
- •Содержание
- •Немного об истории развития радионавигации
- •Выводы:
- •Раздел 1. Радиолокационные станции Глава 1. Основы радиолокации
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Принцип действия импульсной рлс.
- •Глава 2. Индикатор кругового обзора (ико) рлс.
- •2.1.Виды индикации движения на экране ико.
- •2.2 Виды ориентации изображения на экране ико.
- •2.3. Кольца дальности.
- •2.4. Линии направления.
- •2.5. Параллельные индексные линии (Рис.2.9).
- •2.6. Смещение изображения из центра.
- •2.7. Метки курса, курсовой линии и метка Севера.
- •2.7.2. Метка Севера
- •2.8. Требования к параметрам ико.
- •2.9. Технические характеристики ико.
- •2.10. Органы управления ико.
- •3.Информационная зона предназначена:
- •Глава 3. Основные технические характеристики рлс.
- •1.Длина волны λ или частота несущих колебаний f.
- •Глава 4. Навигационные характеристики рлс.
- •4. Разрешающая способность рлс по определяемым координатам.
- •5.Точность определения координат целей
- •Глава 5. Радиолокационное наблюдение.
- •5.1. Организация радиолокационного наблюдения
- •Использование рлс/сарп при радиолокационном наблюдении в режиме расхождения судов.
- •5.2.1 Факторы, влияющие на функционирование сарп
- •5.2.2. Использование сарп при расхождении судов
- •Обнаружение радиолокационного спасательного ответчика (рсо – sart) и радиолокационного буя racon.
- •5.4. Совместное использование рлс/ сарп с экдис.
- •5.6. Помехи радиолокационному наблюдению.
- •5.7.Влияние на радиолокационное наблюдение условий распространения радиоволн.
- •5.8. Влияние отражающих свойств объектов.
- •Глава 6. Особенности конструктивного и схемотехнического построения рлс
- •6.1. Состав аппаратуры.
- •6.2 Особенности радиолокационной аппаратуры.
- •6.3. Функциональные узлы рлс
- •6.3.1. Передатчик.
- •6.3.2. Антенны и элементы фидерного тракта рлс.
- •6.3.3. Приемник.
- •6.3.4. Оконечные устройства рлс.
- •Глава 7. Новое поколение рлс. Навигационная сеть NavNet .
- •Навигационная сеть NavNet.
- •Глава 9. Техническое обслуживание рлс.
- •9.1. Общие рекомендации по устранению неисправностей.
- •8.2.Методы поиска неисправностей в рлс нового поколения.
- •Раздел 2. Основы спутниковой навигации
- •Глава 1. Структура спутниковой навигационной системы
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Космический сегмент
- •1.3 Сегмент управления
- •1.4 Сегмент потребителей
- •Глава 2.Общие принципы решения навигационных задач
- •Глава 3. Шкалы времени
- •3.1.Единицы мер времени
- •Глава 4.Траекторное движение нка
- •4.1. Системы координат, применяемые в снс.
- •4.2 Навигационные характеристики нка, рис.2.11.
- •Глава 5. Методы определения навигационных параметров
- •Глава 6. Радиосигналы и навигационные сообщения
- •6.1. Требования, предъявляемые к радиосигналу.
- •6.2. Шумоподобные сигналы.
- •6.3. Фазоманипулированные сигналы.
- •6.4. Навигационные сообщения.
- •6.5. Физические параметры радиосигналов
- •Глава 7. Дифференциальная подсистема.
- •Глава 8. Навигационная аппаратура потребителя.
- •8.1. Конструктивные требования.
- •8.2. Функциональные требования.
- •8.3. Технические характеристики.
- •8.4. Принцип работы приемного модуля снс навигаторов.
- •8.5. Спутниковый компас
- •Глава 9. Перспектива развития спутниковой навигации.
- •9.1. Базовые созвездия спутников (космический сегмент).
- •9.2. Приемники Пользователя (Сегмент Потребителя).
- •9.3. Спутниковая система функционального дополнения sbas.
- •Раздел 3. Автоматические идентификационные системы
- •Глава 1. Назначение, принцип действия и сфера использования аис.
- •1.1. Назначение и основные функции
- •1.2. Принцип действия
- •1.3. Сферы и направления использования
- •1.4. Оснащение судов системой аис
- •Глава 2. Информационно - технические особенности аис
- •2.1. Основные компоненты, виды информации и режимы работы
- •23. Судовая аппаратура аис.
- •2.4. Береговой сегмент
- •Глава 3.Основы использования аис
- •3.1. Отображение информации аис
- •3.2. Использование аис на судах
- •3.3. Использование аис в береговых службах
- •98309 Г.Керчь, Орджоникидзе, 82
6.3.2. Антенны и элементы фидерного тракта рлс.
В первых судовых навигационных РЛС в качестве двухсторонней линии передачи СВЧ энергии, генерируемой магнетроном, в антенну и энергии эхосигналов, принятой антенной, к приемнику наибольшее применение имели волноводы. В настоящее время в связи со снижением мощности навигационных РЛС при сохранении требуемых эксплуатационных параметров и снижением весогабаритных показателей приемопередатчиков за счет применения новой элементной базы и совершенствования технологии изготовления радиоаппаратуры появилась возможность конструктивного совмещения приемопередатчика с антенной в один антенный блок. Такая конфигурация исключает применение длинных фидерных линий на основе волновода или коаксиального кабеля, сохраняя лишь элементы вывода и ввода СВЧ энергии из передатчика в антенну, а также антенные переключатели или циркуляторы, обеспечивающие переключение антенны с передачи на прием и обратно.
Применяемый в качестве фидерной линии коаксиальный кабель имеет ограничение по частоте и в судовых навигационных РЛС используется только на частотах до 3 ГГц, т.е. в 10 см диапазоне волн. В диапазоне 3,2 см из-за большого затухания СВЧ энергии вместо коаксиального кабеля в качестве фидерной линии применяются исключительно волноводы. Практически на волнах короче 10 см коаксиальный кабель, например, может быть применен только в межблочных соединениях внутри приборов, во вращающемся антенном переходе, при передаче или приеме СВЧ энергии на малые расстояния (до 1.5…2 метров) и т.д.
Волноводы
По сравнению с коаксиальной линией волновод имеет меньшее затухание и позволяет передавать большую мощность. Основным недостатком волновода является его критичность по отношению к длине волны и связанная с этим громоздкость волноводной линии при работе на более длинных волнах. По этой причине волноводные линии применяются в судовых РЛС на волнах, не превышающих 10 см..
Наиболее широко применяются волноводы прямоугольного сечения (рис. 2.38), которые просты в изготовления и легко возбуждаются от генератора СВЧ.
По волноводу могут распространяться электромагнитные волны длины которых меньше некоторой критической волны λкр, определяемой размерами волновода,
λкр = 2α, (1.18)
где α — размер широкой стенки прямоугольного волновода.
Рис. 2.38. Направление электрического Е и магнитного Н полей в волноводе.
При этом в навигационных РЛС используется простейшая поперечно-электрическая волна типа ТЕ1,0 или Н1,0, что означает, что вдоль широкой стенки волновода укладывается только одна полуволна, равная половине длины волны λкр. Для этой волны характерно то, что электрическое поле Е направлено только поперек волновода. Волны длиной больше критической распространяться по волноводу не могут, т.к. на критической частоте направление волны будет перпендикулярным к стенкам волновода и движение энергии вдоль волновода прекращается. Рабочая длина волны должна быть соизмерима с λкр, чтобы не возбуждать волны высшего порядка по отношению к волне Н1,0; обычно рабочая длина волны λ = λкр/ √3. Размер узкой стенки волновода на критическую длину волны не влияет, а зависит от величины передаваемой мощности, которая определяется допустимым напряжением между широкими стенками волновода. Практически размер узкой стенки волновода b ≤ α/2 ≈ 0,35 λкр.
Применение волны типа Н1,0 позволяет получить наибольшее значение критической длины волны в волноводе при данных его размерах, обеспечить минимальное затухание энергии по сравнению с другими типами волн. В силу строгой ориентации электрического поля Е эта волна дает наиболее устойчивую поляризацию, которая не изменяется при изгибах, поворотах и других деформациях волноводной линии.
Передача СВЧ энергии от магнетрона в волновод и его возбуждение производится с помощью зонда (см. рис.2.39). Зонд представляет собой четвертьволновый штырь, являющийся
Рис. 2.39. Возбуждение прямоугольного волновода.
продолжением внутренней жилы коаксиального кабеля, связывающего выход магнетрона с волноводом.
Соединение волноводных секций.
Волноводная линия на судне собирается из отдельных секций по месту установки приемопередатчика и антенны. Для сочленения этих секций между собой применяют дросселъно-фланцевые соединения. Принцип дроссельно-фланцевого соединения двух неподвижных отрезков волновода показан на рис. 2.40. Один фланец плоский, другой при непосредственном соединении с первым образует полуволновой короткозамкнутый отрезок длинной линии. Поскольку входное сопротивление такого отрезка линии равно нулю, то в волноводном стыке создается короткое замыкание и энергия без заметного отражения будет переходить из одной секции волновода в другую.
Волноводная линия судовой РЛС может иметь различный профиль в зависимости от размещения антенны и приемопередатчика. Поэтому волноводные секции могут быть различной длины и конфигурации. Для каждого судна может быть своя конфигурация волноводной линии, поэтому
Рис. 2.40 Дроссельно-фланцевое соединение
Заказчик (судовладелец) при заключении контракта на поставку РЛС должен предоставить Поставщику (фирме) схему конфигурации волновода или перечень необходимых секций.
Вращающийся волноводный переход.
получила схема волноводно-коаксиального вращающегося перехода, показанная на рис.2.41.
Рис.2.41. Вращающийся переход
Электрический контакт между вращающейся и неподвижной частями волноводной линии обеспечивается за счет четвертьволнового разомкнутого на конце отрезка. Известно, что входное сопротивление такого отрезка линии равно нулю.
От генератора
Тем самым обеспечивается условие перехода энергии от приемопередатчика к антенне и обратно без заметного отражения от вращающегося перехода.
Конструкция перехода.
Неподвижный прямоугольный волновод 1 плавно изменяет к концу свое сечение на круглое 4. Вращающийся с антенной волновод 10 со стороны широкой стенки α имеет цилиндрический отросток 5, который входит без касания в цилиндрическую часть неподвижного волновода 4 на глубину λв/4; при этом относительно места стыка волноводов n-n образуется разомкнутый отрезок λв/4. К середине широкой стенки α неподвижного волновода1 припаян штырь 3, который с круглыми волноводами 4 и 5 создает воздушную коаксиальную линию. В волноводе 1 штырь 3 образует петлю связи 2. При появлении в неподвижном волноводе электромагнитных колебаний магнитное поле пересекает петлю связи 2 и индуктирует в ней э.д.с. Петля связи в свою очередь возбуждает колебания в коаксиальной линии 3,4,5.При передаче по коаксиальной линии бегущей волны в разомкнутом отрезке λв/4, образованном круглыми волноводами 4 и 5, возникает стоячая волна и входное сопротивление этого отрезка относительно сечения п—n становится равным нулю, что равносильно непосредственному соединению волноводов 4 и 5.
На конце штыря 3 имеется зонд 11 в форме шарика, который возбуждает колебания во вращающемся волноводе 10.
Согласование коаксиального перехода производится путем перемещения глухой стенки 12 волновода 10 регулировочным винтом 13. Неподвижный волновод механически соединен с вращающимся волноводом с помощью центрирующего шарикового подшипника 7.Внутренняя обойма 6 подшипника укреплена на неподвижном волноводе 4, а наружная обойма 8 – во фланце 9 вращающегося волновода.
Антенные переключатели.
При использовании в РЛС одной общей антенны, как для передачи, так и для приема радиолокационных сигналов обязательным является наличие антенного переключателя (АП). Переключатель осуществляет коммутацию антенны с передачи на прием и обратно и защищает вход приемника от .проникновения чрезмермерно большой мощности СВЧ. Источником этой мощности является собственный передатчик РЛС, а также могут быть соседние РЛС, работающие на одной и той же частоте. Влияние соседних РЛС может сказываться как при включенной, так и при полностью выключенной собственной РЛС.
К антенным переключателям предъявляются следующие требования.
В момент передачи мощность, просачивающаяся на вход приемника, должна быть как можно меньше. На волнах сантиметрового диапазона, где применяются смесители на полупроводниковых диодах, величина попадающей на вход мощности не должна превышать 0,1Вт. При большей мощности диод может выйти из строя.
АП должен быть быстродействующим. Время срабатывания не должно превышать сотых долей микросекунды. В противном случае сильно увеличивается просачивающаяся на вход приемника мощность и возрастает минимальная дальность РЛС из-за увеличения времени восстановления чувствительности приемника.
Потери .мощности при передаче и особенно при приеме отраженных сигналов должны быть минимальными.
В судовых РЛС наибольшее применение получили ферритовые переключатели, в которых используется основное свойство ферритов — малая электропроводность и ярко выраженные магнитные свойства. Ферриты используются в СВЧ-диапазоне для создания циркуляторов, фазовращателей, переключателей и других устройств.
Обязательным элементом антенных переключателей является также газонаполненный разрядник— двухэлектродный или трехэлектродный прибор, наполненный смесью водорода и водяных паров. Электроды расположены близко друг к другу и имеют форму конусов.
Принцип работы разрядника следующий. При отсутствии напряжения между электродами газ внутри разрядника не ионизирован, сопротивление между электродами большое, цепь разорвана. При подаче на электроды достаточно большого напряжения газ ионизируется, разрядник пробивается, между электродами возникает короткое замыкание. После снятия напряжения газ деионизируется, сопротивление между электродами восстанавливается. Процесс ионизации и деонизации происходит лавинообразно и не превышает нескольких сотых долей микросекунды. Для увеличения чувствительности и уменьшения времени срабатывания газовый разрядник дополняется третьим — «поджигающим» электродом и объединяется с объемным резонатором, настроенным на частоту колебаний магнетрона. На «поджигающий» электрод от модулятора подается постоянное напряжение, что способствует быстрому образованию дуги в главном промежутке.
Ферритовый антенный переключатель, рис.2.42, состоит из двух спаянных узкими стенками
Рис. 2.42. Ферритовый антенный переключатель.
волноводных секций, в которых находятся два щелевых моста ЩМ-1 и ЩМ-2, два феррита, выполняющие роль фазовращателей, фазосдвигающая секция ФСС, керамический поглотитель КП и разрядник защиты входа приемника ГР. На внешней части волноводных секций находится постоянный магнит, поле которого воздействует на ферриты.
Щелевой мост ЩМ представляет собой два отрезка волноводной линии прямоугольного сечения с общей узкой стенкой. Волноводные отрезки связаны между собой щелью, вырезанной в общей узкой стенке волновода. Если в плечо моста поступает СВЧ энергия, то она распределяется поровну между секциями 1 и 2, причем энергия, ответвляющаяся в секцию 2 антенного переключателя, будет отставать по фазе на 90˚ относительно энергии секции 1.
Приведенный на рис. 2.42 ферритовый антенный переключатель работает следующим образом.
СВЧ колебания, (рис.2.42.а) генерируемые магнетроном, поступают по верхней секции 1 на щелевой мост ЩМ-1. Здесь половина энергии ответвляется в нижнюю секцию (волна 2), а другая половина продолжает движение по верхней секции (волна 1). При прохождении через щелевой мост волна 2 получает сдвиг фаз на 90°. Далее волна 2 при прохождении через феррит Ф2 получает дополнительный сдвиг на 90°, в то время как волна 1 при прохождении через феррит Ф1 дополнительного сдвига по фазе не получает. При прохождении фазосдвигающей секции ФСС волна 2 проходит путь на 0,25 λ больший, чем первая, вследствие чего эта волна получает еще дополнительный сдвиг по фазе на 90°.
К щелевому мосту ЩМ-2 волны придут со сдвигом по фазе на 270°. Здесь энергия обеих волн делится пополам и фазы их сдвигаются на 90°. В результате к антенне обе волны приходят в фазе, а к поглотителю — в противофазе. Таким образом, поле у поглотителя будет отсутствовать и вся энергия от передатчика передается к антенне.
При наличии на внутренних стенках волновода различных шероховатостей, а также при несогласовании антенны с волноводом энергия магнетрона частично отражается в обратном направлении и может поступить на вход приемника. В этом случае газовый разрядник ГР пробивается, закорачивая вход приемника. При закороченном разряднике энергия отражается обратно и после прохождения щелевых мостов и ферритов в антенну не поступает, а полностью поглощается керамическим поглотителем КП.
Работа антенного переключателя на прием показана на рис. 2.42,б.
.Принятая антенной энергия в мосте ЩМ-2 делится на 2 волны; волна 2 получает сдвиг фазы на 90°. После прохождения фазосдвигающей секции сдвиг фаз между волнами возрастает до 180°. За ферритами сдвиг фазы между волнами уменьшается до 90°, так как при движении справа налево фаза волны 2 дополнительного сдвига не получает, а фаза волны / получает сдвиг на 90°. После моста ЩМ-1 в канал приемника волны приходят в фазе, а в канал передатчика в противофазе. Таким образом, поле в канале магнетрона отсутствует и принятая антенной энергия целиком передается в тракт приемника.
Развязка приемника от передатчика на время работы магнетрона осуществляется газовым разрядником. Колебания магнетрона нарастают не мгновенно. Газовый разрядник вспыхивает уже в начале процесса нарастания колебаний магнетрона и закорачивает вход приемного тракта, исключая проникновение более мощных колебаний. Кроме того, значительная развязка обеспечивается первым щелевым мостом ЩМ-1.
В современных РЛС наиболее применяемым является антенный переключатель на
К антенне
к приемнику
Рис. 2.43. Схема и принцип действия ферритового циркулятора
Рис. 2.44. Ферритовый циркулятор:
а) V- образной формы, б) T- образной формы
основе V- образного ферритового циркулятора. Ферритовый циркулятор, рис.2.43, 2.44. представляет собой волноводный или коаксиальный тройник, внутри которого помещен ферритовый вкладыш Ф1, находящийся в постоянном магнитном поле. Так же, как и в рассмотренном выше переключателе, феррит под действием постоянного магнита пропускает СВЧ энергию в одном направлении и не пропускает в другом. Отличие циркулятора от ферритового переключателя заключается в его принципе действия.
Ферритовые циркуляторы в своем принципе действия используют явление гиромагнитного резонанса. Под действием постоянного магнитного поля электроны феррита закручиваются вокруг своих осей, направленных вдоль магнитных силовых линий. Угловая частота вращения электронов ωо пропорциональна напряженности магнитного поля. Если к ферриту подвести электромагнитные колебания, у которых вектор Н напряженности магнитного поля вращается с такой же частотой и в том же направлении, то феррит будет интенсивно поглощать энергию высокочастотного поля, и поле будет ослабляться. Если же частота подводимых колебаний существенно отличается от частоты ωо или вращение вектора Н происходит в противоположном направлении, то высокочастотное поле не ослабляется и колебания проходят беспрепятствен. Из рисунка видно, что вектор поля Н волновода 1 направлен навстречу вращения электронов феррита, и поэтому СВЧ колебания от передатчика проходят в волновод 11 без затухания. По другую сторону феррита (волновод 111) электроны и вектор поля Н волновода 1 совпадают в направлении, поэтому СВЧ колебания от передатчика поглощаются.
Если СВЧ колебания (эхосигнал) поступают в волновод 11, то поглощение этих колебаний будет в направлении волновода 1, а в направлении волновода 111 они свободно проходят к приемнику РЛС.
Таким образом, сигнал поступающий в волновод 1, выходит из волновода 11, а сигнал поступающий в волновод 11, выходит из волновода 111.
Основное достоинство таких антенных переключателей – их компактность.
Антенны РЛС.
В связи со спецификой работы судовых навигационных радиолокационных станций к антеннам этого типа РЛС предъявляются следующие требования:
- возможность обзора (сканирования) пространства по азимуту в пределах 360°;
- обеспечение заданной формы диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
- широкая полоса пропускания частот;
- минимальная интенсивность боковых лепестков;
- достаточная механическая прочность и жесткость в сочетании с минимальной массой, размерами и парусностью.
Круговой обзор по азимуту необходим для непрерывного наблюдения за окружающей судно обстановкой в радиусе действия РЛС. Острая направленность антенны дает возможность определения направления на обнаруженный объект, увеличивает разрешающую способность РЛС по азимуту, повышает точность измерения направлений.
Направленность антенны обеспечивает также пространственную селекцию полезного сигнала в результате преимущественного приема с направления на данный объект и ослабления мешающего действия сигналов и помех, поступающих на вход антенны с других направлений.
Хотя РЛС работает на фиксированной несущей частоте, импульсный характер излучаемых и принимаемых сигналов, а также некоторое изменение частоты передатчика при работе станции требуют, чтобы антенна обеспечивала определенную полосу пропускания.
Ширина этой полосы в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн должна находиться в пределах 40…50 МГц.
Наличие боковых и заднего лепестков вызывает бесполезный расход энергии передатчика, увеличивает уровень помех на входе приемника и создает предпосылки для возникновения ошибок при определении направления на объекты. В связи с этим уровень боковых лепестков должен быть максимально подавлен (примерно в 1000 раз по отношению к основному лепестку).
Основными параметрами антенн навигационных РЛС являются: диаграмма направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, коэффициент направленного действия, входное сопротивление, сопротивление излучения, коэффициент полезного действия, частотная характеристика, вид поляризации и уровень подавления боковых лепестков.
Пожалуй, наибольшее количество антенн различного типа и их разновидностей применяется в СВЧ диапазоне. Среди них можно ( условно) выделить такие, как рупорные, параболические, щелевые, линзовые, диэлектрические, антенны поверхностных волн, фазированные антенные решетки(ФАР).
Однако, в судовых РЛС в основном нашли применение щелевые антенны и их разновидности: рупорно-щелевые и щелевые антенны с диэлектрическими формирователями диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Это обусловлено тем, что щелевые антенны при сравнительно небольших габаритах обеспечивают узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости.
Щелевая антенна, рис.2.44 и 2.45, представляет собой волновод, в стенке которого (обычно узкой) прорезаны щели 1на равном расстоянии друг от друга. Щели отделены друг от друга металлическими переборками-фильтрами2, которые уменьшают взаимное влияние
щелей, что позволяет уменьшить боковые лепестки диаграммы направленности. Волновод со
Рис.2.44.Конструкция щелевой антенны
Рис. 2.45. Общий вид щелевой антенны.
радиопрозрачной герметичной пластиной 4. В конце щелевого волновода установлен керамический поглотитель 5, который поглощает без отражения всю попадающую в него СВЧ энергию. Вращающийся волноводный переход 6, конструкция которого приведена на рис.2.41. Вращающаяся волноводная секция 7 соединяется непосредственно со щелевой антенной с помощью дроссельно-фланцевого соединения.
Принцип действия щелевой антенны заключается в следующем. Если на неограниченной проводящей плоскости прорезать узкую щель длиной, равной половине длины волны λ/2 и к ее середине подвести питание от генератора соответствующей частоты, то щель будет излучать электромагнитную энергию аналогично полуволновому симметричному вибратору, см. рис. 2.46,а..
Рис.
2.46.Щелевой излучатель
На основании свойства взаимности антенн передающая щелевая антенна является одновременно и приемной антенной. В реальных условиях щель вырезается на стенке волновода. Питание щели осуществляется поверхностным током, текущим по внутренним стенкам волновода. Излучение энергии происходит только в одну сторону, так как противоположная стенка волновода выреза не имеет. Поскольку щель эквивалентна полуволновому вибратору, то она также обладает направленным излучением. В плоскости, перпендикулярной оси щели, диаграмма направленности имеет вид, близкий к полусфере, так как в сторону, противоположную щели, вырезанной на стенке волновода, энергия не излучается. Длина щели выбирается практически несколько меньше λ/2 так же, как и укорочение полуволнового симметричного вибратора.
Ширина диаграммы направленности щели (в градусах) по точкам половинной мощности равна
γ = 50,4 λ/l (1.19)
где: I — длина щели.
Одна щель создает очень широкую диаграмму направленности, поэтому для получения узкой диаграммы в волноводе прорезается большое количество щелей. Чтобы обеспечить синфазность излучения щелей они должны располагаться друг от друга на расстоянии равном λв/2 и с наклоном относительно оси волновода 70˚.При таком наклоне щелей антенна излучает горизонтально поляризованную волну. Расположение щелей является определяющим фактором в формировании диаграммы направленности. В главном направлении (перпендикуляр к середине волновода) электромагнитные колебания каждой щели в этом случае совпадают по фазе, а следовательно, суммируются. Уменьшение наклона щелей к краям антенны позволяет уменьшить уровень боковых лепестков.
Общая ширина диаграммы направленности многощелевой антенны в горизонтальной плоскости (в градусах) зависит от количества прорезанных щелей- вибраторов и определяется по формуле
γ= 101/N (1.20)
где: N — количество щелей.
Как известно из курса «Радиотехника и электроника», режим бегущей волны в длинной линии образуется, когда к линии подключена нагрузка, сопротивление которой равно волновому сопротивлению длинной линии. В случае неравенства этих сопротивлений должны применяться специальные согласующие устройства. В любом другом варианте возникает отраженная волна. В нашем случае соотношение между излучаемой СВЧ энергией и отражаемой обратно определяется согласованностью волнового сопротивления щелевого волновода с волновым сопротивлением свободного пространства.
Волновое сопротивление волновода прямоугольного сечения
ρв = 1 20πλв/λ= 120π / √1 - (λ/2α)2, (1.21)
где : λв - длина волны в волноводе.
Волновое сопротивление свободного пространства
ρс=120π.
Условием согласования является равенство ρв =ρс
Из приведенных выражений видно, что условие согласования требует приближения значения (λ/2а)2 к нулю.
Следовательно, согласование волновода и свободного пространства при заданной длине волны λ можно выполнить путем увеличения широкой стенки волновода α, т. е. необходимо создать на конце волновода расширение, образующее так называемую рупорную антенну
Ширина диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости, равная 15…25˚, обеспечивается исключительно за счет рупорного расширителя. Таким образом, рупорная часть антенны выполняет две функции: согласование выходного сопротивления щелевых излучателей волновода с волновым сопротивлением свободного пространства и формирование диаграммы направленности в вертикальной плоскости, для обеспечения достоверного обнаружения целей при качке судна.
Щелевая антенна с диэлектрическим формирователем диаграммы направленности в вертикальной плоскости. В этой антенне волновод со щелями заливается специальным прозрачным для радиоволн диэлектриком, коэффициент преломления которого отличен от коэффициента преломления окружающей среды. Вертикальное сечение диэлектрика имеет определенную форму, которая и обеспечивает необходимую диаграмму направленности.
Антенный блок.
В антенном блоке помимо его основной составляющей - антенны с вращающимся переходом размещены устройства, обеспечивающие вращение антенны и контроль её состояния. Вращение антенны обеспечивается от электродвигателя через низкооборотный редуктор. Питание на электродвигатель подается автоматически через реле в ИКО одновременно с включением станции в режим «Работа». При необходимости предусмотрена возможность выключения вращения антенны выключателем (Safety Switch), установленном непосредственно в антенном блоке. В нормальном режиме работы РЛС этот выключатель должен находиться в замкнутом состоянии.
Для просушки всех узлов и элементов, размещенных в антенном блоке, а также подогрева редуктора при низких наружных температурах воздуха предусмотрен подогреватель, включаемый по мере необходимости из ИКО или автоматически через термостат при снижении температуры внутри блока ниже предусмотренной техническими условиями.
Во многих РЛС для контроля работы приемо-передающего тракта, включая антенну, предусматривается специальный прибор, называемый эхо-камерой, состоящий из объемного резонатора и дополнительной контрольной антенны, закрепляемой на антенном блоке на кормовых курсовых углах. Во время излучения зондирующего импульса в объемном резонаторе накапливается энергия. После окончания зондирующего импульса, под действием запасенной энергии, в эхо-камере возникают собственные колебания с экспоненциально уменьшающейся амплитудой. Эти колебания передаются на вход приемника, и на экране индикатора появляется отметка, как правило, в виде дуги протяженностью примерно 120˚ и расположенной на курсовом угле 180˚.
. Радиус засветки (дальность звучания эхо-камеры) определяется мощностью передатчика, чувствительностью приемника, согласованностью антенно-волноводного тракта, а также зависит от расстояния между антенной РЛС и эхо-камерой и от добротности самой эхо-камеры. Последнее обстоятельство обусловлено затуханием колебаний в ней по экспоненциальному закону. Естественно, этот прибор включается только в случае необходимости проверки работоспособности станции. Варианты прибора контроля общей работоспособности РЛС могут быть и другими.
В антенном блоке также размещаются вращающиеся трансформаторы, связанные механически с редуктором, или другие типы угловых датчиков для передачи курсового угла антенны в индикатор и контакты отметки курса собственного судна
В РЛС, где приемопередатчик совмещается в одном корпусе с антенным блоком, модуль приемопередатчика устанавливается в специальном отсеке, обеспечивающем удобный демонтаж модуля при выполнении, например, электромонтажа как антенного блока, так и самого модуля.