Основи на радиолокацията

Диаграма на насоченост на антената

Диаграмата на насоченост на антена е графично представяне на излъчване на антената. Обикновено тя показва относителния (обикновено нормализиран) интензитет на полето, излъчвано от антената. Класификацията на интензивността се основава на напрегнатостта на полето, измерена в посоката на максималната мощност на излъчване на антената. Благодарение на теоремата за реципрочността моделите на излъчване (зависимостта на плътността на мощността от посоката) и моделите на приемане (зависимостта на чувствителността от посоката) за една и съща антена съвпадат. Диаграмите на насоченост могат да се определят експериментално или чрез математическо моделиране. Диаграмите на насоченост се използват за оценка на определена антена. По-специално, те могат да се използват за определяне на степента на влошаване на работата на радара, ако антената не е точно ориентирана спрямо целта.

За идеална изотропна антена, при която плътността на излъчваната мощност е еднаква във всички посоки, диаграмата на насоченост е сферична. Насочените антени, като например радарните антени, осигуряват значителна концентрация на излъчване в една определена посока. Благодарение на фокусирания и тесен лъч в тази посока се постига голям радарен обхват. Тази малка ширина на лъча позволява по-точно излъчване на сондиращия сигнал към целта и приемане на отразения сигнал от целта. Диаграмата на насоченост е графично представяне на относителната сила на полето, излъчвано или приемано от антената. При диаграмата на посоката разстоянието на повърхността ѝ от началото е пропорционално на величината на напрегнатостта на електрическото поле Е на определено разстояние от антената в съответната посока.

задни листове

странични
листове

основен
лист

Изображение 2. реално измерена хоризонтална антенна диаграма в полярна координатна система

задни листове

странични
листове

основен
лист

Изображение 2. реално измерена хоризонтална антенна диаграма в полярна координатна система

Диаграмата на насоченост в хоризонталната плоскост

Диаграмата на насоченост обикновено се представя като триизмерна графика. Равнинните диаграми най-често се нанасят в равнината на оста на антената или в равнина, перпендикулярна на нея. Тези равнини се наричат съответно азимутална и ъглова равнина. Такива диаграми могат да се чертаят в декартови (правоъгълни) координатни системи (Изображение 1) или в полярни координатни системи (Изображение 2). Всеки от тези формати има предимства и недостатъци. Декартовата координатна система постига добра детайлност, но представянето на формата на лъча не е ясно. Този тип представяне на диаграмата на излъчване е за предпочитане, когато е важно да се направи точна оценка на нивото на страничните листове. Когато моделът на снопа се конструира чрез числена симулация, е налична таблица със стойности с желаното ниво на детайлност.

Диаграмите на антените, нанесени в полярна координатна система, са по-видими и по-подходящи за картографиране. Те позволяват бърза оценка на свойствата на антената в дадена посока.

Доставчиците на антени измерват шарките на антената, като фиксират позицията на точката за наблюдение и завъртат антената около оста ѝ, или, като алтернатива, извършват измервания (изчисления) в точки около неподвижната антена.

Въпреки че изображението на антенните модели може да бъде полезно за визуална оценка, то може да не е достатъчно информативно при извършване на инженерен анализ. Поради това измерените или изчислените данни също се преобразуват в числови стойности под формата на таблици.

Диаграмата на насоченост във вертикална плоскост

Формата на вертикалната диаграмата на насоченост се определя чрез пресичане на триизмерна графика с вертикална равнина. Графиката на Изображение 3 показва една четвърт (един квадрант) от окръжност. Тук стойностите на обхвата на радара са нанесени по оста x, а височината на целта - по оста y. Един от методите за изследване на антени е методът Sun-Strobe-Recording. За прилагането на този метод може да се използва RASS-S (Radar Analysis Support System for Sites), инструмент за измерване, разработен от Intersoft Electronics. Това е софтуерна система, която оценява различни радарни елементи при дадени условия, независимо от производителя на радара.

Изображение 3: Вертикална косекансквадратна диаграма на насоченост на антена

Изображение 3: Вертикална косекансквадратна диаграма на насоченост на антена

Изображение 4: Триизмерна диаграма на насоченост на рупорен радиатор

Изображение 4: Триизмерна диаграма на насоченост на рупорен радиатор

На изображение 3 единицата за обхват е морска миля, а единицата за височина е фут. И двете устройства все още се използват в системите за контрол на въздушното движение, където това е било традиционно. Видът на мерната единица е от второстепенно значение само защото относителното ниво се нанася на диаграмите на посоките. Това означава, че максималната (теоретична) стойност на обхвата, изчислена от уравнението на радара, съответства на посоката на максимално излъчване на антената. Формата на графиката дава само качествена оценка! За да се получат абсолютните стойности, е необходима втора графика, построена при същите условия. Сравнявайки двете графики, е възможно да се направят изводи за работата на антената.

Наклонените лъчи на графиката съответстват на ъглите на място, следвани на стъпки от половин градус. Различното мащабиране на осите на координатната система (обхват и височина на целта) води до нелинейно изменение на ъгловото разстояние между наклонените лъчи. Линиите на височина образуват линейна мрежа. Пунктираните линии до тях показват кривината на Земята.

Триизмерна диаграма на насочване

С помощта на компютърни симулации се получават триизмерни изображения на диаграмите на насочване. За тази цел се използват различни софтуерни пакети, чиито резултати могат да бъдат изненадващо близки до реалните измервания. Построяването на такова изображение изисква изчисляване на стойностите в голям брой точки. Поради тази причина в много такива приложения се използва компромисен вариант: вертикалните и хоризонталните участъци на схемата на излъчване се генерират от реални измервания, а стойностите за останалите точки се изчисляват чрез умножаване на целия масив от вертикални участъци по една стойност за хоризонтален участък. Такъв алгоритъм изисква огромни изчислителни ресурси. Въпреки това, освен ефектността на такива изображения в презентациите, тяхната полезност е под въпрос, тъй като те не добавят почти никаква нова информация в сравнение с две плоски диаграми. Напротив: в периферните зони, в резултат на компромиса, изчислените стойности могат да се различават значително от измерените.