Совмещенная пассивно-активная антенная система
Владельцы патента RU 2661302:
Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" (RU)
Изобретение относится к антенной технике. Пассивная антенная система состоит из сверхширокополосных спиральных антенн, конструктивно представляющих собой комбинацию плоской и полусферической двузаходных спиралей на диэлектрическом корпусе. Антенны размещены на металлическом неподвижном конусном кольце, расположенном в свободном участке внутреннего объема радиопрозрачного обтекателя, вблизи его стенок, соосно с ним и сзади зоны прокачки активной антенной системы, при этом в приемном устройстве пассивной системы применяется корреляционно-экстремальный метод обработки сигнала. Технический результат заключается в уменьшении влияния искаженного обтекателем электромагнитного поля на основные технические характеристики пеленгатора, в расширении рабочего диапазона несущих частот и в получении устойчивой пеленгационной характеристики в рабочем угловом секторе обзора не менее 60° и с требуемой точностью пеленгации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Для выполнения определенного объема боевых задач авиации возникает необходимость конструктивного совмещения пассивных и активных радиолокационных головок самонаведения в ракетной технике. В этом случае остро стоит проблема с ограниченностью габаритов мест размещения пассивной антенной системы и сложностью совмещенной ее работы в случае функционирования ее на один общий обтекатель, где приоритет по потенциалу отдается активной системе.
Учитывая особенность пассивных радиолокационных систем работать с большим перекрытием по частоте ≈1:20, задача совмещения становится архисложной. В этом случае приходится искать оптимизированный вариант размещения пассивной неподвижной антенной системы с условием применения самой современной системы обработки принимаемых СВЧ-сигналов.
В технической литературе вопрос совмещения пассивных и активных радиолокационных систем подробно не освещается. В связи с этим, сложно выбрать прототип, для сравнения предлагаемого устройства. Например, рассмотрим противорадиолокационную ракету AARGM фирмы АТК, которая разработана на базе ракеты AGM - 88 HARM (YPAGM-88E AARGM - новый уровень функциональных характеристик противорадиолокационных ракет. Аналитический обзор по материалам зарубежных информационных источников. Москва. ФГУП ГосНИИАС, 2015 г., стр. 44-49). В ней система наведения включает головку самонаведения, состоящую из активного радиолокационного канала (АРК), пассивного радиолокационного канала (ПРК) и встроенного приемника внешнего целеуказания с GPS антенной. В нашем случае остановимся на характеристиках ПРК. Он включает неподвижную антенную систему диаметром 148 мм, выполненную в виде круговой решетки набора антенн. Антенная решетка размещена на металлической цилиндрической части корпуса ракеты. Недостатком такой конструкции является то, что в этом случае пассивную антенную систему приходится комплексировать с другими системами, чтобы получить однозначную информацию по точкам пеленгации целей.
К недостаткам также следует отнести ограничение углов пространственной зоны формирования пеленгационной характеристики, за пределами которой требуется применение дополнительных средств управления, например, спутниковых навигационных систем.
В отличие от прототипа в предлагаемом варианте совмещенной пассивно-активной антенной системы пассивная антенная система состоит из сверхширокополосных спиральных антенн, конструктивно представляющих собой комбинацию плоской и полусферической двузаходных спиралей на диэлектрическом корпусе. Антенны размещены на металлическом неподвижном конусном кольце, расположенном в свободном участке внутреннего объема радиопрозрачного обтекателя, вблизи его стенок, соосно с ним и сзади зоны прокачки активной антенной системы, при этом в приемном устройстве пассивной системы применяется корреляционно-экстремальный метод обработки сигнала.
Пассивная антенная система построена по принципу моноимпульсного пассивного пеленгатора с несколькими независимыми каналами.
На рис. 1 изображен макет размещения пассивной антенной системы на неподвижном металлическом конусном кольце. В макете ширина кольца 63,5 мм, передняя вписанная окружность кольца 148 мм, задняя вписанная окружность кольца 202,3 мм.
Радиотехнический и конструктивный выбор угла конуса антенного кольца позволяет приблизить максимумы диаграмм направленности антенн к оси ракеты на угол ≈23°, тем самым увеличивается уровень усиления антенн в этом направлении.
Такое расположение антенн привело к необходимости повышения их термостойкости. Верхняя граница термостойкости антенн была выбрана +450°С в течение 5 минут. В результате подобран более термостойкий материал полусферического корпуса антенны, а также заменены другие вспомогательные ее элементы и способы их крепления.
Испытания антенны после указанной доработки конструкции на усиленный тепловой режим дали положительный результат.
Рассмотрев картину переотражений от стенок общего обтекателя и стоящей впереди активной антенной системы, приходим к тому, что такое близкое расположение антенн пассивного канала к стенкам обтекателя дает уменьшение уровня переотражения в их сторону. Это связано с тем, что переотражения идут в основном от хорошо освещенной стороны обтекателя, а отражения от противоположной стороны значительно ослаблены или трансформируются в поверхностную волну. Кроме того, антенны принимают отраженный сигнал от освещенной стороны обтекателя отвернутым от оси склоном диаграммы направленности. В то же время для уменьшения влияния активной антенной системы, принято решение о необходимости отклонения антенного диска активной антенны вниз на угол около 45°. Экспериментальная проверка влияния такого отклонения диска не выявила значительных отрицательных явлений и показала, что основные переотражения будут определяться обтекателем. Естественно, что термостойкий обтекатель должен быть разработан на самом высоком современном уровне. По крайней мере, для фазового метода пеленгации, диэлектрическая проницаемость выбранного материала обтекателя должна стремиться к величине ε≤3, чтобы обеспечить более удовлетворительную работу пассивной антенной системы в сверхшироком диапазоне частот и поляризаций.
Разработка термостойких обтекателей имеет свои технологические сложности, которые приводят к несоответствию требованиям фазового метода пассивной радиолокации.
В результате радиопрозрачный обтекатель, который по своим радиотехническим характеристикам оптимально настроен на рабочий диапазон активного канала, искажает электромагнитное поле в рабочем диапазоне частот пассивного канала и приводит к потере его работоспособности (искажение угловой зоны пеленгации, увеличение ошибок пеленгации и т.д.).
Антенная система пассивного пеленгатора совместно с цифровым приемным устройством, позволяющим использовать корреляционно-экстремальный алгоритм вычисления углового направления, позволила устранить вышеперечисленные недостатки фазового пеленгатора, уменьшить влияние искаженного обтекателем электромагнитного поля на основные технические характеристики пеленгатора, расширить рабочий диапазон несущих частот и получить устойчивую пеленгационную характеристику в рабочем угловом секторе обзора не менее 60° и с требуемой точностью пеленгации.
1. Совмещенная пассивно-активная антенная система, состоящая из n пассивных антенных элементов, приемного устройства и m активных антенных элементов, отличающаяся тем, что пассивная антенная система состоит из сверхширокополосных спиральных антенн, размещенных на металлическом неподвижном конусном кольце, расположенном в свободном участке внутреннего объема радиопрозрачного обтекателя, вблизи его стенок, соосно с ним и сзади зоны прокачки активной антенной системы, при этом в приемном устройстве применяется корреляционно-экстремальный метод обработки сигнала.
2. Совмещенная пассивно-активная антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что сверхширокополосная спиральная антенна содержит гальванически связанные двузаходные плоскую и полусферическую спирали, закрепленные на диэлектрическом корпусе.
