Краткий сравнительный анализ систем углового сопровождения, антенные системы моноимпульсных РЛС

1. В РЛС с автоматическим сопровождением по направлению главным образом применяются зеркальные параболические антенны. Линзовые антенны не нашли применения вследствие низкого к.п.д. и больших боковых лепестков ДН. Из параболических наиболее простая антенна следящего угломера с коническим сканированием, наиболее громоздкая – антенна моноимпульсного угломера с фазовой пеленгацией. Антенна моноимпульсной системы с амплитудной пеленгацией значительно меньше по габаритам, но из-за необходимости установки четырёх облучателей, которые к тому же стыкуются с волноводами, имеющими малое поперечное сечение, она имеет сложную конструкцию. Таких волноводных линий должно быть три – по числу каналов, а при коническом сканировании – только одна.

2. Лучи антенны с коническим сканированием пересекаются в РСН на уровне половинной мощности, и это вызывает потери энергии на 3 дБ. Моноимпульсная РЛС свободна от таких потерь на смещение луча, так как максимум её суммарной ДН совпадает с РСН.

3. Моноимпульсная РЛС имеет более высокий темп выдачи данных: они обновляют данные об угловом положении цели с частотой следования импульсов F_с, а РЛС с коническим сканированием – с частотой сканирования F_ск, которая должна быть меньше F_с по крайней мере в 4 раза (чтобы получить хотя бы по одному отражённому импульсу в четырёх крайних положениях луча антенны); практически же

4. Отсутствие движущихся частей и жёсткий монтаж волноводного питания антенны в моноимпульсных РЛС способствует повышению точности определения угловых координат, особенно при построении антенных систем на ФАР.

5. Пеленгатор моноимпульсной РЛС не реагирует на помехи, исходящие из одной точки пространства, так как они полностью компенсируются при вычитании сигналов. Системы с коническим сканированием чувствительны к этим помехам, а если помехи к тому же модулированы с частотой сканирования, то канал АСН становится неработоспособным.

6. Одно из основных преимуществ моноимпульсных РЛС – значительно меньшая восприимчивость к амплитудным флуктуациям отражённых сигналов. Влияние флуктуаций на точность сопровождения можно было бы полностью устранить, если бы удалось создать идеальную нормировку, но для этого АРУ должно быть не только быстродействующей, но и безынерционной, что физически невозможно.

7. В многоканальных системах пеленгации практически исключено применение вращающихся волноводных сочленений, так как при поворотах создаётся паразитная амплитудная и фазовая модуляция, а также дополнительные шумы, что значительно снижает точность. Поэтому весь волноводно-смесительный тракт моноимпульсных РЛС вместе с предварительными усилителями обычно выполняют как одно целое с зеркалом антенны.

Как уже отмечалось, системы такого вида получаются довольно громоздкими, с мощным приводом. Вынесенные в фокус зеркала облучатели создают значительное затенение. Из-за большой протяжённости подводимых к облучателям волноводов возникают дополнительные потери мощности и температурные изменения электрической длины, вносящие фазовые ошибки.

Перечисленные недостатки почти полностью устраняются в двухзеркальных антеннах, состоящих из параболического рефлектора и плоского контррефлектора (рис.9). Излучатели облучают контррефлектор сквозь отверстие в центре рефлектора. Благодаря такому расположению их суммарно-разностные волноводные мосты и смесительные секции можно разместить непосредственно за рефлектором и свести длину волноводов к минимуму. Благодаря контррефлектору облучатели как бы искусственно выносятся в район фокуса рефлектора (пунктир). Размеры длиннофокусной антенны такого вида значительно сокращаются по сравнению с длиннофокусными однозеркальными антеннами, у которых облучатели действительно размещены в фокусе рефлектора.

Качание ДН и равносигнального направления достигается за счёт поворота одного только контррефлектора, что значительно снижает требуемую мощность антенного привода, уменьшает вес, габариты и инерционность антенной системы.

Недостатком двухзеркальных антенн является ограничение угла обзора (не более 60⁰) допустимыми искажениями ДН.

ПАРАБОЛИЧЕСКИЙ РЕФЛЕКТОР

		Гиперболический контррефлектор

Рис. 10. Двухзеркальная антенна Кассегрена

Контррефлектор сделан не сплошным, а в виде вертикальных металлических полосок, размещённых достаточно плотно и запрессованных в пластину из диэлектрика прозрачного для радиоволн. Излучаемая облучателями вертикально поляризованная волна отражается от контррефлектора как от сплошного металлического экрана. Падая на рефлектор, эта волна преобразуется в горизонтально поляризованную отражённую волну, которая затем свободно проходит в открытое пространство через решётку контррефлектора из вертикальных полосок.

Кроме рассмотренных существуют более совершенные двухзеркальные антенны, состоящие из параболического рефлектора и гиперболического контррефлектора (рис.10). Они получили название антенн Кассегрена.

При синфазном излучении из обоих облучателей (или из всех четырёх при пеленгации в двух плоскостях) отражение от рефлектора создаёт такой эффект, как если бы рефлектор антенны непосредственно облучался одним точечным источником, находящимся в его фокусе. В силу принципа взаимности то же самое будет справедливо для суммарного сигнала, принимаемого всеми облучателями.

Таким образом, по отношению к суммарному сигналу антенна Кассегрена ведёт себя как однозеркальная антенна с единственным точечным излучателем в фокусе. Она обладает максимально возможным КНД в направлении максимума суммарной диаграммы (равносигнальное направление) при любом разносе облучателей и, следовательно, при любом угле смещения их ДН g₀. Поэтому угол смещения можно брать оптимальным без снижения дальности действия РЛС по суммарному каналу. Благодаря максимальному КНД, разрешающая способность по углу также достигает предела в отличие от других многоканальных РЛС или одноканальных с коническим вращением луча, у которых с увеличением угла смещения происходит расширение телесного угла излучения и приёма.

В многоканальных РЛС с антеннами Кассегрена в принципе реализуются потенциальные возможности как по каналу дальности, так и по угловым каналам [3].

В современных моноимпульсных ВРЛ используются антенные системы в виде плоских фазированных решёток с большой вертикальной апертурой.