2. Антенно-волноводная система

2.1. Назначение и состав антенно-волноводной системы

Антенно-волноводная система (АВС) предназначена для передачи, излучения, приема высокочастотных колебаний и формирования пеленгационной характеристики, для приема и канализации СВЧ - сигналов непрерывной шумовой помехи, принятых по боковым лепесткам.

В состав АВС входят следующие основные блоки и узлы (см. рис 2.1):

— волноводная сборка (блок PC-12);

— ответвитель (узел РС-12В-6);

— ферритовый циркулятор (узел РС-12В-1);

— волноводный переключатель АНТЕННА-НАГРУЗКА (узел РС-12В-4);

— вращающиеся переходы (узлы PC-1l-l, 2РС-11-2, PC-11-3, PC-11-4);

— антенна с волноводами (блок PC-16);

— переключатель ПРИЕМ - ПЕРЕДАЧА (узел РС-12В-1);

— облучатель (блок PC-14);

— волноводный переключатель ПОИСК - ПЕЛЕНГ (узел РС-14-1);

— вращающееся сочленение (узел РС-14-2);

— растровая головка (PC-14-3);

— контррефлектор (узел PC-16-1);

— рефлектор (узел РС-16-2);

— модулятор (узел PC-13-4);

— волновод с ферритовой пластиной (узел PC-13-5);

— сумматор (узел 2РС-13-2);

— волноводный переключатель РАБОТА - КОНТРОЛЬ (узел РС-13-7);

— вращающиеся переходы 2 (узлы 3РС-11-5, PC-11-6);

— антенна автокомпенсатора (блок PC-15);

— вращающиеся переходы 3 (узлы PС-11-8, РС-11-3);

— рупорная антенна (узел PC-15-4);

— блок компенсатора (блок PC-17);

— ферритовый циркулятор (узел РС-13-8);

— три аттенюатора (узел PС-12A-3);

— два двойных тройника (узел PC-13-11).

2.2. Функциональная схема и принцип действия антенно-волноводной системы

Антенно-волноводная система обеспечивает:

— формирование игольчатой диаграммы направленности с шириной

по уровню половинной мощности около 2;

— качание в горизонтальной плоскости диаграммы направленности в секторе 15° с частотой 10 Гц по пилообразному закону (режим "Поиск");

— создание режима конического сканирования луча при работе АВС на прием с частотой сканирования 60 Гц (режим "Пеленг").

Функциональная схема АВС изделия 1РЛ239 приведена на рис 2.1.

Импульсы СВЧ энергии, сформированные в передающей системе, по волноводам поступают на ответвитель блока PC-12.

Основная часть СВЧ - энергии через развязывающий циркулятор поступает на измеритель мощности (блок PC-95), проходит через переключатель АНТЕННА-НАГРУЗКА и через вращающийся переход 1 поступает на переключатель ПРИЕМ-ПЕРЕДАЧА и далее - на переключатель ПОИСК-ПЕЛЕНГ. Небольшая часть СВЧ - энергии поступает на волномер (узлы PC-97-1, РС-97-2, PC-97-3).

В режиме "Поиск" переключатель ПОИСК-ПЕЛЕНГ (узел PC-14-1) находится в положении "Поиск" и импульсы СВЧ - энергии через переключатель, узлы PС-14-2, РС-14-3 приходят на контррефлектор (узел РС-16-1), отражаясь от которого, попадают на рефлектор (узел РС-16-2) и излучаются им в пространство. Вращающееся сочленение вместе с растровым облучателем является составной частью устройства сканирования луча.

Растровый облучатель - набор волноводов с общей стенкой одинаковой электрической длины, одни концы которых сведены в окружность, другие расположены по фокальной кривой антенны.

Рупор вращающегося сочленения перемещается вдоль концов волноводов растрового облучателя, сведенных в окружность, в результате чего происходит сканирование диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Благодаря сканированию луча в горизонтальной плоскости осуществляется обзор местности и поиск цели в секторе 15°.

В режиме "Пеленг" переключатель ПОИСК-ПЕЛЕНГ находится в положении ПЕЛЕНГ, и импульсы СВЧ энергии через переключатель, двойной тройник, моноимпульсный облучатель поступают на контррефлектор, отражаясь от которого, попадают на рефлектор и излучаются им в пространство в виде неподвижной игольчатой диаграммы направленности с шириной 2 по уровню половинной мощности.

При прохождении СВЧ - импульса через переключатель ПРИЕМ-ПЕРЕДАЧА разрядник (прибор РР-173) приемного канала зажигается и исключает возможность попадания мощного импульса СВЧ энергии на вход блока 2PС-31.

Отраженный от цели сигнал отражается от рефлектора, попадает на контррефлектор и идет далее в режиме "Поиск" на растровый облучатель, вращающееся сочленение.

В отличие от однозеркальной сферической антенны, у которой используется только та часть поверхности, которая мало отличается от параболической, здесь этого ограничения нет, так как фазовые искажения могут быть скомпенсированы подбором формы вспомогательного зеркала. Основное зеркало можно сделать размером в полусферу. Однако использовать ее целиком нельзя.

Сферические зеркала предназначаются для качания луча в широком секторе. Если использовать раскрыв всей полусферы, то зеркало пришлось бы делать больше нее, чего допустить нельзя, так как раскрыв будет экранироваться периферийными частями сферической поверхности. Обычно в формировании ДН участвует часть зеркала, определяемая соотношением , где _- радиус раскрыва, а R₀ - радиус кривизны основного зеркала. Максимальный сектор сканирования такой антенны составляет 90°. Недостатками двухзеркальных сферических антенн являются значительные размеры по глубине, малый коэффициент использования площади, реакция малого зеркала на облучатель, затенение раскрыва основного зеркала малым. Если антенна с линейной поляризацией, то реакцию малого зеркала можно устранить путем поворота поляризации отраженной от зеркала волны на 90°. В этом случае к зеркалу прикрепляют систему плоских пластин высотой /4, причем ориентируют плоскости пластин под углом 45° к направлению вектора Е падающего поля (рис 2.2). На рис. 2.2. для простоты показано плоское зеркало. Расстояние между пластинами а должно быть /2 обычно оно бывает /6... /12. Принцип работы такого устройства может быть объяснен следующим образом. Разложим вектор на составляющие - параллельную плоскости пластин и - перпендикулярную плоскости пластин (рис. 2.3, а). Составляющая отражается от кромок пластин, а составляющая - от зеркала. Это создает дополнительный фазовый сдвиг в 180°, т.е. имеет противоположное направление (рис. 2.3, б). В результате, окажется повернутой на 90° по отношению к . Поскольку облучатель имеет линейную поляризацию, то он не принимает отраженную волну, поляризация которой повернута на 90°.

Рис. 2.2

В рассматриваемой АВС вспомогательное зеркало двухзеркальной сферической антенны соразмерно с основным, поэтому наиболее существенным недостатком является эффект его затенения. Принцип устранения этого негативного фактора поясняется с помощью рис 2.4, который также как и рис. 2.3. для простоты не учитывает изменение фазы волны, отраженной от проводящей поверхности, на 180⁰.

а) б)

Рис. 2.3.

a) б) в)

Рис. 2.4. Принцип устранения эффекта затенения основного зеркала вспомогательным:

1 - основное зеркало; 2 - решетчатое вспомогательное зеркало; 3 - облучатель; 4 – решетка основного зеркала.

Как и в случае устранения реакции зеркала на облучатель, здесь используется поворот плоскости поляризации волны облучателя на 90°. С этой целью вспомогательное зеркало изготавливают в виде решетки из тонких, параллельных, металлических проволочных отрезков, расстояние между которыми меньше критического а</2 (рис. 2.4, в), поэтому падающая на него горизонтальнополяризованная волна полностью отражается и попадает на основное зеркало. На освещаемую поверхность основного зеркала на расстоянии /4 от него накладывается аналогичная предыдущей проволочная решетка, ориентированная под углом 45° к проволокам вспомогательного зеркала (рис. 2.4, а). Вектор напряженности электрического поля падающей на рефлектор волны можно разложить на параллельную и перпендикулярную проволокам составляющие, которые соответственно отражаются от решетки и поверхности зеркала. Таким образом, разность фаз между перпендикулярными составляющими падающей и отраженной волны равна 180°, а результирующая отраженная волна изменяет плоскость поляризации на 90° (рис. 2.4, а) и свободно излучается сквозь контррефлектор в пространство, тем самым минимизируя затеняющий эффект вспомогательного зеркала.

Затем сигнал приходит на переключатель ПОИСК-ПЕЛЕНГ, находящийся в положении "Поиск", на переключатель ПРИЕМ-ПЕРЕДАЧА и через сумматор поступает на прибор РР-173. Прибор РР-173 после прохождения импульса СВЧ - передатчика находится в незажженном состоянии и пропускает сигнал от цели без потерь. Через переключатель РАБОТА-КОНТРОЛЬ, находящийся в положении РАБОТА, и далее по волноводу сигнал от цели поступает в приемную систему.

В режиме “Пеленг” сигнал, отраженный от цели, отражаясь от рефлектора, попадает на контррефлектор и поступает на моноимпульсный облучатель. Моноимпульсный облучатель имеет два выхода. С одного выхода сигнал, содержащий информацию об угле места (угломестный сигнал ошибки), идет на модулятор (узел PC-13-4), с другого выхода сигнал поступает на двойной тройник (узел PC-14-1). В двойном тройнике вырабатывается сигнал, содержащий информацию об азимуте цели (азимутальный сигнал ошибки), и суммарный сигнал. На рис. 2.5 показан рупорный облучатель, состоящий из одного общего раскрыва 1, разделенного горизонтальной металлической перегородкой на две секции, и узла возбуждения 2.

Рис 2.5.

Суммарная ДН формируется здесь же за счет синфазного возбуждения верхней и нижней секций волнами Н₁₀. (рис 2.6)

Разностная ДН в магнитной плоскости формируется за счет возбуждения в верхних и нижних секциях синфазных волн Н₂₀ (рис.2.7, а). Размеры рупора допускают возникновение и распространение этого типа колебаний. Разностная ДН в электрической плоскости формируется за счет возбуждения противофазных волн Н₁₀ в верхней и нижней секциях рупора (рис. 2.7, б).

Рис. 2.6

а) б)

Рис. 2.7

Азимутальный сигнал ошибки идет на модулятор, а суммарный сигнал с двойного тройника через переключатель ПОИСК-ПЕЛЕНГ, находящийся в положении ПЕЛЕНГ, поступает на переключатель ПРИЕМ-ПЕРЕДАЧА.

На выходе модулятора напряжения сигналов ошибок изменяются пропорционально синусу и косинусу угла поворота ротора модулятора. Модулятор работает таким образом, что сигналы ошибок, соответствующие любым двум положениям ротора, отличающимся по углу поворота на 180°, на выходе модулятора оказываются в противофазе.

С переключателя ПРИЕМ-ПЕРЕДАЧА сигнал поступает на сумматор узла 2РС-13-2, на который приходит также сигнал с модулятора через узел PC-13-5. В сумматоре сигнал ошибки складывается с суммарным сигналом в фазе или противофазе, вследствие чего максимум результирующей диаграммы на входе приемника смещается с оси антенны, образуя равносигнальную зону в горизонтальной и вертикальной, а также во всех промежуточных плоскостях. Таким образом, при вращении ротора происходит коническое сканирование ДН в режиме приема.

Сумма этих сигналов через переключатель узла PC-13-2 поступает на разрядник РР-173 и далее через узел PС-13-7 идет на приемную систему. При необходимости работы РЛС без излучения СВЧ энергии в пространство переключатель АНТЕННА-НАГРУЗКА устанавливается в положение нагрузка. В этом случае СВЧ - импульсы с измерителя мощности (блок PC-95) поступают через переключатель АНТЕННА-НАГРУЗА в нагрузку, где и поглощаются.

В режиме «Контроль» сигнал шума с узла РС-96-2 поступает на переключатель РАБОТА-КОНТРОЛЬ, находящийся в положении контроль и затем в приемную систему. Рупорная антенна блока PC-15 служит для приема сигналов помехи, которые через вращающиеся переходы, разрядник РР-173 блока PC-17 подаются на приемную систему дополнительного канала и подавляются в ней. Блок PC-17 предназначен для разведения сигнала гетеродина к передающей и приемной системам.