6. Вибір способу огляду простору та розрахунки характеристик

антенних пристроїв

Спосіб огляду простору та форму діаграми спрямованості антени вибирають з огляду на призначення системи з урахуванням принципу дії та конструкцій аналогічних РЛС.

Форма і ширина діаграм спрямованості антени в азимутальній та верти­кальній площинах визначають потенційну роздільну здатність, потенційну точність оцінювання кутових координат, дальність дії системи та її завадостійкість. При виборі параметрів антен слід ураховувати такі співвідношення.

Потенційна роздільна здатність за кутовою координатою

. (3.23)

Це співвідношення дає змогу визначити необхідну ширину діаграми спрямованості за половинною потужністю у відповідній площині.

Треба зазначити, що співвідношення (3.16) не може бути підставою для вибору . Згідно з (3.16),

.

Тут вказує, яку помилку ми допускаємо, якщо оцінюємо координату за даними порогового пристрою („1” або „0”) вузла виявлення сигналу без пошуку середини пачки.

Отже, для обчислення ширини діаграми спрямованості треба виходити з роздільної здатності за відповідною кутовою координатою , яка відповідає (3.23).

Ширина діаграми спрямованості (або ) пов`язана з розмірами розкриття антени та довжиною хвилі . Для прямокутного розкриття

, (3.24)

де – розмір розкриття у відповідний площині.

Для круглого розкриття параболоїдного дзеркала

, (3.25)

де d – діаметр дзеркала.

Коефіцієнт спрямованої дії g за умов , дорівнює

g = .

З урахуванням коефіцієнта корисної дії коефіцієнт підсилення G дорівнює

G= g . (3.26)

Ефективна площа антени будь-якого типу

. (3.27)

Геометрична площа дзеркальних антен звичайно більша, ніж . Оптимальним розподілом поля у площині розкриття зменшують рівень бічних та зворотних пелюсток діаграми спрямованості. В ескізних розрахунках можна вважати

.

У РЛС виявлення повітряних цілей (літаків), а також в РЛС кругового огляду земної поверхні з літака часто застосовують такі антени, діаграма спрямованості яких у вертикальній площині має „косекансну” форму. Для того, щоб сигнали, відбиті від цілей, що знаходяться на різних дальностях D, але на однаковій висоті H, мало відрізнялися за потужністю, треба, щоб коефіцієнт підсилення G був змінною величиною, яка залежить від кута місця . Саме таким вимогам задовольняє „косекансна” антена, в якої

, (3.28)

де C – певна константа.

Пояснити співвідношення (3.28) можна таким прикладом. Відомо, що нахильна дальність D обчислюється за формулою

, (3.29)

де – потужність, що випромінюється;

– ефективна площа вторинного випромінення цілі;

– потужність прийнятого сигналу.

Якщо випромінювання зондувального сигналу та приймання відбитого сигналу здійснюються єдиною антеною, то (3.29) з урахуванням (3.27) набуває вигляду:

. (3.30)

Оскільки , за умов H=const , P=const, з формули (3.30) одержуємо співвідношення (3.28).

Через те, що при , формула (3.28) має сенс лише коли , де – це мінімальний кут місця, за якого досягається максимум коефіцієнта підсилення . Цей максимум залежить лише від розмірів антени. Горизонтальний розмір , який визначає та роздільну здатність за азимутом, вважаємо відомим або обчисленим раніше. Тому залежить від вертикального розміру . Обравши максимальний прийнятний розмір , можна за формулами (3.24) та (3.26) обчислити найбільше значення для антени з розмірами , .

Таким чином, ; ;

.

Величина відповідає деякій антені з „голкоподібною” діаграмою спрямованості, оскільки звичайно . Тепер антену можна „перетворювати” у „косекансну”, розміщуючи додаткові випромінювачі або деформуючи край дзеркала за певним законом.

Константу С у формулі (3.28) знайдемо з умови: при . Тоді і остаточно одержуємо

, (3.31)

де .

Мінімальний кут місця вибирають з урахуванням специфіки системи, але завжди

.

Розглянемо такий приклад. Хай відомо, що наземна РЛС призначена для виявлення повітряних цілей (літаків) у режимі кругового огляду і наближеного оцінювання азимуту та дальності. Для випромінювання та приймання радіохвиль застосовується спільна антена. Ширина діаграми спрямованості за потужністю на рівні 0,5 в азимутальній площині . Довжина хвилі . Сектори огляду , .

Треба сформулювати вимоги до антени та розрахувати коефіцієнт підсилення G.

Очевидно, антена має бути такою, щоб одночасно оглядати кутовий сектор .Тоді послідовний огляд за азимутом і дальністю полягає лише в обертанні антени навколо вертикальної осі. Це типовий випадок застосування антени з „косекансною” діаграмою спрямованості (з урахуванням призначення РЛС) .

Вважатимемо, що розкриття антени має прямокутну форму. Тоді, згідно з (3.24) , горизонтальний розмір

= .

Припустимо, що з конструктивних міркувань вертикальний розмір повинен не перевищувати 0,5 . Оберемо = 0,5 = 1.5м, щоб досягти максимального значення . Тоді . Відповідно до формули (3.26),

.

Мінімальний кут місця, починаючи з якого , тобто діаграма спрямованості стає „косекансною”, дорівнює

.

Обчислені значення а також відомі та співвідношення (3.31) складають технічні вимоги до антени, за яких здійснюється її проектування.

Треба зазначити, що в межах дуже малих кутів місця, коли 0< , коефіцієнт підсилення швидко зменшується, оскільки діаграма спрямованості косекансної антени за таких кутів співпадає з діаграмою спрямованості прямокутної синфазної антени з розмірами .

Якщо , то , згідно з (3.31), у наведеному прикладі набуває таких значень:

;

;

;

;