www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Anteny radarowe

Charakterystyka promieniowania anteny

1,67°
-20 dB
poziom
listka
bocznego
listki boczne
listek
główny

Rysunek 1: Przykładowy wzór anteny parabolicznej w kartezjańskim układzie współrzędnych

1,67°
-20 dB
poziom
listka
bocznego
listki boczne
listek
główny

Rysunek 1: Przykładowy wzór anteny parabolicznej w kartezjańskim układzie współrzędnych

Charakterystyka promieniowania anteny

Charakterystyka promieniowania anteny ukazuje w sposób graficzny zdolność wypromieniowywania energii przez antenę w różnych kierunkach, definiowana jako rozkład pola Е na powierzchni kuli posiadającej bardzo duży promień, równy strefie promieniowania. Środek tej kuli znajduje się w tym samym miejscu co środek anteny. Dlatego też charakterystyka promieniowania nie zależy od oddalenia od anteny, tylko od kąt poziomy θ i kąt pionowy φ.

Dla anteny idealnie izotropowej, dla której gęstość mocy promieniowanej jest taka sama we wszystkich kierunkach, wzorzec kierunkowy ma kształt kuli. Anteny kierunkowe, takie jak anteny radarowe, zapewniają znaczną koncentrację promieniowania w jednym, określonym kierunku. Dzięki skupionej, wąskiej szerokości wiązki w tym kierunku uzyskuje się duży zasięg radaru. Ta wąska szerokość wiązki pozwala na dokładniejszą emisję sygnału sondującego w kierunku celu i odbiór sygnału odbitego od celu. Wykres kierunkowy jest graficznym przedstawieniem względnego natężenia pola emitowanego lub odbieranego przez antenę. W diagramie kierunkowym odległość jego powierzchni od początku jest proporcjonalna do wielkości natężenia pola elektrycznego Е w pewnej stałej odległości od anteny w odpowiednim kierunku.

listki wsteczny
listki
boczne
listek
główny

Rysunek 2: Przekrój poziomy schematu promieniowania w układzie współrzędnych biegunowych

listki wsteczny
listki
boczne
listek
główny

Rysunek 2: Przekrój poziomy schematu promieniowania w układzie współrzędnych biegunowych

Wzorzec promieniowania anteny poziomej

Wzorzec wiązki jest zazwyczaj przedstawiany jako trójwymiarowy wykres. Wzorce płaszczyznowe najczęściej wykreślane są albo w płaszczyźnie osi anteny, albo w płaszczyźnie prostopadłej do niej. Płaszczyzny te nazywane są odpowiednio płaszczyzną azymutalną i płaszczyzną kątową. Działki takie mogą być wykreślane w kartezjańskich (prostokątnych) układach współrzędnych (rysunek 1) lub w polarnych układach współrzędnych (rysunek 2). Każdy z tych formatów ma wady i zalety. W kartezjańskim układzie współrzędnych uzyskuje się dobrą szczegółowość, ale reprezentacja kształtu wiązki nie jest jednoznaczna. Ten typ reprezentacji wzoru promieniowania jest preferowany, gdy ważne jest dokładne oszacowanie poziomu listków bocznych. Gdy wzór wiązki jest konstruowany za pomocą symulacji numerycznej, dostępna jest tabela wartości o pożądanym poziomie szczegółowości.

Wzorce antenowe wykreślone w układzie współrzędnych biegunowych są bardziej widoczne i lepiej nadają się do mapowania. Pozwalają one na szybką ocenę właściwości anteny w danym kierunku.

Dostawcy anten mierzą schematy antenowe poprzez ustalenie pozycji punktu obserwacyjnego i obracanie anteny wokół jej osi, lub alternatywnie poprzez dokonywanie pomiarów (obliczeń) w punktach wokół nieruchomej anteny.

Chociaż obraz schematów antenowych może być przydatny do oceny wizualnej, może nie być wystarczająco informacyjny podczas wykonywania analizy inżynierskiej. Dlatego też dane zmierzone lub obliczone są również zamieniane na wartości liczbowe w postaci tabel.

Wzór promieniowania pionowego

Kształt wykresu kierunkowości pionowej określa się przez przecięcie trójwymiarowego wykresu z płaszczyzną pionową. Wykres na rysunku 3 przedstawia ćwiartkę (jedną ćwiartkę) koła. Tutaj wartości zasięgu radaru są wykreślone wzdłuż osi x, a wysokość celu wzdłuż osi y. Jedną z metod badań antenowych jest metoda Sun-Strobe-Recording. Do realizacji tej metody można wykorzystać RASS-S (Radar Analysis Support System for Sites), narzędzie pomiarowe opracowane przez firmę Intersoft Electronics. Jest to system oprogramowania, który ocenia różne elementy radaru w danych warunkach, niezależnie od producenta radaru.

Rysunek 3: Pionowy wzór promieniowania cosecans kwadratowy wykres

Rysunek 3: Pionowy wzór promieniowania cosecans kwadratowy wykres

Na rysunku 3 jednostką zasięgu jest mila morska, a jednostką wysokości jest stopa. Oba urządzenia są nadal używane w systemach kontroli ruchu lotniczego, gdzie historycznie tak było. Rodzaj jednostki miary ma drugorzędne znaczenie tylko dlatego, że na wykresach kierunkowych wykreślany jest poziom względny. Oznacza to, że maksymalna (teoretyczna) wartość zasięgu obliczona z równania radaru odpowiada kierunkowi maksymalnego promieniowania anteny. Forma wykresu daje tylko jakościowe oszacowanie! Do uzyskania wartości bezwzględnych potrzebny jest drugi wykres, skonstruowany w tych samych warunkach. Porównując oba wykresy można wyciągnąć wnioski na temat działania anteny.

Promienie skośne na wykresie odpowiadają kątom położenia, następującym co pół stopnia. Różne skalowanie osi układu współrzędnych (zasięg i wysokość celu) powoduje nieliniową zmianę odległości kątowej między promieniami kątowymi. Linie wysokości tworzą siatkę liniową. Przerywane linie obok nich pokazują krzywiznę Ziemi.

Rysunek 4: Trójwymiarowa charakterystyka promieniowania promiennika tubowego

Rysunek 4: Trójwymiarowa charakterystyka promieniowania promiennika tubowego

Trójwymiarowa charakterystyka promieniowania

Symulacje komputerowe służą do określenia trójwymiarowych właściwości promieniowania kierunkowego. Służą do tego różne pakiety oprogramowania, których wyniki mogą być zaskakująco bliskie rzeczywistym pomiarom. Skonstruowanie takiego obrazu wymaga obliczenia wartości w dużej liczbie punktów. Z tego powodu w wielu takich aplikacjach stosuje się kompromis: pionowe i poziome przekroje wzorca promieniowania są generowane na podstawie rzeczywistych pomiarów, a wartości dla pozostałych punktów są obliczane przez pomnożenie całej tablicy przekrojów pionowych przez jedną wartość przekroju poziomego. Taki algorytm wymaga ogromnych zasobów obliczeniowych. Pomijając jednak widowiskowość takich obrazów w prezentacjach, ich przydatność jest wątpliwa, gdyż nie dodają one praktycznie żadnych nowych informacji w porównaniu z dwoma płaskimi diagramami. Przeciwnie: w obszarach peryferyjnych, w wyniku kompromisu, obliczone wartości mogą znacznie różnić się od wartości zmierzonych.