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Da paraboloide à array in fasi: una breve storia di u sviluppu di l'antenna radar aereo

Data di liberazione: 2021-12-28Fonte autore: KinghelmVista : 2450

Cù u cambiamentu di a dumanda di guerra è u prugressu di a scienza è a tecnulugia, u "cuntenutu d'oru" di u cummattimentu aereu hè diventatu sempre più altu. U sviluppu di u radar aereo di cumbattimentu hè un esempiu tipicu. In quantu à l'apparenza, a parte più intuitiva di l'"evoluzione" di l'equipaggiu di radar hè u cambiamentu Antenna. A seguita hè una breve discussione nantu à u sviluppu di u radar aereo Antenna.


U radar di l'aria hà evolutu da a funzione simplice di ricerca di l'aria è di variazione in a prima fase à avà, ùn deve micca solu piglià in contu a guida di ricerca, seguimentu è cuntrollu di u focu in una grande zona, ma ancu realizà multifunzione cum'è a mappa di terra è SAR. imaging. In generale, u radar aereo richiede u Antenna per avè e caratteristiche di altu guadagnu (faciule per aumentà a distanza di deteczione), fasciu strettu (faciule per aumentà a precisione di a misura di l'angulu), low sidelobe (anti-jamming), etc. U più simplice hè di utilizà direzzione Antennas, cum'è Yagi Antenna è paraboloide (riflettore unicu) Antenna. A taglia di Yagi Antenna hè troppu grande, è paragunatu cù Yagi Antenna, paraboloide Antenna hè più faciule per ottene u lobe laterale bassu. Dunque, paraboloide Antenna hè largamente utilizatu in i radar aerei in u principiu di u periodu di a Guerra Fredda.


Parabolico Antenna (riflettore unicu Antenna).Stu tipu di Antenna usa un paraboloide cù grande dimensione cum'è a superficia principale, è un cornu à u centru davanti à a superficia principale cum'è l'alimentu (alimentu pusitivu), (u cornu pò ancu deviate da u centru, chì hè chjamatu bias feed). U so principiu di travagliu hè abbastanza simile à u specchiu paraboloide in l'ottica. U principiu di travagliu hè chì quandu u Antenna funziona in u modu di radiazione, l'onda sferica radiata da u cornu colpisce u paraboloide, chì trasforma l'onda sferica incidente da u cornu in una onda piana è radiate in u spaziu liberu. In u modu di travagliu è di ricezione, a superficia riflettente principale cunverge l'onda piana trasmessa da u spaziu liberu, chì hè chjamata onda sferica, è a face "ritorna" à u cornu di l'alimentazione. Stu tipu di Antenna ùn hè micca difficiule di processà in X-band è sottu, hà struttura simplice è low cost. Tuttavia, i disadvantages sò ancu evidenti. In generale, u paraboloide Antenna hè faciule d'ottene un altu rendiment quandu u rapportu di diametru focale (u rapportu di a distanza da u cornu à a superficia riflettente à a dimensione di a superficia riflettente principale) hè altu, cusì a sezione generale di Antenna hè altu è u voluminu hè grande. In particulare quandu u Antenna rotate è scans in tuttu, hà da occupà assai u spaziu di a testa, cusì u so angulu di scanning hè ancu limitatu. Per risolve queste difficultà, hè natu un riflettore doppiu chjamatu "Cassegrain".


 
 
A cumpusizioni di basa è u schema di travagliu di paraboloide Antenna  


 
A cumpusizioni di basa è u schema di travagliu di paraboloide Antenna  
 


Radar SL1 di l'equipaggiu di tutti i tempi j-5a (imitazione di u sistema sovieticu) РП- 1 / 5 tipu) Antenna  


Cassegrain Antenna.Hè un migliuratu Antenna in forma di riflettore unicu Antenna. Comparatu cù u riflettore unicu Antenna, u riflettore supplementu supplementu pò ottimisà preliminarmente l'onda elettromagnetica emessa da u cornu è facenu presentà una distribuzione più ideale, chì hè riflessa torna à u riflettore principale, chì poi trasforma l'onda sferica formata in una onda piana è irradia in u liberu. spaziu. U vantaghju hè chì pò migliurà Antenna efficienza di apertura, migliurà u guadagnu, riduce assai u rapportu di diametru focale, riduce u prufilu generale di u Antenna è riduce u voluminu. Dopu chì u ricevitore è l'alimentatore diventanu u pianu principale, hè più favurevule à l'arrangiamentu di u routing di u sistema è riduce u rumore di u sistema. Tuttavia, l'intruduzioni di u riflettore secundariu purterà ancu à u prublema di aumentà a schermatura di a superficia principale, chì à u turnu riducerà u guadagnu generale di u Antenna è elevà u livellu di u sidelobe.


 

A cumpusizioni di basa è u principiu di travagliu di Cassegrain Antenna

 

       
Radar Eagle di l'interceptor su-15( РП- 11)  
 



 
Radar Eagle di l'interceptor su-15( РП- 11)  
 


Per risolve u prublema di occlusione di u riflettore sottu, an Antenna chjamatu Cassegrain invertitu hè prupostu è largamente utilizatu in radar aereo. Cassegrain Invertitu, cunnisciutu ancu Cassegrain deformatu Antenna. Basatu nantu à u Cassegrain Antenna, A pusizioni di u riflettore sottu hè cambiatu in un paraboloide di griglia di polarizazione, è a pusizione di u riflettore principale hè cambiatu in una piastra di torsione di polarizazione. (in fattu, in a carta invertita Antenna, i pusizzioni di i piani principali è ausiliarii sò ovviamente sfarente di quelli di Cassegrain ordinariu.) U principiu di travagliu hè assai sfarente di quellu di Cassegrain. Antenna: l'alimentazione di cornu à a piastra di torsione di polarizazione riflette quasi cumpletamente l'onda elettromagnetica di polarizazione lineare horizontale mandata da a griglia di polarizazione frontale, cambia l'onda sferica in una onda piana, colpisce a piastra di torsione di polarizazione posteriore, trasforma l'onda di polarizazione horizontale in una verticale. onda elettromagnetica di polarizazione lineari, è trasmette da a griglia di polarizazione frontale, Radiate in u spaziu liberu. In corta, ancu s'è u fasciu emessu da l'alimentazione di carta invertita hè ancu riflessu duie volte, hè sfarente da u Cassegrain ordinariu. Antenna. Ci hè un prucessu di torsione di polarizazione in u mezu. A griglia di polarizazione davanti à u Antenna blucca solu l'onda elettromagnetica di polarizazione horizontale è hà pocu effettu nantu à l'onda di polarizazione lineale verticale. Incidentally, in ordine per cummattiri l'ingrossu di terra, radar aereo Antennas sò soprattuttu polarizazione lineari verticale Antennas. Realizza a scansione di u fasciu rotendu bè a piastra di torsione di polarizazione. Dunque, a carta invertita Antenna risolve u prublema di schermamentu di u riflettore sottu, è pò cumpensà ligeramente a griglia di l'alimentazione è di polarizazione, riducendu ancu u prufilu di u generale. Antenna. Per via di i so vantaghji unichi, carta invertita Antenna hè assai populari in a macchina di a seconda generazione.



Principiu di travagliu di a carta invertita Antenna: a griglia di polarizazione hè in a barra trasversale di fronte. A piastra di torsione polarizata hè disposta à una inclinazione di 45 gradi à u spinu



 
A carta invertita Antenna utilizatu da u radar sapphire-21 cumminatu cù mig-21bis deve esse nutatu chì a so griglia di polarizazione ùn hè micca stallata  
 



 
Cassegrain invertitu Antenna usatu in sistema radar ai-24 di gale fighter  
 



 
A carta invertita Antenna utilizatu da u Tornado di mig25 un radar ùn hè micca stallatu nantu à a superficia di a griglia di polarizazione  
 



 
A carta invertita Antenna utilizatu da u radar Su27 n001 hè u listessu. Nota chì a so superficia di griglia di polarizazione ùn hè micca stallata  
 



 
A carta invertita Antenna utilizatu da u radar n001 di Su27 hè in un statu cumpletu, è a superficia di a griglia di polarizazione hè stallata  
 


U principiu di funziunamentu di basa di u sopra Antennas hè basatu nantu à a forma di riflettore, chì hè nunda di più cà un riflettore o doppia riflettore, torsion polarization è altri ditagli. Per cuntrullà a distanza trà u cornu è a superficia principale, aghjustendu u taper di l'irradiazione è cusì, hè faciule fà ottene un altu guadagnu è un bassu sidelobe. Un rendimentu satisfactoriu pò ancu esse ottenutu in u stadiu iniziale. Tuttavia, anche se i bisogni di trasfurmazioni di u Antenna travagliendu in forma di riflettore ùn sò micca alti (a X-band hè bona, è a difficultà aumenta bruscamente in a banda di freccia più altu), u costu hè accettatu. Tuttavia, cù a migliione di a prestazione di u radar aereo, novi esigenze sò presentate per u Antenna, cum'è un angulu di scanning più grande, lobe laterale più bassu è fasciu in forma. I difetti inerenti di a carta invertita Antenna includenu chì ci sarà sempre una perdita di energia (chì riducerà l'efficienza di apertura è perde u guadagnu), a distorsione di u fasciu durante a scansione hè ancu seria (u guadagnu di u lòbulu principale diminuisce, u fasciu principale diventa più largu è u lòbulu laterale s'alza), è ci hè. hè sempre u prublema di grande Antenna pesu. Dunque, tutti pensemu chì e trè generazioni di aerei chì volenu piglià u cuntrollu di l'aria: mig29 è Su 27 anu utilizatu Cassegrain invertitu. Antennas in i so primi tempi, chì hè un pocu sminutu.


Sapemu chì per risponde à i requisiti di altu guadagnu, fasciu strettu è lobe laterale bassu di radar aereo, paraboloide Antenna hè stata aduprata prima per via di a so struttura simplice. Ci hè ancu un pocu più cumplessu Antenna cù un rendimentu megliu, vale à dì, array planar Antenna. Array planare Antenna hè un array tipicu Antenna. Da decine à centinaie, ancu millaie di unità chjuche Antennas sò disposti uniformi nantu à a superficia di l'array secondu certe regule è spazii. Una sola unità Antenna pò avè un fasciu largu è pocu guadagnu, ma s'appoghjanu à parechje unità Antennas nantu à u Antenna array è travagliendu inseme, pò ottene un altu guadagnu, un fasciu strettu è ancu un lobo laterale ultra-bassu (pò ancu esse aghjurnatu à un array in fasi planare in u stadiu più tardi). Dunque, per via di a so prestazione eccellente, array planar Antenna un riflettore rimpiazzatu rapidamente Antenna è diventò u mainstream di vari sistemi di radar aerei di terza generazione, di terza generazione mudificate è di quarta generazione. Attualmente, u radar avanzatu di l'aria - radar di matrice in fasi hè quasi in forma di matrice di aereo. Antenna.


Array planare cumuni Antennaincludenu array di slot di guida d'onda (piastra piatta), array di guida d'onda aperta, array di dipoli, Vivaldi Antenna array, patch microstrip Antenna array è cusì.


L'array di slot di guida d'onda hè una struttura cumuni di trasmissione di microonde. A superficia di a guida d'onda hè slotted (grooved), cusì chì u picculu slot diventa un Antenna per irradià onde elettromagnetiche. Hà u vantaghju di currisponde à a struttura di l'alimentazione è a grande capacità di putenza. A slot di guida d'onda di l'aria pare chì hè aperta nantu à una piastra piatta, per quessa hè qualchì volta chjamata array di slot di piastra piatta.

 
U radar Apy1 utilizatu in E3 adotta slot di guida d'onda Antenna array  
 



 
U dipolu IFF Antenna (array) sporge da a periferia di a matrice di slot flat usata da u radar apg63 di F15  
 


 

     U dipolu IFF Antenna (array) sporge da a periferia di a matrice di slot flat usata da u radar apg63 di F15  
 



 
Array di slot flat utilizatu da u radar apg66 di f16a / b  
 


In listessu modu, ci hè un array di guida d'onda aperta Antenna. A guida d'onda aperta usa ancu a struttura di a guida d'onda, ma ùn hè micca slotted, ma usa direttamente a superficia di u portu di a guida d'onda per irradià onde elettromagnetiche. Perchè u prufilu di sta forma di guida d'onda aperta hè un pocu più grande è u pesu hè troppu pisanti, hè più cumuni in radars di terra o di nave, è sta forma hè raramente usata in radar aerei.


A struttura sopra chì utilizeghja a guida d'onda per l'alimentazione è a radiazione hè favurevule Antenna currispondente. A grande capacità di putenza hè u so vantaghju notevuli. Tuttavia, u Antenna larghezza di banda hè spessu limitata è u pesu hè difficiule di cuntrullà. In seguitu, parechji disinni novi sò gradualmente utilizati in u sistema di radar aereo.


In fatti, in a fine di a guerra fredda, per fà chì u radar aereo ottene una velocità di scansione più veloce è un rendimentu più putente (cum'è a ricerca è u seguimentu simultanea, a guida di cuntrollu di u focu è a rilevazione di terra), l'ingegneri anu utilizatu array in fasi. Antenna per u radar aereo, chì hè sempre cunsideratu cum'è una tecnulugia avanzata. L'apparizione di un array in fasi Antenna ùn hè micca assai sfarente da quella di u pianu pianu cumuni Antenna. Puderà ancu esse simplicemente capitu cum'è mudificà a struttura di l'alimentazione basata nantu à un array planar scanned machine ordinariu Antenna (Di sicuru, u trasmettitore / ricevitore back-end è l'algoritmu di trasfurmazione di u signale cambiaranu assai). Un array passivu in fasi Antenna (PESA) pò esse ottenutu aghjustendu un shifter di fasa à a parte posteriore di u Antenna unità. Se ùn ti piace micca aghjunghje un cumpunente tr à u shifter di fasa, pudete uttene un array phased attivu. Antenna (AESA). Per Antenna ingegneri, u listessu Antenna array pò esse usatu cum'è AESA o PESA. Dunque, per un array planar Antenna, hà un grande potenziale per esse aghjurnatu in un array in fasi Antenna.


Per u radar aghjurnatu à AESA Antenna, hà una putenza di trasmissione più grande, una distanza di rilevazione più longa, una scansione di fasciu più sensibile è una funzione di forma di fasciu più putente. Hè ancu più faciule per ottene un sidelobe mediu di - 50 è - 60 dB.


 
Pigliate F22 cum'è un esempiu. U radar AESA di sta nova generazione di cumbattenti stealth li piace à utilizà l'array di dipole (a figura mostra l'array di dipole umbrella utilizatu da u radar apg77 di F22). L'elementu adopta dipole Antenna, chì hà caratteristiche di banda larga, mudellu d'elementu largu è faciule da realizà una scansione di grande angolo  
 



 
Radar Apg77 Antenna di F22  
 


A parte frontale sporgente hè facilmente cunfonda cù u cumpunente TR. Strictly speaking, hè in realtà u Antenna superficia. U cumpunente TR hè cunnessu à a parte posteriore di u Antenna (Ancu se u cumpunente TR hè generalmente processatu in unu cù u Antenna, hè sempre distintu quì)


U radar rbe2 AESA utilizatu in u novu gustu (cum'è mostra in a figura sottu) adopta Vivaldi Antenna array. A caratteristica di questu Antenna unità hè chì u bandwidth hè assai largu, cusì u bandwidth di tuttu Antenna array pò esse allargatu.


 
RBE2 AESA  
 



 
RBE2 AESA  
 


Di sicuru, ci sò qualchi spiciali. Per esempiu, u seguente radar apy9 utilizatu da l'aviò d'avvisu E2d cù Yagi Antenna cum'è unità. In cunfrontu cù a lunghezza d'onda elettromagnetica di a banda UHF, u so Antenna taglia hè assai limitata. Per ottene un fasciu strettu più ideale è un altu guadagnu, u so Antenna fasciu unità deve esse ristrettu. Dunque, Yagi Antenna hè diventatu una scelta ideale. U altu guadagnu Yagi Antenna cum'è una unità pò migliurà significativamente u guadagnu di l'array. Ma e cose sò sempre relative. U strettu fasciu unità di Yagi Antenna limita assai a capacità di scanning wide-angle di u array. Quandu u Antenna L'angolo di scanning devia assai da u normale, a diminuzione di u guadagnu è a distorsione di a forma d'onda seranu assai evidenti. Dunque, apy9 usa a cumminazzioni di scanning elettromeccanicu per cumpensà a carenza.


 
2 * 9 elementi Yagi Antenna array lineare per E2d apy9 radar

 
   
2 * 9 elementi Yagi Antenna array lineare per E2d apy9 radar  
 


Hè u sviluppu di a tecnulugia di array phased chì rende l'aria Antenna entre in una nova tappa.


U sviluppu di Antenna hè un epitome di u sviluppu tecnicu generale di radar. Ancu s'ellu ùn pudemu micca determinà u rendiment di u radar secondu l'apparenza di u Antenna è misurà a prestazione generale di u radar, avemu spessu attentu à a coordinazione è l'equilibriu trà i sistemi in l'ingegneria. Se u rendiment generale di un sistema di radar hè avanzatu, u Antenna ùn pò esse peghju. In u futuru, l'ingegneri continuanu à superà i prublemi cum'è a scansione di grande angolo di array in fasi Antenna (Espandendu a gamma di scanning di & plusmn; 60 gradi à sta tappa), UWB, apertura cumuna, conformal è cetara, cusì à prumove u sviluppu di sistema di radar airborne.

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