www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Антена з косекансквадратною діаграмою направленості

косекансквадратна діаграма
на практиці
ЧАРП
ідеалізована

Рисунок 1. Вертикальний переріз діаграми випромінювання антени з косекансквадратною характеристикою направленості

косекансквадратна діаграма
на практиці
ЧАРП
ідеалізована

Рисунок 1. Вертикальний переріз діаграми випромінювання антени з косекансквадратною характеристикою направленості

Зміст « CSC²- Антена »
  1. Змінення форми параболічного рефлектора
  2. Складний промінь косекансквадратної діаграми направленості
  3. Термін «косекансквадратний»

Антена з косекансквадратною діаграмою направленості

Антени с діаграмою направленості, кпостійною по висоті, або з косекансквадратною діаграмою направленості спеціально розроблені для радіолокаторів огляду повітряного простору. Антени такого типу формують спеціальний розподіл випромінення в промені та забезпечують, тим самим, кращі умови сканування простору. Діаграма направленості такої антени дає змогу отримати бажану форму покриття по куту місця, при якому потужність, яка приймається, не залежить від дальності цілі при постійній висоті цілі. Цим досягається більша рівномірність рівня сигналу на вході приймача під час руху цілі на постійній висоті в межах променю.

Існує кілька варіантів практичного отримання косекансквадратної діаграми направленості антени:

а)
б)

Рисунок 2. Змінення кривизни поверхні ідеальної параболічної форми
а) «верхня губа»
б) «нижня губа»

Форми відбивача, що відрізняються від параболоїда обертання
а)
б)

Рисунок 2. Змінення кривизни поверхні ідеальної параболічної форми
а) «верхня губа»
б) «нижня губа»

Змінення форми параболічного рефлектора

На практиці косекансквадратна форма діаграми направленості може досягатися деформуванням параболічного рефлектора. Опромінювач знаходиться в фокусі параболічного рефлектора та утворює відносно різко сфокусовану пелюстку, оскільки, в ідеалі, в цьому випадку формується пучок паралельних променів. Для отримання косекансквадратної діаграми направленості частину випромінюваної енергії потрібно відхилити від осі опромінювача і спрямувати вздовж повернутих променів. Одним з способів є зменшення кривизни поверхні дзеркала у верхній частині (Рисунок 2а). Це призведе до того, що частина енергії, яка падає на дзеркало, буде відбиватися від нього дещо вище основного пучка променів. Іншим можливим варіантом вирішення такого завдання буде збільшення кривизни поверхні дзеркала в нижній частині (Рисунок 2б).

Інтенсивність випромінення опромінювача на краях рефлектора менша, ніж в його центрі. Тому в повернутих променях щільність потужності випромінювання менша, через що обмежується дальність дії радіолокатора на великих кутах місця.

Ідеальна косекансквадратна діаграма направленості, як показано на Рисунку 1, має форму, близьку до прямокутника із заокругленими вершинами. В дійсності, діаграма направленості формується в результаті суперпозиції низки бокових пелюсток, в основному, в області великих кутів місця. Обвідна цих пелюсток має форму, близьку до параболічної. Це дає додатковий приріст коефіцієнту підсилювання антени в ближній зоні, потрібний для забезпечення постійної інтенсивності сигналу відлуння після часового автоматичного регулювання підсилення.

Рисунок 3. Косекансквадратна діаграма направленості, отримана зміненням форми рефлектора, який початково мав параболічну форму

Косекансно-квадратна діаграма направленості, що досягається зміщенням поверхні відбивача від початкової параболічної форми 
(Натисніть для збільшення: 600·300 пiксель = 70 кiлобайт)

Рисунок 3. Косекансквадратна діаграма направленості, отримана зміненням форми рефлектора, який початково мав параболічну форму

Складний промінь косекансквадратної діаграми направленості

Рисунок 4. Складний промінь косекансквадратної діаграми направленості

Рисунок 4. Складний промінь косекансквадратної діаграми направленості

Рисунок 5: Использование двенадцати рупорных облучателей в антенне радиолокатора ASR-910 дает возможность получить косекансквадратную диаграмму в виде составного луча.

Die zwölf einzelnen Hornstrahler der Antenne der ASR 910

Рисунок 5. Використання дванадцяти рупорних опромінювачів в антені радіолокатора ASR-910 дає можливість отримати косекансквадратну діаграму направленості у вигляді складного променю.

Косекансквадратна форма діаграми направленості може досягатися шляхом використання двох або більше опромінювачів. Кожен опромінювач формує діаграму направленості у відповідному напрямку. Якщо розподілити потужність, яка поступає на опромінювачі, нерівномірно, то можливо добитися наближення форми результуючої діаграми направленості до косекансквадратної.

При використанні кількох приймальних каналів можливо виконати розділення з висоти, оскільки в такому випадку можливо визначити в якому промені поступив сигнал відлуння цілі.

Антени з косекансквадратною діаграмою направленості не обмежуються тільки параболічними дзеркальними антенами. Такої форми діаграми направленості можливо добитися і на антенах інших типів. Так, при використанні решітки, яка складається з антен типу «хвильовий канал» (антена Ягі) потрібна форма діаграми направленості досягається за рахунок інтерференції прямої хвилі, відбитої ціллю, і хвилі, відбитої від частини земної поверхні поблизу антени (перша зона Френеля).

Термін «косекансквадратний»

Термін «косеканс» звучить дуже схоже на математичну тригонометричну функцію. Це вірно! Косеканс являє собою функцію, оберну до функції синусу. Однак яке відношення має цей термін до нашої антени?

Висота цілі H та її дальність R визначають кут місця цілі ε
Ми пам’ятаємо, що написано тут у вступі:

За рахунок використання антени з косекансквадратною діаграмою направленості «досягається більша рівномірність рівня сигналу на вході приймача під час руху цілі на постійній висоті в межах променю». За счет использования антенны с косекансквадратной диаграммой направленности «достигается большая равномерность уровня сигнала на входе приемника при движении цели на постоянной высоте в пределах луча».

Якщо ми напишемо формулу для дальності цілі та перетворимо її, то з’являється множник у вигляді квадрату косекансу кута місця цілі, більше того…

Що ще було із «…рівномірністю інтенсивності сигналу…»?

Ми можемо отримати цю залежність з рівняння радіолокації:
Якщо сигнал відлуння має рівномірну інтенсивність на вході приймача, то в такому випадку четверта степінь дальності дії пропорційна квадрату коефіцієнту підсилювання антени.

Ми можем понизити степені, в яких в отримане рівняння входять дальність дії і коефіцієнт підсилювання антени, арифметично поділивши кожну з них на два.

Замінимо дальність дії виразом, отриманим вище, який містить косеканс кута місця цілі. Відповідно до зробленого раніше припущення, висота польоту цілі є постійною. Це означає, що при дослідженні кутової залежності коефіцієнту підсилювання антени висоту також можливо не враховувати.

Таким чином, ми отримали математичний опис косекансквадратної діаграми направленості антени!