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Antenna monopulse

Figura 1: Schema di un'antenna monopulse

Figura 1: Schema di un'antenna monopulse

Figura 2: sezione trasversale di un array di antenna monopule

Figura 2: sezione trasversale di un array di antenna monopulse

Antenna monopulse

L'antenna monopulse è un'antenna array la cui superficie è divisa in quattro quadranti di trasmissione indipendenti. Gli elementi di ogni quadrante possono trasmettere in una fase diversa da quelli degli altri quadranti e quindi coprire un angolo diverso. I ritorni dei quattro settori sondati possono essere aggiunti o sottratti per determinare la posizione esatta del bersaglio.

  1. Nel radar primario AN/FPS-117
    • Tutti gli elementi radianti dell'antenna sono alimentati in fase e il modello di radiazione è la somma dell'emissione di tutti gli elementi;
    • Alla ricezione, solo l'energia di alcuni gruppi è sommata per dare un'uscita Somma (Σ) e quella di altri gruppi è sottratta per dare un'uscita Differenza (Δ).
    Entrambe le uscite sono utilizzate dal processore video per stimare l'esatta posizione del bersaglio nel fascio totale. Questo richiede meno colpi che con un'antenna convenzionale.
     
  2. Nel radar secondario a monopulso Siemens 1990 IFF/SIF
    • un gruppo di impulsi viene trasmesso sul canale della somma (Σ) e
    • un singolo impulso sul canale della differenza (Δ).
    Questo limita l'effetto dei lobi laterali.

Un'antenna monopulse non è un tipo particolare di antenna, ma piuttosto un suo uso particolare. Ecco quindi due applicazioni di questo principio dove il tipo di antenna è totalmente diverso. Nel primo, un radar primario come l'AN/FPS-117 utilizza un'antenna phased array. Nel secondo, l'interrogatore di un'antenna radar secondaria Siemens 1990 è formato da un gruppo di antenne log-periodiche.

Concetto Monopulse

Figura 3: Stima della posizione angolare del bersaglio (nessuna procedura di monopulsione).

Stima della posizione angolare del bersaglio.

Figura 3: Stima della posizione angolare del bersaglio (nessuna procedura di monopulsione).

Il radar monopulse risale allo sviluppo dei radar d'inseguimento e dagli anni 70 questo principio è stato adattato ai radar primari e secondari. Nella figura 3 si può vedere che il bersaglio sarà rilevato da un radar a scansione convenzionale su tutta la larghezza del fascio. L'intensità massima è nell'angolo in cui si trova nell'asse diretto del centro del fascio. Se diversi impulsi sono emessi durante questo tempo di passaggio, questo causa un errore di posizionamento poiché ogni impulso avrà un angolo leggermente diverso e il bersaglio sarà notato in ognuno di questi angoli. Questo errore è quindi dell'ordine della larghezza del fascio.

Un metodo rudimentale per determinare il vero azimut è quello di notare la direzione della massima intensità dell'eco di ritorno al radar. Purtroppo, la misura di questo massimo sarà influenzata dal rumore termico e dalla variazione della riflettività intrinseca del bersaglio (scintillazione). Quest'ultimo è dovuto alla variazione della sezione trasversale radar del bersaglio durante la scansione, che causa una distorsione dell'inviluppo del treno di eco riflessa.

Figura 4: Principio del sistema monopulse (Boresight = Angolo di visione centrale)

Figura 4: Principio del sistema monopulse (Boresight = Angolo di visione centrale)

Un'eco può essere sufficiente

Il principio del radar monopulse risolve questo problema richiedendo una frequenza d'impulso inferiore per ogni bersaglio. Questo sistema permette anche un'elaborazione più sofisticata che si traduce in dati target di migliore qualità. Un solo impulso è necessario per determinare l'azimut del bersaglio, da cui il nome monopulso.

Gli elementi di un'antenna ad array lineare sono divisi in due gruppi uguali. Questi trasmettono come antenne separate nel piano focale su entrambi i lati dell'angolo di visione centrale. In trasmissione (Tx), ogni gruppo è sincronizzato in fase per dare la sua metà del modello di trasmissione totale, o modello Sum Σ in blu nella Figura 4. Nella Figura 4, il grafico superiore mostra Σ, il modello di trasmissione dell'antenna.

Sul lato di ricezione (Rx), l'eco di ritorno è ricevuto da entrambe le metà dell'antenna. È allora possibile sommare Σ, come nella trasmissione, o fare la differenza span class="ftext" title="Delta Azimuth">ΔAz nella loro intensità. Quest'ultimo è chiamato la differenza di azimut o diagramma Delta-azimut. Nella Figura 4, il grafico Δaz mostra la differenza di ricezione azimutale per un bersaglio che sarebbe a destra dell'asse del fascio. Il rapporto tra span class="ftext" title="Delta Azimuth">ΔAz e Σ, come nel grafico in basso, dà l'azimut effettivo del bersaglio. La differenza d'angolo rispetto all'angolo di sguardo del radar si chiama angolo off-azimutale, qui indicato come OBA (Off-Boresight Angle).

L'angolo di elevazione è anche misurato in un radar 3D. La procedura per trovare la variazione dell'angolo di elevazione dell'antenna è la stessa, cioè dividere l'array di elementi in due gruppi verticali. La differenza in questo caso sarà chiamata elevazione Delta o ΔEl. Combinando la ricerca in azimut e in elevazione, l'array di antenne dovrebbe quindi essere diviso in quattro quadranti uguali: due in alto e due in basso.

II
 
 +ΔEl −ΔAz 
 

I
 
 +ΔElAz 
 

III
 
 −ΔEl −ΔAz 
 

IV
 
 −ΔElAz 
 

II
 
 +ΔEl −ΔAz 
 

I
 
 +ΔElAz 
 

III
 
 −ΔEl −ΔAz 
 

IV
 
 −ΔElAz 
 

Figura 5: I quattro quadranti di un'antenna monopulse in 3D.

Le somme e le differenze dei quattro quadranti possono quindi essere trovate come segue:

Per completare i dati, dobbiamo parlare del segnale ausiliario Ω. Quest'ultima non fa parte in senso stretto dell'antenna monopulse. È emesso da una piccola antenna indipendente con un ampio schema di trasmissione e serve a compensare gli effetti dei lobi laterali dell'antenna monopulse. È anche usato per riconoscere le interferenze attive nell'area sorvegliata.

In totale, quindi, quattro ricevitori separati sono necessari per far funzionare una tale antenna e ogni moderno radar 3d ha almeno questo numero a disposizione.

Se i radiatori primari dell'antenna monopulse sono radiatori a tromba, la divisione dei segnali ricevuti può essere fatta con un duplexer monopulse.