Назначение, характеристики и основные параметры антенн РЛС

Антенна РЛС предназначена для преобразования колебаний токов сверхвысокой частоты в энергию электромагнитных волн, фокусировки её в узкий пучок и излучения в пространство.

Антенна РЛС осуществляет также прием электромагнитных волн, отраженных от целей, преобразования их в колебания токов СВЧ и передачу к приемнику.

Антенная система современных РЛС представляет собой сложное радиотехническое устройство и состоит из основной антенны, антенн системы защиты от помех и антенны системы опознавания.

Основная антенна формирует требуемую диаграмму направленности для обзора пространства. Антенны системы защиты от помех формируют диаграмму направленности, обеспечивающую работу этой системы. Антен­на системы опознавания формирует диаграмму направленности, обеспе­чивающую работу системы опознавания.

В зависимости от назначения различают передающие, приемные и приемо-передающие антенны. В РЛС используются все три типа антенн.

По диапазону использования различают антенны метрового, деци­метрового и сантиметрового диапазонов волн.

По конструкции различают штыревые, вибраторные, рупорные, зер­кальные, фазированные антенные решетки и другие типы антенн.

В принципе любой проводник, по которому протекает переменный ток, излучает электромагнитные волны. Эффективность излучения опре­деляется соотношением размеров проводника и длины волны. Простей­шую антенну можно получить из четвертьволнового разомкнутого отрез­ка длинной линии, если её проводники развернуть на 180⁰ (слайд 2). В этом случае получается так называемый полуволновой вибратор (диполь). Полуволновой вибратор используется как пер­вичный излучатель и как облучатель в сложных антенных системах.

Процесс излучения электромагнитных волн упрощенно можно по­яснить следующим образом.

Переменный ток вибратора создает вокруг него магнитное поле Н, которое по закону электромагнитной индукции создает переменное электрическое поле Е в более удаленных точках пространства (слайд 3).

Электромагнитное поле Е в свою очередь создает переменное магнитное поле Н¹ в еще более удаленных точках. Магнитное поле Н ¹ создает вновь электрическое поле Е ¹. И так далее, т.е. с течением времени электрическое и магнитное поля распространяются в простран­стве. Распространяющееся электромагнитное поле называют также ра­диоволнами.

Скорость распространения электромагнитного поля в без­воздушном пространстве равна скорости света.

В однородной среде поле излучения распространяется прямоли­нейно. Направления его распространения называются лучами. Вдоль лучей электрическое и магнитное поля распределена синусоидально и совпадают по фазе (слайд 4).

Фазы поля в различных точках пространства неодинаковы. Если в данный момент времени направленность поля в точке А максимальная, а в точке Б равна нулю, то через четверть периода поле в точке А будет равно нулю, а в точке Б максимальным, т.е. вся картина распределения поля сместится вправо на четверть волны.

Силовые линии электрического и магнитного полей радиоволн взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распростра­нения волны. Поэтому они называются поперечными волнами и обозна­чаются символом ТЕМ.

Электромагнитные волны характеризуются положением вектора электрического (магнитного) поля в пространстве или, как принято называть, поляризацией. Поляризация радиоволны определяется по вектору электрического поля. Различают линейную, круговую и эллип­тическую поляризации.Волна называется линейно-поляризованной, если конец вектора электрического поля в каждой точке пространства с течением времени описывает прямую линию.

Вдоль луча распространения электромагнитной энергии все век­торы электрического поля лежат в одной плоскости, называемой плос­костью поляризации.

При эллиптической поляризации конец вектора электрического поля описывает эллипс, при круговой - окружность.

Качество антенны как преобразователя энергии и направленные её свойства оцениваются параметрами антенны, основными из которых являются:

- входное сопротивление;

- сопротивление излучения;

- коэффициент полезного действия;

- диаграмма направленности;

- коэффициент направленного действия (КНД);

- коэффициент усиления антенны.

Перечисленные параметры называют радиотехническими.

Вторая группа параметров характеризует эксплуатационные ха­рактеристики. К ним относятся:

- высокая механическая прочность и надежность в эксплуатации;

- габариты и вес;

- безопасность эксплуатации;

- время развертывания и свертывания антенны.

Эксплуатационные характеристики будут рассмотрены при изуче­нии антенных систем конкретных РЛС. Рассмотрим радиотехнические параметры антенны.