелевого промежутка, т.е. зависит от передаваемой мощности.

Волноводная щель обладает слабой направленностью. Поэтому для получения узкой диаграммы направленности вырезается не одна, а несколько щелей. В этом случае ширина диаграммы направленности щелевой антенны будет зависит от количества щелей и определяется по формуле:

,

где N – количество щелей.

Расположение щелей и расстояние между ними выбираются таким образом, чтобы электромагнитное поле у всех щелей изменялось синфазно. (совпадало по фазе).

Для подавления составляющей поля применяется волноводный фильтр.

На практике получили большое распространение комбинированные рупорно-щелевые антенны (АРЩ), обеспечивающие получение диаграммы направленности антенны, имеющей веерную форму (узкую в горизонтальной плоскости и широкую – в вертикальной).

Щелевой излучатель рупорно-щелевой антенны (рис.7.18) формирует диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, а рупор – формирует диаграмму направленности в вертикальной плоскости. В целях герметизации рупор закрывается диэлектрической вставкой из радиопрозрачного материала.

Наряду с рупорными и щелевыми в настоящее время получили распространение в РЛС антенны другого типа, называемые линзовыми.

Линзовая антенна состоит из:

- слабо направленного излучателя 1

- линзы, плоско-выпуклой или плоско-вогнутой формы (рис. 7.19).

Линза изготовляется обычно из диэлектрического радиопрозрачного материала (полистирола, фторопласта).

С помощью линзы электромагнитная волна облучателя преобразуется в плоскую волну, формирующую заданную диаграмму направленности.

Размер линзы зависит от:

длины волны РЛС,

заданной ширины диаграммы направленности в той или иной плоскости.

Например, высота D, определяющая ширину диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости, равна:

,

где q° - заданная ширина диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

Толщина линзовой антенны d выбирается исходя из соотношения

d = (0,15 ¸ 0,2)× D.

Фокусное расстояние f, на котором располагается облучатель от плоскости линзы,

f» 0,5× D.

На практике находят применение комбинированные линзово-щелевые антенны.

В этом типе антенны диаграмма направленности:

в горизонтальной плоскости формируется, как обычно, волноводным щелевым излучателем,

в вертикальной плоскости – с помощью линзовой диэлектрической антенны.

Антенна этого типа имеет меньшую массу и парусность при тех же размерах раскрыва в горизонтальной плоскости, что и рупорно-щелевая антенна.

7.5. АНТЕННЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

При использовании в судовых навигационных РЛС одной антенны, как для передачи, так и для приема радиолокационных сигналов, обязательно наличие антенного переключателя (АП).

Переключатель осуществляет:

- коммутацию антенны с передачи на прием и обратно,

- защищает вход приемника от проникновения чрезмерно большой мощности СВЧ.

Источник этой мощности – собственный передатчик, а также им могут быть соседние РЛС, работающие на одной и той же частоте.

К антенным переключателям предъявляются следующие требования:

- в момент передачи мощность, просачивающаяся на вход приемника, должна быть как можно меньше и не превышать 0,1 Вт;

- АП должен быть быстродействующим, время срабатывания не должно превышать сотых долей микросекунды;

потери мощности при передаче (особенно при приеме отраженных импульсов) должны быть минимальными.

Применяемые в настоящее время в судовых навигационных РЛС антенные переключатели условно можно разделить на:

- коммутационные,

- балансные,

- ферритовые.

Упрощенная схема АП с ферритовым циркулятором (рис 7.20) работает следующим образом.

Мощные радиоимпульсы СВЧ, вырабатываемые магнетроном, через направленный ответвитель НО и ферритовый циркулятор ФЦ по волноводной линии передаются в антенну.

Благодаря наличию разрядника Р защиты приемника и ФЦ вход приемника оказывается изолированным от воздействия мощных радиоимпульсов магнетрона.

Принимаемые отраженные сигналы через ФЦ и разомкнутый разрядник Р будут поступать на вход приемника и не будут попадать через ФЦ в магнетронный генератор.

Рассмотрим более подробно работу ферритового антенного переключателя, принцип действия которого основан на явлении невзаимного фазового сдвига в прямоугольных волноводах, содержащих ферритовую пластину, намагниченную перпендикулярно широкой стенке волновода.

Волны, распространяющиеся в таком волноводе в противоположных направлениях, имеют различные фазовые скорости.

Отрезок волновода с ферритовой пластиной и постоянным магнитом получил название невзаимного фазовращателя.

Ферритовый антенный переключатель – фазоферритовый циркулятор (рис. 7.21) состоит из:

двух симметричных щелевых мостов ЩМ1 и ЩМ2;

двухканальной волновой секции с помещенными внутри каждого канала ферритами;

фазосдвигающей секции ФСС;

поглотителя и разрядника защиты приемника РЗП.

	Рис. 7.21. Ферритовый антенный переключатель

Энергия СВЧ от передатчика поступает в плечо 1 циркулятора и делится первым щелевым мостом ЩМ1 на две равные части, причем волна, возбуждаемая в нижнем волноводе, оказывается сдвинутой по фазе на 90° относительно волны в верхнем волноводе.

Проходя через невзаимный ферритовый фазовращатель слева направо, волна в нижнем волноводе получает дополнительный фазовых сдвиг на 90°.

В ФСС сдвиг фаз между волнами в нижнем и верхнем волноводах увеличивается до 270°.

При прохождении через ЩМ2 сдвиг фаз увеличивается еще на 90°.

Суммарный сдвиг фаз волны, прошедшей через нижний волновод при входе в плечо 4, составляет 360°,

а при входе в плечо 3 – 270°.

Волна, прошедшая по верхнему волноводу, на входе плеча 4 оказывается синфазной с волной нижнего волновода, а при входе плеча 3 – противофазной волне нижнего волновода.

Поэтому вся излучаемая энергия поступает в плечо 4, ведущее к антенне, и не попадает в плечо 3.

При приеме отраженных сигналов, т.е. при движении справа налево по невзаимному фазовращателю, волна в верхнем волноводе будет задерживаться по фазе на 90° по сравнению с волной в нижнем волноводе и, пройдя через все элементы циркулятора, окажется синфазной с волной нижнего волновода на входе плеча 2. На входе плеча 1 волны будут противофазны.

Таким образом, вся энергия пойдет на вход приемника (плечо 2).

На входе плеча 2 стоит резонансный разрядник для защиты приемника от мощных сигналов, просачивающихся через ЩМ1 во время передачи, либо отраженных от несогласованной нагрузки волноводного тракта, а возможно, и от другой РЛС.

Один из главных элементов АП любого типа – высокочастотный газовый разрядник.

В судовых навигационных РЛС применяются разрядники широкополосного типа, имеющие постоянную фиксированную настройку, отчего упрощается регулировка РЛС в судовых условиях.

Разрядник выполняется в виде герметизированного прямоугольного волновода 2 длиной около 3/4 l_В и стандартным сечением (рис. 7.21).

Разрядник сдержит 2 пары электродов 3 конусной формы, расположенных на расстоянии l _В / 4 один от другого.

Пара электродов, находящихся ближе к выходному окну 6, снабжена дополнительным поджигающим электродом 4, на котором подается напряжение отрицательной полярности.

Включается разрядник в волновую линию с помощью соединительных фланцев 1, 5. Для уменьшения времени срабатывания разрядник наполняется смесью водорода и паров воды под небольшим давлением.

При воздействии зондирующего импульса передатчика первой из-за быстрой ионизации газа замыкается пара электродов, снабженная поджигающим электродом.

Затем отраженная волна от короткозамкнутой пары электродов создает высокое пробивное напряжение на первой паре.

При коротком замыкании первой пары электродов и достаточной входной мощности образуется электрический разряд на входном окне 7.

Возникающая при разряде плазма, обладая высокой проводимостью, закорачивает входное окно и защищает приемник от проникновения мощных импульсов передатчика.

7.6. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСИ И ПАРАМЕТРЫ АНТЕНН

СОВРЕМЕННЫХ СУДОВЫХ РЛС

На рис. 7.22 изображен внешний вид антенных устройств одно и двух канальной автоматизированной радиолокационной станции «Ряд» (3,5 и 10 см диапазона волн).

	А3266   А3233   А1035

Рис 7.22 Внешний вид антенных устройств автоматизированной РЛС «Ряд»

Радиолокационная станция "Ряд" является дальнейшим развитием известной навигационной РЛС типа "Океан", которой было поставлено более тысячи комплектов, как судовых, так и береговых модификаций данной станции.

Табл. 7.3.

Параметры	А3266	А3233	А1035
Диапазоны частот, МГц Усиление, дБ Ширина диаграммы направленности - в горизонтальной плоскости, град - в вертикальной плоскости, град Размах излучателя, мм Скорость обзора, об/мин Потребляемая мощность, Вт	8880-9250   0,35 8, 16	9400-94609(Х)   0,75 8, 10, 12, 16, 20, 24	3030-3090(S)   2,25 8, 10, 12, 16, 20, 24

В таблице 7.3 приведены основные параметры антенн 3см (X) и 10 см (S) диапазона, устанавливаемых в навигационных РЛС данной модификации.

Шестиметровые антенны в такой РЛС запитываются СВЧ-энергией в центре, что позволяет получить высокую разрешающую способность по дальности при длительности импульса 50 – 70 нс и устранять зависимость направления излучения от несущей частоты импульсов.

Питание привода антенн осуществляется напряжением 220/380 В (частота 50 Гц).

На рис. 7.23 показан внешний вид антенных устройств, применяемых в РЛС серии «Наяда» («Наяда-34МЕ», «Наяда-34М», «Наяда-25М1», «Наяда-25МЕ», «Наяда-25М1Р»), которые являются дальнейшим развитием известной и хорошо зарекомендовавшей себя судовой навигационной РЛС «Наяда-5».

	а)		б)

в)

Рис. 7.23

Антенные устройства навигационных РЛС

серии «Наяда»

а) - Х-диапазон (3 см), размах 3,0 м

б) – Х диапазон (3см), размах 1,6 м

в) – S-диапазон (10 см)

В антенные устройства навигационных РЛС серии «Наяда» входят приемопередатчики, т.е. они представляют собой антенно-передающие-приемные устройства. В этих устройствах обеспечивается быстросъемность модуля приемопередатчика, других устройств, а также ремонт методом агрегатной замены. Включение и выключение питания таких модулей обеспечивается дистанционным способом. Встроенные средства контроля включают допусковый контроль излучаемой мощности и чувствительности приемника; контроль сигналов в узловых точках по вызову

Основные технические параметры антенных устройств навигационных РЛС серии «Наяда» приведены в табл. 7.4.

Табл. 7.4.

Параметры	Х-диапазон (3 см), 3,0 м	Х диапазон (3см), 1,6 м	S-диапазон (10 см)
Усиление, дБ Ширина диаграммы направленности - в горизонтальной плоскости, град - в вертикальной плоскости, град Скорость обзора, об/мин Поляризация Потребляемая мощность, Вт Скорость ветра (макс), узлы Рабочая температура, °С Масса, кг	0,8 23 или 46 горизонтальная – 40 ¸ + 55	1,6 23 или 46 горизонтальная – 40 ¸ + 55	2,1 вертикальная – 40 ¸ + 55

На рис. 7.24 представлено антенное устройство навигационной РЛС «Галс», предназначенной для обеспечения нави- гации и повышения безопасности плава- ния судов валовой вместимостью до 150 тонн. Антенное устройство с входящим в его состав приемопередатчиком обладает небольшими габаритными размерами, ма- лой потребляемой мощностью и высокой надежностью. Длина волны – 3 см. Размер антенны в колпаке составляет всего лишь 60 см, а вес – 9,8 кг.

Рис. 7.24.

Антенное и индикаторное

устройство навигационной РЛС «Галс»

Дата добавления: 2014-01-20