Виды бортовой радиоаппаратуры

Виды бортовой радиоаппаратуры

 

К видам бортовой РА относятся:

- связная аппаратура;

- телеметрическая аппаратура;

- система посадки;

- измерители траектории (радиовысотомеры, измерители угла места).

Непрерывную связь с аппаратом обеспечить невозможно, так как при спуске аппарата плотность атмосферы возрастает, кинетическая энергия переходит в тепловую (температура воздуха, обтекающего аппарат, может доходить до 5000 ), возникает явление ионизации.

 

Основные характеристики бортовой РА

 

Наиболее важной характеристикой является дальность действия, которая зависит от приемника, передатчика и свойств канала связи.

Важна также и диаграмма направленности, максимальная широта которой обеспечивается антенной в виде открытого конца волновода, а также КПД.

 

Коммутация бортовых радиоканалов связи

 

Нагревостойкость корпуса космического аппарата достигается за счет использования титана (температура плавления составляет 1500 ).

Предъявляется конструктивное требование к антенне в виде максимальной компактности. Коммутация антенны должна вписываться в корпус аппарата (не выступать за его контур). Защита антенны выполняется из теплозащитного радиопрозрачного диэлектрика (абляционного материала). Так как космический аппарат (ракета) вращается при спуске, то, чтобы придать устойчивость встроенной антенне, используется круглый волновод с типом волны Н₁₁.

 

Условия эксплуатации бортовых антенн возвращаемых космических аппаратов

Условия определяются траекторией возврата и конфигурацией летательного аппарата.

 

 

 

Поле течения около затупленного тела при входе в атмосферу.

 

За фронтом ударной волны воздух сжимается и сильно нагревается, появляется ионизация, в результате чего в канале связи «аппарат-земля» возникает слой воздушной плазмы. Толщина слоя влияет на величину затухания.

Слой	Толщина слоя
Сжатый слой	В донной части – 1 м и более В носовой части – десятки см
Пограничный слой	до 10 мм
Ударная волна	десятки мм

Частицы теплозащитного покрытия уносятся и также ионизируются, из-за чего плазма становится не чисто воздушной. Поэтому ионизация у разных элементов абляционного покрытия различная.

Потенциалом ионизации называется минимальная энергия, с которой начинается ионизация. У щелочных металлов потенциал ионизации мал.

 

Теплозащита антенн

 

В качестве теплозащиты антенн должны применяться нагревостойкие радиопрозрачные диэлектрики. Основная электрическая характеристика, которой оцениваются свойства диэлектриков – (абсолютная диэлектрическая проницаемость, которая является комплексной величиной).

– относительная диэлектрическая проницаемость воздуха (вакуума).

Реальная часть (относительная диэлектрическая проницаемость) характеризует при прохождении радиоволн факт отражения от границы раздела «окружающая среда-слой диэлектрика»; мнимая часть, через которую вводится тангенс угла диэлектрических потерь , характеризует явление поглощения в диэлектрике.

Энергия в диэлектрике тратится на поляризацию частиц (т.е. их выстраивание). В то же время электронная поляризация затрат энергии не требует.

У «хороших» диэлектриков составляет величина 10^-4...10^-5, т.е. потерями в материале на поглощение можно пренебречь и учитывать только реальную часть, которая влияет на потери на отражение.

Таким образом, диэлектрик, используемый для теплозащиты антенн, должен иметь минимальные потери на поглощение и минимальные потери на отражение.

Применяемые материалы:

нагревостойкие радиопрозрачные элементы
I	II	III
А	Б	В	Г

Радиопрозрачность – это свойство, при котором имеем минимальные потери при прохождении данного материала. Радиопрозрачность как характеристика, оценивающая потери, зависит от диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь.

Нагревостойкость – способность функционировать и не разрушаться при очень высоких температурах.

Раскроем эту таблицу подробнее.

I	Материалы с органическими связующими Это материалы, в основе которых лежит стекловолокно или асбоволокно. Нужная конфигурация материала достигается за счет пропитки органическими связующими (эпоксидной смолой, например, которая после полимеризации образует твердую фазу). Пример – стеклотекстолит. Эти материалы имеют ограниченную нагревостойкость. Она ограничивается тем, что органические связующие имеют низкую температуру плавления. Последнее достижение – создание фенолформальдегидных материалов, имеющих большую нагревостойкость.
А	стеклопластики
Б	асбопластики
II	Материалы полностью неорганические
В	Материалы оксидной группы (оксиды). Температура плавления – около 2000 С По степени частоты применения перечислим: · SiO2 · Al2O3 · BeO (наиболее привлекательна из-за нагревостойкости; редко используется из-за токсичности и сложности технологии) · MgO В чистом виде применять оксиды не удается, всегда есть добавки (до 1%), которые необходимы для синтеза электрических характеристик – относительной диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла потерь. Также различается технология производства, которая определяет марки материалов. Иногда применяют также смеси оксидов (окись кремния и окись алюминия, к примеру). Бывают также трехкомпонентные смеси. Также, используя оксиды, нельзя забывать про требование противостояния тепловому удару. Оно проистекает из того, что при очень большой скорости нагрева материала возникают внутренние напряжения – со стороны нагрева идет расширение материала, а со стороны, где нагрев еще не произошел, геометрия не изменилась. Внутренние напряжения могут превысить напряжение разрушения. Так обычно и бывает в оксидах, если не принять специальные технологические меры. Возьмем авиационную технику. Там остекление кабины и иллюминаторы выполняются из окиси кремния (кварцевого стекла).
Г	Материалы группы нитридов. · BN (нитрид бора, температура плавления > 3000 C) Другие материалы нитридной группы имеют значительные потери.
III	Композитные материалы. При переходе к композитным материалам борются за то, чтобы иметь хорошие свойства обоих материалов, используемых в композиции.

 

При выбранной теплозащите стремятся избавиться от отражения (иметь хороший КСВ) и увеличить КПД. Однако лабораторные испытания теплозащиты отличаются от реальных. Это связано с тем, что характеристики антенны изменяются в полете – на них, таким образом, влияют условия эксплуатации.

Все характеристики являются функцией температуры. От температуры также меняются и параметры электрические. Теория поляризации диэлектриков объясняет процесс изменения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь в зависимости от температуры, однако она не дает аналитических зависимостей. Температурные зависимости, таким образом, получают в ходе эксперимента. Сложность эксперимента состоит в достижении высоких температур и проведении измерений в условиях таких температур. Примером высокотемпературного источника может служить электросварка. При электросварке происходит протекание сильного тока в диэлектрике (газе).

Нужно стремиться к высокотермостабильным материалам. Если будет меняться , будет увеличиваться КСВ, будет отражение и потери мощности. Если возрастает тангенс, то падает КПД.

 

 

Зависимость относительной проницаемости от температуры:

1 – Al₂O₃; 2 – BeO; 3 – ситалл; 4 – BN; 5 – ГПНБ; 6 – SiO₂

Зависимость tgd от температуры:

1 – Al₂O₃; 2 – BeO; 3 – ситалл; 4 – BN; 5 – ГПНБ; 6 – SiO₂

 

На поверхности нагрева и при уносе массы на ракете остается тонкий слой расплавленного диэлектрика. Он уносится набегающим потоком, но плавление все время возобновляется. Нагретый расплав перегревается и потому имеет ионный характер. Таким образом, расплав уже не является диэлектриком по своим свойствам, а может проявлять как полупроводниковые, так и проводящие свойства. Фактически, это является экранированием антенны.

Свойства плазмы

 

При прохождении плотных слоев атмосферы космический аппарат окружается плазмой между корпусом и фронтом ударной волны – воздушной плазмой с добавкой абляционного продукта ионизации (в состав которых входят щелочные металлы, влияние которых сильно заметно).

Плазма – газообразный ионизированный материал со свободными несвязанными зарядами. Плазма состоит из электронов, ионов и малоподвижных атомов, которых больше всего. Это дисперсная (то есть частотно-зависимая) среда.

Свойства плазмы:

 

1) степень ионизации – отношение числа свободных электронов в единице объема к числу атомов в том же объеме. Учитывая, что число частиц в единице объема эта концентрация, можем записать:

Это очень низкая степень ионизации (ионизирован 1 атом из 100 000). Высокую степень ионизации, например, , имеют звезды. Разница между земной плазмой и звездной – температура.

 

2) плазма не изотермична – температура частиц плазмы неодинакова. Максимальная температура у электронов, так как имеют наименьшую массу.

 

3) «полётная» плазма считается низкотемпературной (

 

4) плазма всегда квазинейтральна в электрическом плане, если её объемы превышают радиус Дебайя:

Пусть T_e=10⁴ К=1 эВ. Для такой температуры N_e=10¹⁴ см^-3. Тогда радиус Дебайя можно рассчитать:

 

Если плазма нейтральна, то можем считать, что в ней нет собственных электрических полей.

 

5) рассмотрим физику процесса прежде чем вводить характеристику. Электрон в плазме выходит из своего стационарного положения. При смещении электрона возникает разность потенциалов между электроном и ионом, которые оказались разнесены. Разность потенциалов вызывает электрическое поле, которое стремится вернуть электрон в исходное состояние. В этом движении он приобретает инерцию и по инерции проходит свое стационарное состояние, оказываясь в противоположной стороне. Поле снова воздействует на него, но оно противоположного направления. Возникает колебательный процесс. Эти колебания электрона оцениваются плазменной частотой:

 

где	е – электрический заряд; – абсолютная диэлектрическая проницаемость воздуха или вакуума; me – масса электрона.

 

Можем переписать формулу иначе:

Таким образом, плазменная частота зависит от степени ионизации.

 

6) по электрическим характеристикам плазма может быть:

- проводником (оценивается электропроводностью)

- диэлектриком (оценивается диэлектрической проницаемостью).

 

Диэлектрическую проницаемость и электропроводность можно пересчитать друг в друга.

Будем рассматривать плазму как диэлектрик, поэтому будем обращаться к характеристикам диэлектрических сред.

Диэлектрические среды характеризуются вектором поляризации . Есть характеристика, которая говорит, как поляризуется диэлектрик (ориентируются заряженные частицы в диэлектрике). Говоря о поляризуемости, мы оцениваем, насколько сильное внутреннее электрическое поле возникает от ориентации зарядов.

Рассмотрим поведение вектора поляризации. Это величина комплексная, будем говорить о модуле комплексной среды. Для плазмы как среды диэлектрической мера поляризации определяется в частности числом свободных зарядов (электронов):

где

- концентрация электронов; e – электрический заряд; – смещение электрона (его смещает напряженность внешнего поля); – абсолютная диэлектрическая проницаемость воздуха или вакуума; - диэлектрическая восприимчивость среды; Е – напряженность электрического поля, для которого хотим определить свойства плазмы.

Формула (1) – частная формула для одномерного случая (одномерность проявляется в смещении – не фиксируем направление смещения), а также линейного случая (линейной плазмы).

 

Линейная плазма – плазма, свойства которой не зависят от напряженности приложенного поля.

 

Для плазмы утверждение о линейности выполняется с меньшей вероятностью, чем для диэлектрика. Дело в том, что если напряженность высокая, то эта напряженность может являться источником дополнительной ионизации.

Электрон смещается по направлению поля силовых линий (по направлению электрического потенциала). Поэтому для одномерного случая формула (1) справедлива.

Величина смещения определяется известной формулой Ланжевена. Сам вид уравнения оказывается следующим:

где	- частота соударений электронов в плазме (электроны соударяются с атомами); - масса электрона.

Точками обозначено дифференцирование по времени. Чтобы дифференцировать по времени, надо знать временную зависимость движения электронов. Она будет зависеть от временной характеристики изменения силы, которая вызывает движение электронов.

Формула (2) – частная формула в том смысле, что движение справедливо при отсутствии магнитного поля. Магнитное поле влияет на движение электронов, меняя как траекторию, так и скорость. Это утверждение справедливо, т.к. магнитное поле Земли слишком мало (4 Гаусса), а также до тех пор, пока мы специально не применяем какое-то магнитное поле. Магнитное поле, например, можно использовать для просветления плазмы.

Чаще всего можем говорить, что поле меняется по гармоническому закону, поэтому будем считать, что характер изменения поля, для которого хотим найти свойства плазмы, тоже гармонический во времени. Временной закон – экспонента .

Выполняя дифференцирование, получаем следующую формулу:

Из последнего уравнения в явном виде запишем выражение для смещения электрона:

Из (1) выразим диэлектрическую восприимчивость среды :

Через диэлектрическую восприимчивость абсолютную диэлектрическую проницаемость любой среды как комплексную величину можно выразить так:

где	- реальная диэлектрическая проницаемость (относительная диэлектрическая проницаемость); - мнимая диэлектрическая проницаемость; – частота поля, для которого хотим определить свойства плазмы.

Диэлектрическая проницаемость плазмы зависит от соотношения частот. При изменении рабочей частоты поля, которым облучаем плазму, меняются свойства плазмы.

Какой может быть относительная диэлектрическая проницаемость? Она может быть меньше единицы или отрицательной. Для любых твердых диэлектриков меньше единицы она быть не может. Тем не менее, при среда диэлектрическая, но с существенными потерями в ней (потери на поглощение). При , среда становится проводящей. При попадании магнитного поля на такую среду, оно проходить не будет, однако проникать на глубину проникновения (расстояние, на котором поле затухает в «е» раз) будет.

Плазма будет являться проводником при . Мы можем управлять этим соотношением, т.к. нам подвластна рабочая частота. Чтобы уменьшить влияние плазмы (сделать ее диэлектриком), необходимо увеличивать рабочую частоту .

 

Свойства плазменной оболочки (cоотношение частот для диэлектрика с потерями неправильное: )

На этом рисунке свободное пространство – это неионизированный слой воздуха. Воздух ионизируется при 3000 К (при атмосферном давлении). Металлообразная образная оболочка и диэлектрик с потерями – плазма. ГЗЛА – гиперзвуковой летательный аппарат. Нужно учитывать, что в носовой части не толстый слой плазмы, а тонкий.

Как обеспечить радиосвязь в таком случае? Можем выбрать местоположение антенны – найти такое место в боковой части, где потери будут минимальны. Также можно компоновать антенну в носовой части, однако возникают трудности с теплостойкостью, имеют место большие потери в мощности.

Шумовое излучение плазмы

 

Плазма излучает в очень широком спектре в диапазоне СВЧ. Спектр этого излучения – сплошной (непрерывный). Излучение плазмы мы называем шумовым, потому что оно имеет, во-первых, широкий спектр, во-вторых, имеют место случайные законы изменения частоты и амплитуды. Излучение нам дает соударение электронов.

Если отвлечься от рассмотрения физики плазмы, то в оптике излучение (излучательная способность) описывается законом Планка или, в более частном случае, законом Рэлея-Джинса. Распространим этот закон и на плазму.

Закон Рэлея-Джинса определяет мощность излучения с единичной поверхности F в единичный телесный угол на единичной частоте:

где	– частота, на которой оцениваем мощность; Т – температура плазмы; с – скорость света; – единичный телесный угол.

Закон Рэлея-Джинса – это частный вид закона Планка для СВЧ.

Для реальных тел (и для плазмы) нужно учитывать степень черноты – отличие излучательной способности плазмы от абсолютно черного тела.

Излучательную способность можем учесть введя постоянную затухания в плазме (А). Если говорим, что шум плазмы принимается бортовой антенной, а антенна работает на приемник, то тогда мощность шумов плазмы, принятая антенной и воспринятая приемником, может быть оценена следующим образом:

где	– линейная полоса пропускания.

Принято говорить, что, определяя мощность шумов, мы считаем плазму равновесной по температуре частиц плазмы. Говоря о равновесности, предполагаем, что температура частиц одинакова, а значит можем использовать температуру электронов в формуле для мощности:

При использовании этой формулы возникают трудности при определении затухания в плазме и температуры электронов. Не всегда затухание можно рассчитать несмотря на всю простоту предыдущих формул для расчета. Поэтому и формула выше, несмотря на использование только трех множителей, оказывается весьма сложной и часто не находит применения.

Расчеты показали, что шумовая температура плазмы может достигать тысячи градусов, однако нас интересует не сама она, а то, какая мощность будет создаваться при этой температуре. Эта мощность может быть соизмерима с мощностью принимаемого сигнала и даже превышать его. Это означает, что можем потерять полезный сигнал на фоне шумов плазмы.

Измерить мощность шумов (шумового сигнала) можно радиометром.

Натурные эксперименты

 

Проводилось много пусков, в том числе США, Россией, Европейским космическим агентством, Китаем.

Первые специальные пуски пришлись на 1970-е гг. Они были наипростейшими и не были направлены на радиотехнику – были, в основном, направлены на измерение аэродинамики и теплофизики. Затем у американцев появился проект RAM (Radio Attenuation Measurement, измерение радиозатухания). Позднее в этом проекте появились дополнительные: RAM-A-1,2…, RAM-B-1,2… Были опубликованы результаты отражения от плазмы, из чего было видно, что плазма весьма ионизирована. В других видах испытаний было испытано введение разных присадок, в результате чего обнаружилось гашение влияния плазмы, однако без количественных данных. Были опыты по использованию магнитного поля по просветлению плазмы. Также испытывались зонды.

Кроме проекта RAM были испытания на пилотируемых кораблях – Меркурий, Джемини.

Варианты построения внешнего канала радиотехнической части РТК.

 

2.1) Метод свободного пространства.

На этом рисунке а посередине между рупорными антеннами – образец диэлектрика в виде плоскопараллельной пластины ограниченных размеров.

Облучаем эту пластину электромагнитной волной и фиксируем в приемнике, что будет с мощностью и фазой этой волны, прошедшей образец диэлектрика.

Чтобы реализовать эту идею, необходимо установить функциональную связь:

В этом подходе возникают сложности с получением связывающий функции f. Наиболее просто эта функция получается, если мы облучаем образец диэлектрика плоской однородной электромагнитной волной. Волна:

- плоская – равные фазы находятся в плоскости, ориентированной перпендикулярно направлению распространения;

- однородная – одинаковая напряженность в плоскости равных фаз.

Для других условий уравнения Максвелла решить не удастся.

По мощности и фазе мало вести измерения. На картинке отображена только радиотехническая часть комплекса, а мы также должны осуществлять нагрев. Так как образец не должен ни с чем контактировать и нагревательная струя ограничена в размерах, то нужно греть только ограниченный участок образца (заштрихованную часть на рисунках выше), т.е. подводить нагревательную струю к участку диэлектрика под некоторым углом.

На практике целесообразнее вместо рупорных антенн использовать зеркальные фокусирующие антенны, т.к. греем малый участок диэлектрика и снимаем значения с этого же малого участка. Кроме этого, у рупорных антенн широкая ДН – облучаем большие размеры образца (не только нужный нам греемый участок, но также мимо), а греем малые.

Минимальная толщина образца диэлектрика должна составлять половину длины волны:

толщина волны в диэлектрике.

Обоснуем выбор толщины диэлектрика.

Волна, распространяющаяся от передатчика, встречает на своем пути две неоднородности, вызывающие отражение от образца (границы раздела воздух-диэлектрик и диэлектрик-воздух). Тогда в области слева от образца будут две отраженные волны (т.к. волна отразилась от границы I, прошла дальше и отразилась от границы II). Отраженные волны будут складываться, причем сложение будет зависеть от того, в какой они оказались фазе. Если брать толщину диэлектрика , отраженные волны будут находиться в противофазе, следовательно, при сложении сумма отраженных волн будет уменьшаться, но не компенсироваться полностью из-за разных амплитуд (разных напряженностей поля). Разные амплитуды будут из-за потерь на затухание при прохождении диэлектрика в прямом направлении и обратном, поэтому волна, отраженная от II границы, имеет меньшую амплитуду. Таким образом, для уменьшения отражения всегда следует брать толщину диэлектрика .

Из рисунка выше наиболее привлекательным является вариант г). Ход лучей, изображенный на рисунке, будет иметь место, если зеркало имеет профиль эллипсоида вращения. Два эллипсоида имеют совмещенные дальние фокусы, которые находятся на испытуемом образце.

Мы уже говорили о том, что волна поля должна быть плоской и однородной. Должны рассматривать общую фокальную плоскость и анализировать, выполняется ли требование. Фокальная область имеет ограниченную протяженность. На практике достижимы значения протяженности фокальной области , где - длина волны в свободном пространстве. Сам размер фокальной области достижим , т.к. в теории фокусировка происходит в размер . Тогда каждый луч падает нормально к образцу, что характерно для плоской волны. Плоскость равных фаз такой волны параллельна образцу.

Поле неодинаковое, неравномерное, так как максимальная напряженность поля будет на оси излучения антенны D/2 и будет спадать к краям фокусировки.

При использовании схемы г) мы измеряем мощность прошедшей волны, или, наиболее часто, коэффициент прохождения по мощности |T²| и фазу . Затем наша задача – по полученным измерениям этих характеристик пересчитать в параметры диэлектрика:

Оказывается, что зависимости эти получены решением уравнения Максвелла при облучении плоской и однородной волной.

Таким образом, проводимые измерения сводятся к двум операциям:

1) измерить изменение прошедшей мощности;

2) измерить изменение фазы.

Мощность будет изменяться из-за поляризации, которая зависит от , а фаза, в свою очередь, влияет на отражение и изменяется из-за скорости прохождения в воздушном слое и в диэлектрике.

 

2.2) Метод отношения мощностей.

Структурная схема измерительного устройства, основанного на методе отношения мощностей:

СВЧ генератор; 2 – разветвитель; 3 – серодинный преобразователь частоты ЛБВ; 4 – исследуемый объект; 5 – смеситель; 6 – усилитель ПЧ; 7 – фазометр, работающий на ПЧ; 8 – кварцевый генератор; 9 – генератор «пилы».

 

Идея заключается в том, что преобразуем частоту, на которой ведем исследование, в более низкую для того, чтобы использовать стандартные имеющиеся фазометры, работающие на низкой частоте. Для нашего случая такую схему применить не удается, поскольку когда говорим об изменении фазы, то в канале с испытуемом образцом имеем не только изменение фазы, но и существенное изменение напряженности поля (амплитуды).

Чтобы измерять фазу при существенном изменении амплитуды, применяется метод дифференциального фазометра.

Схема фазометра, амплитуды выходных сигналов которого пропорциональны синусу и косинусу измеряемой разности фаз:

Диаграммасъёмное устройство

 

Штриховыми линиями показано греющая плазма. Другие обозначения на рисунке:

	прямоугольный волновод, соединённый по фланцу
	аттенюатор
	вентиль
	амплитудный модулятор
	усилитель
	коаксиальный кабель
	направленный ответвитель (сверху – согласованная нагрузка)

 

Зачем нужна развязка (вентиль)? В генераторах малой мощности обычно для генерации используется клистрон. Генерация происходит в резонаторе, на который работает клистрон, с него же и снимаем энергию. Если в резонатор попадает отраженная волна, происходит расстройка резонатора, меняется частота. Это малоприятное явление, т.к. должны работать на фиксированной частоте. Расстройки можно избежать с помощью вентиля.

СВЧ диод, установленный в тракте левого направленного ответвителя, выделяет модулированное колебание. С помощью левого тракта оцениваем мощность генератора, идущую на антенну. Правый направленный ответвитель, расположенный ближе к антенному окну, реагирует на отраженную мощность.

Зная подводимую и отраженную мощность, находим коэффициент отражения, который будет меняться из-за нагрева антенного окна и согласования антенного окна с трактом.

Таким образом, два направленных ответвителя работают на непрерывное вычисление коэффициента отражения.

Мы знаем, что антенна излучает в полупространство. Индикаторы, расположенные в этом полупространстве, работают как детекторы СВЧ. и выделяют модулирующий сигнал. Коаксиальным кабелем снимаем показания, электронный коммутатор коммутирует диоды (проводит быстрый опрос), но работаем уже не на самописец, а на цифро-печатающее устройство. Измерение индикаторами поля проводим в дискретные промежутки времени, когда ионизирующую плазму убираем из зоны измерения, при этом идет быстрое остывание, из чего следует, что убирать плазму должны на очень малый промежуток времени. Это определяет требование к быстродействию съема интересующей информации.

Так как обычно диаграмма изображается в графическом виде в сферических координатах (зависимость напряженности поля от функции угла), то показания диодов, расположенных на разных телесных углах, фиксируем на печатающем устройстве и используем для построения графика.

Рассмотрим схему для измерения КПД.

 

Устройство для измерения КПД

 

	циркулятор
	вентиль

 

Первый циркулятор работает либо на антенну, либо на согласованную нагрузку. Второй циркулятор работает либо на антенну, либо на тракт, состоящий из направленного ответвителя. Энергия, которая не ответвляется, идет через развязку на радиометр. Тракт от диодного генератора до радиометра – тракт оценки мощности, которую мы хотим подвести к антенне. Сигнал от дополнительного генератора шума, подсоединенный к направленному ответвителю, служит эталонным для радиометра.

Антенной излучаем шумовой сигнал в соответствии с диаграммой направленности. Мы хотим знать эту излученную мощность. Должны вести замеры всей мощности в пространстве, охватывающем в том числе эталонную антенну. Она представляет собой зеркальную антенну с профилем эллипсоида.

Правая цепочка, также, как и левая, включающая радиометр, предназначена для оценки шумовой мощности, принятой антенной.

В этой измерительной схеме плазма:

1) греет;

2) выступает источником шумового излучения.

Наши измерения ведутся не по сигналу, который подводится к антенному окну, а по сигналу, который оно принимает от плазмы (при этом диодный генератор шума через циркулятор замкнут на согласованную нагрузку!). Эталонная антенна измеряет шумовую мощность плазмы. Таким образом, мощность, принимаемая эталонной антенной, отличается от мощности, принимаемой антенным окном, на величину КПД. Однако мы не учли, что эталонная антенна также принимает шумовое излучение бортовой антенны (она шумит, так как греется).

Уменьшить влияние пленки расплава можно с помощью перераспределение ионов в расплаве, т.е. в апертуре создаем решетку «зона с ионами»-«зона без ионов», которая позволяет пленку расплава сделать более радиопрозрачной.

На ионы можно повлиять с помощью электрического поля. Как это сделать на практике?

 

 

 

Внешнее кольцо – апертура излучателя; внутри внешнего кольца – теплозащита. Вертикальные полоски – обогащенные зарядами участки теплозащиты.

 

АО с наложением электрического поля

 

Разрезание кольца позволяет подвести к одному и другому полукольцу ЭДС. Рассматривая с торца, видим углубления.

Для практики этот способ не очень удачен, поскольку антенна в процессе эксплуатации сгорает.

 

Есть еще вариант с охлаждением антенны. Для охлаждения антенной вставки хладагентом можем использовать составную конструкцию вставки, состоящую по крайней мере из двух материалов.

Зачем два материала? Они имеют разную теплопроводность. Благодаря этому можно добиться перераспределения температур. Явление охлаждения основано на испарении. Как нужно подобрать температуры испарения T1, T2? T2<T1 Если при нагреве раньше начинает испаряться материал кольца (синий цвет, T2), то при этом он охлаждает втулку (зеленый цвет, T1).

 

 

 

 

Конструкция АО осесимметричной структуры из ТЗМ BN и ВИО–18

(l = 3 см)

 

Этот вариант также встречает некоторые сложности. При нагреве материалы расширяются. Чтобы не было разрушения кольца при использовании двухкомпонентной вставки, нужно, чтобы линейный коэффициент температурного разрушения был гораздо выше.

Если Т2 очень маленькая ве