Основи на радиолокацията

Антена с косекансно-квадратична характеристика

Антените с косекансно-квадратична характеристика (Cosecans², съкратено CSC²) на диаграмата на насоченост са специално проектирани за радари за контрол на въздушното движение и противовъздушната отбрана. Този тип антени създават специфично разпределение на енергията в диаграмата на насоченост на антената и по този начин осигуряват най-добрите условия за сканиране на пространството. Диаграмата на насоченост на тази антена позволява желаната форма на покритие по отношение на височината, при която приетата мощност не зависи от разстоянието до целта при постоянна височина на целта. По този начин се постига по-голяма равномерност на нивото на сигнала на входа на приемника, когато целта се движи на постоянна височина.

Има няколко начина за получаване на косекансно-квадратична характеристика:

• Промяна на формата на отражателя:
  • горната част на отражателя е по-извита назад (изпъкнал деформиран рефлектор), или
  • долната част на отражателя е по-извита към радиатора (вдлъбнат деформиран рефлектор).
• Няколко излъчвателя подават отражателя като вторичен излъчвател (многолъчева антена, на английски: «stacked beam antenna»).
• Използване на антена група с различни разстояния и/или различен мощност за захранване на отделните радиатори.

Идеалната характеристика на насоченост е почти правоъгълна със заоблени ъгли. На практика идеалната диаграма е насложена с редица странични листове, особено на гърба на диаграмата за по-големи ъгли на издигане. Формата на всички странични листове може да се комбинира, за да се образува почти параболичен фланг. Това дава допълнителна печалба в близки разстояния и частично компенсира влиянието на контролирания от времезависимо регулиране на усилването (STC) за целите на големи височини.

Косекансно-квадратичната характеристика може да бъде реализирана не само с параболични антени, но и с други видове антени. Когато изграждате радарна антена в честотния диапазон УКВ, реализиран с антени на яги, формата може да се постигне чрез наслагване на директната вълна с енергийни компоненти, отразени на земята.

Изображение 2: Различна кривина на отражателя
a) изпъкнал деформиран рефлектор
b) вдлъбнат деформиран рефлектор

Изображение 2: Различна кривина на отражателя
a) изпъкнал деформиран рефлектор
b) вдлъбнат деформиран рефлектор

Модификация на отражателя

Идеално оформен параболичен отражател, във фокуса на който има първичен радиатор, генерира относително рязко фокусиран радиационен лоб, тъй като идеално лъчите напускат отражателя паралелно. Ако този рефлектор е асиметричен с вертикалния към хоризонталния размер, първоначално се създава ветрилообразна диаграма. За да се генерира косекансно-квадратична характеристика, част от енергията трябва да бъде отклонена нагоре. Една от възможностите е да огънете горната част на отражателя по-малко. Сега частта от лъчите, която попада в по-малко извитата повърхност (горна част), се отразява нагоре. Един аналогичен възможен метод е да извиете долната част на рефлектора повече.

Самият рупорен излъчвател има посочена диаграма на насоченост с гаусско разпределение, така че краищата на отражателя да са по-малко осветени от центъра им. Това гарантира, че лъчите, отклонени нагоре, нямат твърде висока плътност на мощността и следователно обхватът е ограничен по височина.

Ако се използва вдлъбнат деформиран отражател, цялата антена е по-компактна в конструкцията. Освен това, ако размерът е сравним, изпъкнал деформиран рефлектор се нуждае от по-рязко фокусиран рог. Долният фланг на насоченост на антената, който е важен за откриване на ниско летящи самолети, е формиран тук от частта от енергията, излъчвана от рога, която е по-близо до центъра на оста на рупорa. Следователно тук енергията е малко по-висока и този долен фланг е по-силно изразен.

а)

б)

Изображение 3: Рефлекторна антена с вдлъбнат деформиран отражател (червена диаграма) в сравнение с чиста параболична антена (синя диаграма)

а)

б)

Изображение 3: Рефлекторна антена с вдлъбнат деформиран отражател (червена диаграма) в сравнение с чиста параболична антена (синя диаграма)

Съставна конструкция на лъч с косекансно-квадратична диаграма

Изображение 4. Съставна конструкция на лъч с косекансно-квадратична диаграма

Изображение 4. Съставна конструкция на лъч с косекансно-квадратична диаграма

Изображение 5: Използването на дванадесет рупорни излъчвателя в радарната антена ASR-910 дава възможност за постигане на съставна конструкция на лъч с косекансно-квадратична диаграма.

Изображение 5: Използването на дванадесет рупорни излъчвателя в радарната антена ASR-910 дава възможност за постигане на съставна конструкция на лъч с косекансно-квадратична диаграма.

«Косекансно-квадратната» диаграма на излъчване може да бъде постигната с помощта на два или повече рупорни облъчватели. Всеки облъчвател формира диаграма на лъча в съответната посока. Ако мощността, подавана към облъчвателите, се разпределя неравномерно, е възможно да се постигне приблизително представяне на получената насочена диаграма на «Косеканс-квадрат».

Чрез използването на няколко канала на приемника може да се постигне резолюция по височина, тъй като тогава е възможно да се определи в кой лъч е пристигнало ехото на целта.

Антените с косекансно-квадратична форма на диаграма не се ограничават само до параболичните огледални антени. Този диаграм може да се постигне и с други видове антени. По този начин, когато се използва антенна решетка, състояща се от антени с вълнови канали (антена Яги), желаната диаграма се постига чрез интерфериране на директна вълна, отразена от целта, и вълна, отразена от част от земната повърхност в близост до антената (първата зона на Френел).