Основи радіолокації

Передавальні модулі активної антени

Антени з активними фазованими решітками – це такі антени, в яких випромінювана потужність генерується декількома (багатьма) приймально-передавальними модулями невисокої потужності, що розміщуються безпосередньо на антені. Приклади таких антен: антена носового радіолокатора винищувача „Tornado“ і радіолокатор протиповітряної оборони AN/FPS-117 . Такі антени описані в розділі „Антени“. На цій сторінці розглядаються спеціалізовані передавальні модулі.

В активних фазованих антенних решітках використовуються твердотільні передавальні модулі спеціального типу. Будова модулів, що використовуються у більшості активних фазованих решіток, показана на Рисунку 1.

Всі компоненти зібрані в єдиному приймально-передавальному модулі. Такий модуль об’єднує в своєму складі електронний фазообертач, атенюатор з цифровим керуванням, твердотільний підсилювач потужності, малошумний підсилювач (МШП), два феритові циркулятори та антенний перемикач. Крім цього, в модулі, як правило, реалізуються функції самоперевірки та визначення поточного стану (англ. Built In Test Equipment, BITE), результати виконання яких використовуються для діагностики всієї системи. В деяких випадках між малошумним підсилювачем та антеною додають обмежувач. Цей елемент слугує для зменшення рівня сигналів постановників активних перешкод, а також сигналів відлуння великих цілей (таких, що мають великі значення ефективної площу вторинного випромінення), які знаходяться на невеликих дальностях від радіолокатора. Обмежувач також виконує функцію захисту приймача у випадках порушень в роботі або виходу з ладу антенного перемикача. Проста реалізація обмежувача складається з двох pin-діодів, з’єднаних паралельно, але із зворотнім включенням.

Активні антени мають низку переваг. Так, не потрібні потужні довгі кабелі між передавачем і антеною. Завдяки малим довжинам кабелів втрати у лініях передачі є невеликими. Для антен, що обертаються, існує потреба у передаванні через обертальні контактні з’єднання лише сигналів з відносно низькою частотою (зазвичай, проміжною частотою). Чим менш потужні групи випромінювачів, які підключаються до модуля підсилення, тим меншою має бути його імпульсна потужність. Якщо ця потужність зменшується до певного значення, то в кожному окремому модулі можливо використовувати феритовий циркулятор як перемикач передавання / прийом. Для такого радіолокатора більше не існує мінімальної дальності дії, в межах якої він є „сліпим“ через надмірну випромінювану потужність, яка може спричиняти перевантаження приймача.

Недоліком є те, що у випадку несправності приймально-передавального модуля необхідно вимкнути передавач і зупинити антену. Технік радіолокатора повинен піднятися на антену, щоб замінити модуль. На відміну від цього, передавальна система пасивних антен знаходиться на постійно доступному місці. Часто несправний модуль можливо замінити навіть під час роботи радіолокатора. Це дуже важливий фактор, особливо для радіолокаційних систем керування повітряним рухом.

В багатьох сучасних радіолокаторах, наприклад, в AN/FPS-117 , використовуються передавачі із підсилювачем потужності. Передавач цього радіолокатора працює на двох частотах. Обидві частоти лінійно модульовані для забезпечення можливості застосування технології стискання імпульсів. Завдяки стисканню імпульсів немає необхідності у великій імпульсній потужності, оскільки при використанні цього методу потрібна дальність дії досягається навіть при невеликій імпульсній потужності, значення якої обмежено характеристиками напівпровідникових підсилювачів. Кожен ряд елементів фазованої антенної решітки має свій модуль твердотільного підсилювача потужності і свій приймач. Моноімпульсна обробка прийнятих сигналів відлуння виконується після змішувача на проміжній частоті. Модулі живлення забезпечують елементи решітки потрібними струмами по шинам живлення.