Судовая навигационная радиолокационная станция, страница 3

Методы измерения координат выбраны, произведены оценки ошибок и необходимых параметров зондирующих сигналов. Выберем теперь антенну.

5 Выбор типа АФУ и расчет основных параметров

Антенно-фидерное устройство РЛС должно иметь наиболее простую надежную конструкцию, которая обеспечивала бы необходимые характеристики. В современных РЛС применяются довольно много различных видов антенн, каждая из которых специально подбиралась и рассчитывалась для решения определенного круга задач.

Рассчитаем необходимые параметры антенны для проектируемой радиолокационной станции.

Так как была уже выбрана оптимальная длина волны, зная необходимую ширину диаграммы направленности по азимуту, можно рассчитать горизонтальный размер антенны:

Прежде чем определить вертикальный размер антенны, вычислим минимально-необходимую ширину диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости (по углу места):

Рисунок 2 – Ширина ДН по углу места

Тогда максимальный размер антенны в вертикальной плоскости составляет:

Найдем отношение длин сторон, чтобы можно было определить тип антенны, необходимый для проектируемой РЛС:

У зеркальных антенн обычно отношение длин сторон не превышает один к четырем, чего не скажешь о щелевых антеннах и антенных решетках. В щелевых антеннах наблюдается отклонение главного лепестка диаграммы направленности от нормали к антенне и у нее конструкция сложнее чем у антенной решетки (необходимо производить расчет волноводов, их геометрических размеров, изгибов, потерь энергии, связанных с изгибами и так далее), что увеличивает ее стоимость и сложность ремонта. В отношении антенных решеток можно сказать, что электронное сканирование лучом пространства нам не требуется, поэтому ФАР нам не нужна. Но у антенных решеток наиболее простая конструкция, их легче ремонтировать и настраивать. Поэтому применим комбинацию этих двух антенн: щелевую линейную антенную решетку.

В современных РЛС используются линейные антенные фазированные решетки. Энергия подается с одного конца волновода и излучается через ряд резонансных щелей, прорезанных в стенке волновода. Наклонные щели в узкой стенке излучают энергию с горизонтальной поляризацией, а щели в широкой стенке, расположенные параллельно оси волновода, но смещенные относительно нее – с вертикальной поляризацией. Расстояние между щелями составляет половину длины волны в волноводе, и связь с ними осуществляется в точках чередования фаз для получения равнофазного поля в плоскости апертуры с лучом, направленным под небольшим углом (порядка нескольких градусов) к нормали волновода. В вертикальной плоскости луч формируется с помощью рупора, расположенного вдоль всей длины волновода.

В простой щелевой антенной решетке нельзя избежать фиксированного отклонения луча от нормали. Если для создания набега фазы вдоль длины решетки длина каждой щели выбрана точно равной половине длины волны в волноводе, то рассогласования щелей суммируются по фазе, в результате резко ухудшается согласование антенны с источником СВЧ колебаний. Отклонение луча от нормали должно быть учтено в процессе юстировки системы по азимуту соответствующим согласованием направлений линии развертки на индикаторе и антенны.

Рассчитаем для такой антенны необходимый нам для дальнейших расчетов коэффициент направленного действия антенны (КНВ):

Для разрабатываемой РЛС можно применить щелевую антенную решетку фирмы Kelvin Hughes длиной 2,3 м. Щелевой волновод расположен в горловине рупора, состоящей из верхней и нижней параллельных пластин. Расстояние между пластинами и центрирование волновода относительно них регулируется с помощью равномерно распределенных вертикальных стоек, по одной через каждую пару щелей. Эти металлические стойки выполняют еще одну важную функцию. Так как щели слегка наклонены относительно вертикали, они излучают в основном горизонтально поляризованную составляющую, однако небольшая вертикально поляризованная составляющая также излучается. Расстояния между стойками выбраны так, что они образуют перед каждой щелью короткий волновод, критическая частота которого выше частоты вертикально поляризованной волны, вследствие чего она в значительной мере подавляется. Это очень важно для получения низкого уровня боковых лепестков в линейной антенной решетке. Описываемая антенна имеет следующие параметры: