Антенная система глиссадного канала

Антенна глиссады предназна­чена для излучения зондирующих высоко­частотных им­пульсов в пространство и приема отраженных от целей сигна­лов. Она форми­рует узкую диаграмму направ­ленности в вертикальной плос­кости. С помо­щью электрического привода обеспечивается сканирование диаграммой направленности про­стран­ства в секторе -1⁰…+8⁰ по углу места и доворот антенны в азимуталь­ной плоскости относительно линии курса на угол ±15⁰. Ширина диа­граммы направленности ан­тенны в вер­тикальной плос­кости , горизонтальной - . Коэффици­ент усиления ан­тенны - 8200. Изменение входного сопротивления антенны в рабочем диапа­зоне волн обеспечивает коэффи­циент бегущей волны не менее 0,8.

Антенна глиссады представляет собой зеркальную антенну, отражатель которой выполнен в виде несиммет­ричной вырезки из параболоида вра­ще­ния. Размер зеркала - 3,0´0,8 м. Возбуждение зер­кала производится двухру­порным облучателем. Размеры отражателя (зер­кала) и облучателя вы­браны так, чтобы обеспечить необхо­димую диаграмму направленности в вертикаль­ной и горизонтальной плос­костях. Применяемый в антенне глис­сады про­филь зеркала (несимметрич­ная вырезка из параболоида вращения) позволил уста­новить облучатель ан­тенны таким образом, что он оказы­вает минималь­ное затеняющее воздей­ствие прохождению радиоволн (рис.2.3). При таком спо­собе облучения ру­пор и его опорная конструкция вы­но­сятся из области, где поток энергии наиболее интенсивен, что приводит к улучшению коэффи­ци­ента направлен­ного действия и ослаблению боковых лепестков.

Рис.2.3. Схематичное изображение усеченного параболоида (изображение повернуто на 90⁰)

Облу­чатель состоит из двух совершенно одина­ковых рупоров, питае­мых от об­щего прямоугольного волновода. Вход волно­вода имеет фланец. Волновод имеет Y - образное разветвление в "Е" плоско­сти (плоскости век­тора элек­трического поля). Каждое плечо вол­но­водного разветвления закан­чивается Е - пло­скостным секториальным рупо­ром. Мощ­ность, подводимая к облуча­телю, делится между рупорами по­ровну (1:1). Перед раскрывом облу­ча­теля ус­танав­ливается в специальном держа­теле по­ляризационная решетка (рис.2.4). Анало­гичная решетка ус­танав­ливается пе­ред облучателем ан­тенны курса. По­ляри­зационные ре­шетки по­зволяют вес­ти борьбу с поме­хами, соз­давае­мыми разного рода ме­теофакто­рами (гид­ро­ме­теорами): дож­девой и гро зо­вой об­лачностью, дож­дем, сне­го­падом. Эф­фект подавления сигна­лов от гидрометеоров основан на том, что поляри­заци­онная решетка преобразует электромагнитное поле линейной по­ляриза­ции в поле круго­вой или эллиптической поляризации (в зависимости от по­ложения ре­шетки относительно облучателя). Электро­магнитная волна с круго­вой по­ля­риза­цией после отражения от объекта сложной формы (само­лета) преоб­ра­зу­ется в электромагнитную волну с различными поляризацион­ными состав­ляющими, т.е. несферическая цель обладает свойством преобра­зовывать па­дающее электромагнитное поле с круговой по­ляризацией в отра­женное элек­тромаг­нитное поле со сложной поляризацией. Гидрометеоры мо­гут рассмат­риваться с определенной степенью допущения, как комплекс сфе­ри­ческих капель. От­ражаясь от та­ких объектов, электромагнит­ное поле с кру­го­вой по­ляризацией преобра­зуется в электромагнитное поле с эл­липти­ческой поляри­за­цией, однако направление вращения плоскости поляризации изме­няется на противоположное (за счет обратного движения волны). Таким об­разом, из-за различий в свойствах отра­жения элек­тромагнитных волн воз­душными су­дами и гидро­метеорами возни­кают по­ляризационные различия в сигналах, отра­женных от этих объектов. Следо­вательно, применяя поляриза­ционную селек­цию сигна­лов на приемной сто­роне (поворачивая соответст­вующим об­разом поляриза­ционную решетку), можно выделить полезные сиг­налы и су­щест­венно пода­вить сигналы гидро­метеоров. В зависимости от ха­рактера гидро­метеоров практическое ослабле­ние отраженного от них сигнала может со­ставлять 20…25 дБ, однако ослаб­ляется на 6…8 дБ и полезный сиг­нал. Об­щий выиг­рыш в отношении полез­ных и мешающих сигналов дости­гает 12…19 дБ.

Вектор напряженности электрического поля - Е может быть разложен на со­ставляющие (векторы Е1 и Е2): Е1 - параллелен проводящим пластинам ре­шетки А1 и А2, а Е2 - перпендикуля­рен этим пластинам. Пластины А1 и А2 представляют собой металлопла­стинчатый волновод. Для получения за ре­шеткой электромагнитного поля с круговой поляризацией необходимо вы­полнить следующие условия: раз­ность фаз между векторами Е1 и Е2 на вы­ходе поляризационной решетки должна составлять 90⁰, амплитуды векторов Е1 и Е2 должны быть рав­ными: Е1=Е2. Если Е1¹Е2, то поляри­зация - эллип­тическая. Для вектора Е2 пластины решетки прозрачны, и фазо­вая скорость составляющей электро­магнитного поля Е2 соответствует ско­рости в свобод­ном пространстве. Для составляющей электромагнитного поля Е1 пластины являются металло­пластинчатым волноводом. Фазовая скорость электромаг­нитной волны в волноводе больше, чем в свободном пространстве, следова­тельно, скорость распространения составляющей Е1 выше, чем Е2. Подбирая глубину поля­ризационной решетки d, добиваются разности фаз D j между Е1 и Е2, равной 90⁰. Второе условие вы­полняется при повороте ре­шетки на угол 45⁰. Угол поворота решетки 90⁰ соответствует линейной поля­ризации. Именно изменяя угол поворота поляризационной решетки в ПРЛ-10МН, из­меняют поляризацию сигналов, при этом D j определяется конструкцией ре­шетки и всегда равна 90⁰.

2.4. Антенная система канала кур­са

Антенна курса предназначена для излучения зондирующих СВЧ им­пульсов в пространство и приема от­раженных от целей сигна­лов. Она форми­рует узкую диаграмму направ­ленности в горизонтальной плоскости. С помо­щью электрического привода обеспечивается сканирование про­странства диаграммой направленности в секторе ±15⁰ по азимуту и наклон антенны в вертикальной плос­кости от -1⁰ до +8⁰. Ширина диа­граммы антенны в верти­кальной плос­кости , го­ризонтальной - . Коэффициент усиления антенны - 8000. Измене­ние входного сопротивления антенны в ра­бочем диапазоне волн обеспечивает коэффи­циент бегущей волны не менее 0,8.

Антенна глиссады представляет собой зеркальную антенну, отражатель кото­рой выполнен в виде несиммет­ричной вырезки из параболоида враще­ния. Размер зеркала - 3,0´1,0 м. Конст­рук­ция антенны курса аналогична кон­ст­рукции антенны глиссады. Для ан­тенны курса характерно, что деление мощности между ру­порами облучателя осуществляется не в равном отноше­нии, а в отношении 2:1, при этом боль­шая часть мощности подводится к верхнему рупору. Деле­ние мощности вы­полняется за счет наклона перего­родки в Y- образном разветви­теле. Таким обра­зом, диаграмма направленно­сти ан­тенны курса в вертикаль­ной плоско­сти формируется в результате сло­жения двух парциальных диа­грамм, каждая из которых определяется одиноч­ным облучателем. Эти парци­альные диа­граммы, складываясь в пространстве, образуют результирующую диаграмму на­правленности, которая получается значительно шире парциаль­ной диа­граммы, а крутизна спада ее примерно соответствует крутизне парци­альной диаграммы. Причина такой конструк­тивной особенности заключается в сле­дующем. Оператор, управляя ВС, иду­щим на посадку, должен быть по воз­можности гарантирован от пропа­дания цели (ВС) на экране индикатора курса и глиссады. Очевидно, чем шире диа­грамма направленности антенны курса в вертикальной плоскости (для ан­тенны глиссады - в горизонтальной плоско­сти), тем меньше вероятность по­тери цели оператором. С другой сто­роны, при расширении диаграммы на­п­ра­в­лен­но­сти уменьшается крутизна ее фрон­тов. Для антенны курса это имеет весьма существенное значение, так как при уменьшении крутизны диа­граммы на­пра­в­ленности в вертикальной плос­кости в направлении земли уве­личива­ется об­лу­че­ние земной поверхности, а это при­водит к силь­ному за­свету эк­рана ин­ди­ка­то­ра курса отражениями от местных предме­тов. Доворо­том ан­тенны глис­са­ды и накло­ном антенны курса управ­ляет опе­ратор с пульта управления.

Для более эффективного разде­ления сигналов по каналам курса и глис­сады используется различная по­ляризация по каналам. В рупорном облуча­теле антенны канала курса - вер­тикальная, в канале глиссады - го­ризонталь­ная.

При эксплуатации антенной сис­темы следует помнить о том, что ос­нов­ной вклад в погрешности измере­ния координат вносят инструменталь­ные по­г­решности. Эти погрешности возникают при горизонтировании ан­тенной сис­те­мы и юстировке облуча­телей антенны. Так, например, при от­клонении об­лу­чателя только на 1 мм из точки фокуса образуется погреш­ность в изме­ре­нии курса и глиссады 17 м для ВС, находящихся на удалении 17 км от РСП. Обслужи­вающему персо­налу запрещается менять положение облучателей, оп­ределен­ное при заво­дской настройке.

2.5. Приемная антенна ак­тивного канала

При работе ПРЛ-10МН в активном режиме работы для приема сигналов от СО используется специальная антенна приема ответных сигналов. Необ­хо­димость применения специальной антенны вызвана тем, что запросные и от­ветные сигналы отличаются по частоте более чем на порядок (, а ). С учетом того, что в ПРЛ-10МН имеется воз­мож­ность обеспечения посадки с двух направлений, должен обеспечиваться сек­тор­ный прием ответных сигналов в соответствии с зоной обзора ПРЛ. Это в свою очередь требует размещения антенны приема ответных сигналов на бал­ке привода, что приводит к ее усложнению. Более простым решением яв­ля­ет­ся использование антенны с ненаправленными свойствами в горизон­тальной пло­скости (360⁰) при горизонтальной по­ля­ризации принимаемого сигнала. В ка­чест­ве такой антенны при­меняется ан­тенная решетка, которая со­стоит из вер­ти­кального ряда трехвибра­торных коль­це­вых излучателей (рис.2.6). Диа­г­рамма направленности антенны в вер­ти­кальной плоскости оп­ределяется длиной ряда, т.е., по существу, количе­ст­вом из­лу­ча­те­лей в ряду и расстоя­нием между отдель­ны­­ми излучате­лями. В вертика­льной пло­­­с­кости ан­тенна должна иметь такую ди­­аграмму направ­лен­но­с­ти, которая обе­­­­спечила бы пере­крытие тре­буемой зо­­­­ны обзора до 25⁰ по углу ме­ста (). ВЧ энергия под­во­дится к ан­тен­­не через питающий фи­дер. Де­литель мощно­сти распределяет подводимую энер­гию равномерно ко всем пяти излучателям. Мощность от де­лителя к из­лу­ча­телям подводится с помощью системы фиде­ров. Если все фи­деры имели бы одинаковую длину, то все виб­раторы возбу­ждались бы син­фазно. При этом максимум диаграммы направ­ленности ан­тенны в вертикаль­ной плоско­сти был бы направлен перпендику­лярно строи­тельной оси ан­тенны. Для уст­ра­нения глубоких интерференцион­ных прова­лов в диаграмме из-за влияния Земли в ПРЛ-10МН максимум диа­граммы на­правленности ан­тенны припод­нят над горизонтом на угол 10⁰. Для реализа­ции этого подъема применяется несинфазная запитка облучателей ан­тенной решетки, реализуе­мая уко­рачи­ванием на D l длины фидеров за­питки об­лучателей (l ₁> l ₂, D l= 36 мм). Ан­тенна имеет коэффициент усиления 6…8. Ко­эффициент бегу­щей волны не ниже 0,6. Экран позволяет несколько расши­рить диаграмму направленности, при­ближая ее по форме к ко­се­кансу.