CC BY
9УДК 621.396.7 Беланова А.А., Бестугин А.Р.
Беланова А.А.
магистрант кафедры конструирования и технологий электронных и лазерных средств Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (г. Санкт-Петербург, Россия)
Научный руководитель: Бестугин А.Р.
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедры №23 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (г. Санкт-Петербург, Россия)
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ
Аннотация: в настоящей статье представлены результаты аналитических исследований, проводимых с целью формирования требований, предъявляемых к построению датчиков радиолокационных, выявлению факторов, влияющих на конструкторско-технологические решения для реализации оптимального варианта построения. Данные исследования являются частью прикладной научно-технической работы, посвященной вопросам перспективы применения радиолокационного датчика на беспилотном летательном аппарате (БЛА) для проведения измерений эффективной площади рассеяния (ЭПР) морских и наземных пассивных радиолокационных мишеней (целей), проводимой на кафедре № 23 «Конструирование и технологии электронных и лазерных средств» ГУАП.
Ключевые слова: активная фазированная антенная решетка фазированная антенная решетка, волноводно—щелевая антенная решетка.
Для проведения сравнительного анализа рассмотрены наиболее
распространенные варианты построения антенных решеток радиолокационного датчика (ДРЛ):
- активная фазированная антенная решетка (АФАР),
- фазированная антенная решетка (ФАР),
- волноводно-щелевая антенная решетка (ВЩАР). Общая структурная схема АФАР приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Общая структурная схема АФАР. Пример реализации полотна АФАР приведен на рисунке 2.
Рис. 2. РЛС на базе АФАР.
ФАР подразделяются на следующие типы:
- пассивные ФАР с волноводной запиткой элементов,
- пассивные ФАР проходного типа. Структурные схемы ФАР приведены на рисунке 3.
□
ПАССИВНАЯ ФАР С ВОЛНОВОДНОИ ЗАЛИТКОИ ЭЛЕМЕНТОВ
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ АНТЕННЫ Ч/ ЧУ Ч/ Ч/ у X/ X/
^ Т П
ФАЗОВРАЩАТЕЛИ
волноводы
гг т
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ФАЗОВРАЩАТЕЛЯМИ
ТТ 1Т 1Т т
ПЕРЕДАТЧИК
ПРИЕМНИК
В
ПАССИВНАЯ ФАР ПРОХОДНОГО ТИПА
Рис. 3. Общая структурная схема ФАР. Пример реализации полотна ФАР представлен на рисунке 4.
Рис.4. Пример реализации полотна ФАР.
Волноводно-щелевая антенная решетка - это антенна, выполненная на основе волноводных линеек с щелями в стенках прямоугольного волновода. Пример реализации полотна ВЩАР представлен на рисунке 5.
Рис.5. Пример реализации полотна ВЩАР.
Сравнение массы ДРЛ на базе различных типов антенных решеток. АФАР построена, как совокупность приемо-передающих модулей (ППМ), содержащих один или более излучающих элементов. Таким образом, в предельном случае количество ППМ достигает количества излучающих элементов.
Характерной особенностью ППМ является то, что в основе его построения, как правило, лежит усилитель мощности (УМ) с низким КПД (до 40% для X-диапазона и до 20% для диапазона).
Низкий коэффициент полезного действия (КПД) приводит к тому, что существенная часть потребляемой мощности рассеивается в тепло, которое, во избежание перегрева, необходимо отводить. Для отвода тепла применяют системы активного охлаждения (воздушное, жидкостное), что в свою очередь влечет за собой увеличение массогабаритных характеристик АФАР.
В радиолокационной станции (РЛС) на базе ФАР для излучения и приема сигнала используются один ППМ на все излучающие элементы. Использование одного ППМ позволяет локализовать элементы, активно рассеивающие мощность.
Использование только одного ППМ влечет за собой уменьшение общей массы РЛС на основе ФАР относительно АФАР, что обусловлено:
- уменьшением количества элементов в системе,
- отсутствием необходимости использования системы жидкостного охлаждения.
РЛС на базе ВЩАР при заданном энергетическом потенциале не
нуждаются в охлаждении, а в качестве источника электромагнитной энергии используют один мощный приемо-передатчик.
Антенное полотно ВЩАР проектируется на основе заданной формы диаграммы направленности (ДН). ВЩАР не обладает свойством управляемости направлением ДН. Следовательно, для обеспечения изменения положения ДН ВЩАР, требуется механический привод, что приводит к увеличению массы конструкции.
Несмотря на то, что для ВЩАР требуется использование механического привода, при схожих электродинамических характеристиках РЛС ее масса будет меньше, чем у ФАР и АФАР.
РЛС на базе ВЩАР обладают наименьшей массой из всех предложенных вариантов.
Сложность построения ДРЛ на базе АФАР и ФАР выше, чем сложность ДРЛ на базе ВЩАР. Это обуславливается сложностью конструктивного исполнения подсистем и активных элементов.
Сложность конструктивного исполнения подсистем и активных элементов ДРЛ на базе АФАР и ФАР приводит к тому, что их стоимость намного выше стоимости ДРЛ на базе ВЩАР.
Результат сравнительного анализа
При одинаковых тактико-технических характеристиках и решаемых задачах среди рассматриваемых вариантов ДРЛ на базе ВЩАР обладает:
- наименьшей потребляемой мощностью,
- наименьшей массой,
- наименьшей сложностью конструирования,
- наименьшей стоимостью.
Из приведенного анализа видно, что вариант построения ДРЛ на базе ВЩАР является наиболее оптимальным для использования радиолокационного датчика на БЛА.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток: учеб. пособие для вузов / Д.И. Воскресенский, Р.А. Грановская, Н.С. Давыдова и др., под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1981. 432 с;
2. Антенны УКВ / под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. Ч. 1. - М.: Связь, 1977. -384 с;
3. Драбкин, А.Л. Антенно-фидерные устройства / А.Л. Драбкин, В.Л. Зузенко, А.Г. Кислов. М.: Сов. радио, 1974. 536 с;
4. Прокофьев, Л.И. Методы изготовления волноводно-щелевых антенных решеток для бортовых АФС КВЧ-диапазона длин волн/ Л.И. Прокофьев, Ю.А. Светлаков, А.Ю. Седаков // Новые промышленные технологии, 2009. - №3. - С. 11-14;
5. Семенов, А.А. Теория электромагнитных волн/А.А. Семенов. - М.: Изд-во МГУ, 1968. - 320 с.
Belanova A.A., Bestugin A.R.
Belanova A.A.
Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation (Saint Petersburg, Russia)
Scientific advisor: Bestugin A.R.
Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation (Saint Petersburg, Russia)
COMPARATIVE ANALYSIS OF OPTIONS FOR BUILDING RADAR SENSORS
Abstract: this article presents the results of analytical studies conducted in order to form the requirements for the construction of radar sensors, to identify factors affecting design and technological solutions for the implementation of the optimal design option. These studies are part of an applied scientific and technical work devoted to the prospects of using a radar sensor on an unmanned aerial vehicle (UAV) to measure the effective scattering area (ESR) of marine and terrestrial passive radar targets (targets), conducted at the Department No. 23 "Design and Technology of Electronic and laser facilities" of the GUAP.
Keywords: active phased array phased array antenna array, waveguide-slit antenna array.
