Итак, мы принципиально определили основные элементы, которые должны быть в радаре
1. Рупоры – антенны с приводами
2. Крикун – передатчик
3. Слухач – приёмник
4. Шлепок – тактовый генератор
5. Лист бумаги - индикатор
6. Транспортное средство, которое всё это перевозит.
Антенны.
«Электродинамика СВЧ» и «Теория антенн» две главные науки, без знания которых невозможно сделать хорошую антенну. Впрочем, со знанием их тоже. Потому, что это только наполовину науки, а на вторую половину – магия.
Мы в этом деле изобретать ничего не будем, всё изобретено до нас. Не буду, читатель, утруждать Вас описанием всего разнообразия антенн, да это и невозможно в формате Дзена. Понадобился бы объём толстого учебника для института. Ограничимся описанием в самом общем виде некоторых принципов построения антенн для РЛС. Но сначала немножко фото.
Самая маленькая антенна. Правда не для радиолокации, а для разрабатываемых модулей WI-FI нового поколения.
Одна из самых больших антенн. Диаметр 500м. Радиотелескоп FAST в Китае. Фактически пассивный радиолокатор.
И ещё одна, не радиолокационная, но интересная антенна длиной аж 8,6км. К длинноволновому передатчику «Фрегат» для связи с подводными лодками в погруженном состоянии. Устанавливалась на самолёте-ретрансляторе Ту-142МР Орёл. Сейчас модернизируется. Представляет собой стальной трос с медным покрытием на быстродействующей лебедке. Выпускается в полёте. Подобные антенны устанавливаются и на самолётах президентов США и РФ.
Но это было лирическое отступление. Теперь собственно об антеннах для радиолокаторов.
Для радиолокации нужны антенны, направляющие энергию передатчика в нужную сторону, ну хотя бы бОльшую её часть. И принимающую только ту отраженную энергию, которая приходит с нужного направления. То есть, антенна должна иметь направленные свойства. Как рупоры в примере. Такие свойства антенны принято называть термином "диаграмма направленности".
Если мы включим передатчик, проектируемой нами РЛС на излучение, возьмем в руки специальный портативный приёмник с ненаправленной антенной, настроенный на нужную частоту, с вольтметром вместо динамика, и побегаем вокруг антенны (шучу, конечно, бегать не нужно, можно поворачивать саму антенну), то мы можем намерять и нарисовать вот такую диаграмму мощности сигнала относительно оси антенны. Здесь мощность в главном направлении принята за единицу.
Мы видим, что антенна в одном направлении излучает больше мощности, в других меньше. В лирическом настроении основоположники радиолокации назвали эти кривые на диаграмме лепестками. Основным, боковыми и, пардон, задним. Такую диаграмму можно построить и для приёмной антенны, только для этого придется бегать с передатчиком, а измерять уровень сигнала в приёмнике РЛС.
Обычно диаграмма направленности на приём и на передачу совпадает, поэтому просто пишут в ТТХ – ширина ДН. Определяют её по уровню 0.5 мощности излученного/принятого сигнала или 0.7 напряженности электромагнитного поля. Изображенные на картинке ДН для наглядности показаны слишком широкими в азимутальной плоскости. Практические значения для разных обзорных РЛС - от 2 до 10град. Большая часть таких станций работает в метровом или дециметровом диапазонах волн, что предопределяет большие размеры их антенн.
Например, на одной из самых массовых, наверное, в мире обзорных РЛС – П-18, разработанной ещё в СССР и выпускающейся до сих пор, диаграмма направленности по азимуту имеет ширину 6-8гр.
РЛС П-18м
Такая антенна состоит из двух «этажей» по восемь директорных антенн. Диапазон частот этой станции вплотную к метровым телевизионным каналам, так, что и многих из нас на крышах стоят антенны такого типа.
Задача проектировщиков антенны сложна, нужно добиться, чтобы мощность антенны излучалась куда надо и не излучалась куда не надо. То есть нужно уменьшать боковые и задний лепестки и уменьшать ширину основного лепестка. Боковые лепестки для передачи — это просто потери и демаскировка, а для приёма, говоря современным компьютерным языком, уязвимость для приёма вирусов))), или помех, если не шутить. Да и помехи от местных предметов будут меньше при меньшем уровне боковых лепестков.
Теперь если мы включим аппаратуру и начнём вращать антенну (забегаем вперёд, считаем, что все остальные составляющие уже готовы), то получим на индикаторе примерно то, что нарисовано в первой части статьи. Цели мы будем видеть не как точки, а как яркие дужки шириной в несколько градусов, это определяется тем, что пока через цель проходит луч нашей РЛС, мы получаем отраженный сигнал. Направление на цель (азимут) можно определить тем точнее, чем уже диаграмма направленности. Получается, что если летят рядом два самолёта, то их отметки могут слиться в одну, поэтому важный параметр для РЛС - разрешающая способность по дальности и по азимуту. Для П-18 это будет 6-8 градусов по азимуту и 1800м по дальности.
Рекомендую начать чтение с первой части.
