6.2 Антени радіонавігаційного устаткування
Антени радіокомпасів
Рамкові антени АРК.
Облаштування рамкової антени, що обертається, радиокомаса АРК-9 (рис. 6.10). Вона складається з трьох феритових стрижнів, на яких укладені обмотки, сполучені між собою паралельно. Виводи кінців і середньої точки підключені до кільцевих токознімачів, через які в кінці підключаються до двох коаксіальних фідерів, що сполучають рамку з входом керуючого сигналу. Середня точка заземляється, забезпечуючи симметрирування ланцюга рамкової антени, яке сприяє усуненню антенного ефекту. Останній виражається в наявності ЕРС на рамковому вході, коли рамка знаходиться в положенні нульового прийому. ЕРС антенного ефекту обумовлена несиметричною плечей рамки і рамкового вхідного ланцюга. Вона спотворює ДС рамки, що призводить до зменшення точності виміру КПРЕЙ (курсового кута).
Рис. 6.10 Блок рамкової антени радіокомпаса АРК-9
На рисунку 6.11 показаний зовнішній вигляд блоку нерухомих рамкових антен радіокомпаса АРК-15. На феритовому сердечнику виконані дві взаємно перпендикулярні обмотки, сполучені за допомогою фідера з нерухомими котушками гоніометра. Застосування нерухомих рамок підвищує експлуатаційну надійність АРК.
Рамкова антена встановлюється в спеціальному поглибленні фюзеляжу і закривається радіопрозорим обтічником. Цим усувається аеродинамічний опір. Можливі надфюзеляжне і підфюзеляжне розташування рамки. При зміні положення рамки, її ЕРС міняє фазу на 180о
Окрім поля радіохвилі, на рамку діє поле хвилі, відбитої від літака. За рахунок цього змінюється положення фронту результуючої хвилі і напрям нульового прийому. Це явище називається радіодевіацією. Пов'язана з нею помилка, у вимірі курсового кута має бути врахована і компенсується. Ця помилка виявляється мінімальної при установці рамки в "електричному центрі" літака, тобто в такій точці на його подовжній осі, де хвилі відбиті від різних частин літака, найбільшою мірою взаємно компенсуються.
Рис. 6.11 Рамкова антена АРК-15
Як ненапрямлена антена АРК частіше за інших використовуються шлейфові антени, що маловиступають і не виступають, а також поверхневі антени. Відстань між рамковою і ненапрямленою антенами середньохвильового АРК не має істотного значення, оскільки розміри самого літака значно менше довжини хвилі. У АРК метрових хвиль ця відстань має бути мінімальною (не більше 20 см), інакше виникнуть додаткові фазові зрушення між ЕРС рамки і ненапрямленої антени, що приведе до пониження точності АРК. Тому в таких АРК, ненапрямлена антена у вигляді металевих смуг кріпиться на обтічнику рамкової антени.
Антени радіовисотомірів
Радіовисотоміри малих висот є обов'язковим елементом РЭО літаків і вертольотів. Вони використовуються для точного виміру істинної висоти при виконанні передпосадкового маневру. У основу роботи висотоміра покладений принцип пасивної радіолокації. Знаходять застосування висотоміри ДМХ (РВ-2 і РВ-РОЗУМ), працюючі на частоті 444МГц, з частотним відхиленням ± 20 МГц і СМХ (РВ-3, РВ-4, РВ-5) - 4100МГц з відхиленням ± 100 МГц. Передавальна і приймальна антени встановлюються під фюзеляжем і забезпечують, за рахунок відзеркалення від нього, слабонаправлену ДС з максимумом, спрямованим вниз.
Дипольні антени використовуються у висотомірах ДМХ. Облаштування такої антени показане на рис. 6.12. передавальний і приймальний вібратори встановлюються або в одну лінію уздовж вісі фюзеляжу, або паралельно на площинах стабілізатора
Рис. 6.12 Рупорна антена РВ-3: а) зовнішній вигляд; б) установка антени на літаку Як-40; 1 - ВЧ гермороз’єднувач; 2 - кожух; 3 - ВЧ роз’єднувач; 4 - антена АР-4Я
Пірамідний рупор РВ-3 і його установка показані на рис. 6.12. знизу рупор закритий радіопрозорим обтічником і не має виступаючих частин.
Антени посадкових і навігаційних систем.
Така назва пов'язана з тим, що ці антени можуть використовуватися для прийому як сигналів курсового радіомаяка, так і сигналів навігаційного азимутального маяка VOR, діапазони яких співпадають.
Курсоглисадні радіомаякові системи забезпечують індикацію положення літака по відношенню до лінії планування. До складу бортового устаткування входять курсовий, глісадний і маркерний приймачі, працюючі в діапазонах частот відповідно: 108-112, 329-335 і 75 МГц. Усі маяки випромінюють горизонтально поляризовані хвилі. Тому антени усіх приймачів горизонтальні. Навігаційна система VOR дозволяє визначити азимут літака. Система ближньої навігації РСБН, окрім азимута, вимірює дальність до маяка.
Курсові антени є модифікаціями горизонтального симетричного вібратора. Вони можуть розташовуватися над і під фюзеляжем, на килі, на кромках крил і стабілізаторах, на стійках шасі, наклеюватися на внутрішні поверхні скління кабіни або обтічників антен РЛС. Антени VOR розташовуються зазвичай на килі.
Рис. 6.13 Глісадна антена типу 37Р-5
Антена, що встановлюється в носовому обтічнику літака, є петлевим несиметричним вібратором. На рис. 6.13 показана антена глісади фірми "Collins" 37Р-5, працююча з двома приймальними пристроями. Вага антени складає 0,227 кг, діапазон робочих температур -55…+700С З, вхідний опір кожного входу – 52 Ом. Діаграма спрямованості в азимутальній площині для крайніх значень частот робочого діапазону радіомаяка глісади приведена на рис. 6.14 а і рис. 6.14 б. Тут же зображені діаграми спрямованості кросс-поляризационной складової електромагнітного поля.
Рис. 6.14 ДС в азимутальній площині на частоті 335 МГц (а) і ДС в азимутальній площині на частоті 329 МГц
Рис. 6.15 Установка курсової і глісадної антен літака Ту-154:
1- курсова антена (лівий вібратор);
2 - склотканина; 3 – глісадна антена; 4 - носовий обтічник
На рисунку 6.16 показаний один напіввібратор курсової антени КПРС-МП з верхнім живленням. Два такі напіввібратори встановлюються в носовій частині літака симетрично відносно подовжній вісі фюзеляжу.
Рис. 6.16 Антена апаратури КПРС-МП: 1 - накінечник вібратора; 2 - кожух вібратора; 3 - контактний ковпачок; 4 - втулка; 5 - шайба; 6 - ВЧ кабель РК-75-4-12; 7 - ВЧ роз’єднувач; 8 - футорка; 9 - основа з фланцем; 10 – ізолятор
Антени DME
В якості антени далекомірних систем (DME) застосовуються антени ножового типу. Наприклад, антена АМ-001 літакового далекоміра СД-67.
Рис. 6.17 Антена DME
Антена АНТ-42 фірми "Collins" також є бортовою антеною далекоміра. Антена має вертикальну поляризацію. Будучи аналогом чвертьхвильового несиметричного вібратора, працює в діапазоні 960...1220МГц (рис. 6.17). КСХ антени в смузі частот 1025…1150 МГц не перевищує 1,3, а в діапазонах частот 960…1025МГц і 1150…1220МГц значення КСХ не більше 1,5. Вхідний опір антени 50 Ом. Максимальна імпульсна потужність 2,5 кВт (середня потужність - 10Вт). Вага антени 0,11кг.
Рис. 6.18 Розміщення антен DME на літаку Боїнг-737
Антени GPS
Мікросмужна антена використовується як бортова приймальня антени системи GPS. Зовнішній вигляд антенного блоку приведений на рис. 6.19, він містить: мікросмужний випромінювач, двохкаскадний підсилювач на малошумливих мікросхемах і два смугові фільтри. Блок закритий радіопрозорою кришкою - обтічником.
а) вигляд зверху
б) вигляд знизу
Рис. 6.19. Зовнішній вигляд антени GPS літака Боинг-737:
1- настановні отвори під гвинти; 2 - коаксіальний розмикач
Основні характеристики антенного блоку:
робоча частота 1575,45 МГц;
коефіцієнт посилення підсилювача 30±2 дБ;
коефіцієнт шуму підсилювача менше 1,2 дБ;
КСХ ≤ 1,5;
вхід коаксіальний з хвилевим опором 50 Ом.
Антена має наступні характеристики:
випромінювач полосковый з розмірами λВ/2 х λВ/2 на діелектричній підкладці з ε = 10;
поляризація поля права кругова з коефіцієнтом еліптичності не менше 0,7;
нерівномірність ДС в азимутних перерізах не менше 0,7;
КП антени в максимумі ДС більше 2 (3 дБ).
Рис. 6.20 Полосковая приймальна антена системи GPS
Зовнішній вигляд антени представлений на рис. 6.20, де: 1 - металева пластина квадратної форми; 2 - діелектрична підкладка; 3 - точка живлення; 4 - настановні отвори на металевому екрані.
Антени маркерних приймачів
Ці приймачі призначені для сигналів маркерних радіомаяків, що означають момент прольоту літака особливих навігаційних точок. Широке застосування знаходять внутрішньофюзеляжні антени, що є симетричним вібратором сильно укороченими за рахунок включення конденсаторів, що укорочують. Пристрій і схема такої антени показана на рис. 6.21.
Рис. 6.21 Антена МРП: а - конструкція антени; б - схема антени
Внутрішньофюзеляжна антена МРП (рис. 6.21 а) виконана у вигляді литої прямокутної ванни 1 із зовнішніми ребрами жорсткості, що має розміри 260 х 160 х 80 мм. Усередині ванни 1 розташований несиметричний вібратор 7, виконаний у вигляді тонкої латунної пластинки. Один кінець вібратора 7 приєднаний гвинтами до вузької стінки ванни 1, а інший - до ізолятора 6. До цього ж кінця випромінювача підпаяні навантаження (3 і 5) і налаштовуючі конденсатори 4. Для підключення кабелю на вузькій стінці ванни укріплений високочастотний розмикач 8. Для забезпечення герметичності ванна закривається радіопрозорою кришкою 2. Антена МРП розташована в нижній частині фюзеляжу літака і має ДС з максимумом випромінювання, орієнтованим вертикально вниз.
З рис. 16.21 б видно, що несиметричний вібратор живиться за шунтовою схемою. Внутрішній провідник коаксіального кабелю приєднаний в точці з с вібратора. Кінець вібратора в точці d сполучений з корпусом. Вхідний опір антени залежить від положення точки с на вібраторі. Підбираючи положення цієї точки, домагаються узгодження вхідного опору антени з хвилевим опором фідера.
Антени радіотехнічних систем ближньої навігації
Устаткування РСБН-С містить приймальну і передавальну антени однакової конструкції. Це двощілинні антени резонаторів. Кожна з них складається з двох, паралельно розташованих антен. Кожна антена є прямокутним об'ємним резонатором, налаштованим на середню частоту діапазону і збуджуваним від коаксіального фідера. Одна із стінок резонатора прозора для радіохвиль. Вона і є щілинним випромінювачем. Двощілинна антена забезпечує практично ненапрямлену ДС. Розташовуються антени в килі.